China setzt auf Chips der dritten Generation GaN und SiC im Fokus der chinesischen Chipstrategie

Autor / Redakteur: Henrik Bork * / Michael Eckstein

China strebt „De-Amerikanisierung“ seiner Chipversorgung an – und investiert umgerechnet viele Milliarden US-Dollar in die Kommerzialisierung junger Halbleitertechnologien wie SiC und GaN. Im Mündungsdelta des Jangtse entsteht gerade das zukünftige „SiC Valley“

Besonders in der Leistungselektronik überzeugen Halbleiter mit weitem Bandabstand wie GaN oder SiC. Daher sind sie eine Schlüsselkomponente beispielsweise für große Autobatteriemodule für die Elektromobilität.
Besonders in der Leistungselektronik überzeugen Halbleiter mit weitem Bandabstand wie GaN oder SiC. Daher sind sie eine Schlüsselkomponente beispielsweise für große Autobatteriemodule für die Elektromobilität.
(Bild: Volkswagen AG)

China hat einen Plan B. Mit ihm soll sich die heimische Hightech-Industrie aus dem Würgegriff der Chipblockade aus Washington befreien. Seit Trump und nun auch der neue US-Präsident Joe Biden chinesischen Tech-Konzernen wie Huawei den Zugang zu hochwertigen Halbleitern abschneiden, arbeitet Peking fieberhaft an dieser Strategie. Dessen Kern: China setzt mit voller Kraft auf die Entwicklung und Kommerzialisierung von Halbleitern der dritten Generation.

Diese neuen Chips basieren nicht mehr auf reinem Silizium. Stattdessen kommen die verhältnismäßig neuen Materialien Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) zum Einsatz. An solchen Halbleitern wird zwar schon seit über zwei Jahrzehnten weltweit geforscht, doch es gibt noch keine führenden Unternehmen, die den Markt mit dieser Technologie dominieren. Genau an diesem Punkt setzen Pekings Zentralplaner gerade den Hebel an.

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China will „Nationale Champions“ unter den einheimischen Chipherstellern heranzüchten

Mit viel Geld will Peking „nationale Champions“ unter den heimischen Chipherstellern heranzüchten, die künftig bei der Herstellung von Halbleitern der dritten Generation für „Selbstversorgung“ in China sorgen – oder möglicherweise sogar weltweit führend werden.

Es wird eine Weile dauern. Doch wenn es gelingt, hätte Peking den Spieß im Technologiekrieg mit Washington effektiv umgedreht: Adé Silicon Valley!“. Diese Blaupause der Kommunistischen Partei für die künftige Überlegenheit Chinas in der Schlüsseltechnologie des digitalen Zeitalters – der Produktion von Hochleistungs-Chips – ist soeben im neuen Fünf-Jahres-Plan verankert worden, der Chinas Industriepolitik in den gerade beginnenden fünf Jahren bis 2025 steuern wird.

Die Pekinger Zentralregierung plane, „die Entwicklung der Industrie für Halbleiter der 3. Generation im Zeitraum von 2021 bis 2025 energisch zu unterstützen, um die industrielle Unabhängigkeit zu erreichen”, schreibt das Qianzhan Industry Research Institute in Peking. Das schrieben die Marktforscher Ende 2020. Inzwischen hat man bereits damit begonnen, den Plan zu implementieren und zu forcieren.

Huawei setzt auf SiC

Der von den USA aufs Korn genommene und gedemütigte chinesische Vorzeige-Konzern Huawei hat im Dezember 2020 in die chinesische Firma Epiworld International Co, Ltd. investiert. Das Unternehmen produziert epitaktische Halbleiter-Wafer aus SiC sowie Inspektionswerkzeuge für Produktionsprozesse mit SiC. Letzteres ist gegenwärtig einer der größten Flaschenhälse für eine erfolgreiche Kommerzialisierung der Chips der dritten Generation.

Huawei gehe es bei dieser strategischen Investition, ähnlich wie beim Aufbau einer eigenen Chip-Produktion, um eine „De-Amerikanisierung“ seiner Versorgung mit Halbleitern, urteilte die Financial Times. Zuvor hatte Huawei bereits in einen weiteren Hersteller in der SiC-Wertschöpfungskette investiert, die Firma SICC oder „Shandong Tianyue Advanced Materials“.

SiC ist nach Diamant das zweithärteste Material der Welt. Chips auf SiC-Basis haben besonders in der Leistungselektronik erhebliche Vorteile gegenüber Si-basierten ICs. Experten schätzen, dass ihr Einsatz beispielsweise bei einer Autobatterie die Reichweite um 10 bis 15 Prozent erhöhen kann. Tesla war der erste Hersteller von E-Autos, der in seinem „Model 3“ SiC-Halbleiter verbaut hat. Inzwischen hat mit BYD der erste chinesische OEM nachgezogen.

Moderne Leistungshalbleiter entscheiden Wettrennen der Autoindustrie mit

Momentan sind diese Chipsätze noch teuer, doch Prognosen von Infineon und anderen wichtigen Herstellern von Leistungshalbleitern gehen davon aus, dass schon im Jahr 2025 rund 20 Prozent aller Autochips aus Siliziumkarbid bestehen. Aus gutem Grund: Die Halbleiter der dritten Generation werden Experten zufolge das Wettrennen der globalen Autoindustrie im Zeitalter der Elektrifizierung entscheidend beeinflussen.

„Früher entschied der Motor darüber, ob ein Auto Treibstoff sparen konnte. Wie Elektroautos in der Zukunft Strom sparen, wird dagegen von der Halbleiter-Technologie der dritten Generationen entschieden”, schrieb kürzlich das Taiwan Wealth Magazine in einer Analyse. „Die Halbleiter der dritten Generation werden die Schlüsseltechnologie zur Eroberung der Märkte für Elektrofahrzeuge, neue Energien und sogar Rüstungsgüter sein”, schreibt das Magazin.

Da will Peking nichts anbrennen lassen. Rund eine Billion Yuan (rund 130 Milliarden Euro) wird die chinesische Zentralregierung im Laufe der kommenden fünf bis zehn Jahre in die Halbleiterindustrie investieren, schätzt die Beratungsagentur McKinsey. „Dies wird als Katalysator für weit größere Kapitalzuflüsse von privaten Investoren wirken, die für echte technologische Durchbrüche nötig sind”, schreibt die Japan Times.

Wird China zum First-Mover?

Ein signifikanter Teil dieses Geldes wird dabei in die Entwicklung von Halbleitern der dritten Generation gesteckt. China habe eine Chance, in diesem Innovationsbereich den berühmten „First-Mover“-Vorteil zu erlangen, glauben unter anderem Analysten der Citigroup, selbst wenn „traditionelle“ Siliziumchips noch für die absehbare Zukunft den Markt dominieren werden.

Die Strategie, im Technologie-Wettbewerb mit den USA und anderen westlichen Nationen auf Zukunftsstrategien zu setzen, hat in China einen Namen. „In der Kurve überholen“ nennen chinesische Patrioten diesen Ansatz. Wie bei einem Autorennen kommt man an der Konkurrenz am besten in der Kurve vorbei - also etwa da, wo neue Technologien für Disruption sorgen.

Das „Überholen in der Kurve“ birgt die Gefahr, herausgeschleudert zu werden

Ein Beispiel für dieses „Überholen in der Kurve“ ist Chinas neuer Enthusiasmus für die E-Mobilität, während die Volksrepublik weiterhin wie wild Kohlekraftwerke baut. Es geht Peking vorerst um die Chance, die Automobilindustrie der Zukunft zu dominieren. Erst später irgendwann – oder zweitrangig – mag es ihr bei E-Autos auch um den Klimaschutz gehen.

Und bei den Chips der dritten Generation wird nun dasselbe Vorgehen versucht. Und zwar sowohl bei mikroelektronischen Leistungs- als auch bei optoelektronischen Chips. Im Juli hat die Firma „Changsha Sanan Optoelectronics“ 16 Milliarden Yuan (rund zwei Milliarden Euro) an Investitionen für ihre Projekte im Bereich Halbleiter der dritten Generation erhalten.

Bei Sanan Optoelectronics gehe es um den Aufbau einer chinesischen „industriellen Produktionsbasis für Siliziumkarbid, Epitaxie, Chipherstellung und Packaging mit unabhängigem geistigen Eigentumsrechten”, schreibt das Qianzhan-Forschungsinstitut. Sanan Optoelectronics steckt gerade viel Geld in neue Foundries, in denen Ausrüstung zur Herstellung von Chips aus SiC und GaN steht.

Finanzieller „Rückenwind“ aus Peking ist sicher

Die Firma hat noch viele technologische Hürden zu überwinden, aber die Chinesen denken sehr langfristig. Das können sie sich mit dem „Rückenwind“ aus Peking auch gut leisten. Andere chinesische Unternehmen, wie TankeBlue Semiconductor, das sich vor allem auf Substrate für Halbleiter spezialisiert hat, sind bereits profitabel.

Insider sind sich sicher, dass TankeBlue Semiconductor bald auch in nachgeschaltete Wertschöpfungsketten einsteigen wird – ähnlich wie das Vorbild Cree Inc. in den USA, dass Substrate, aber auch epitaktische Halbleiter-Wafer und Anwendungen produziert. Auch die chinesische Firma „China Electronics Technology Group Corp.“ macht Cree Inc. fleißig Konkurrenz – und kann bereits erste Erfolge vorweisen.

Investoren sind „gerade enthusiastisch“

Die Investoren seien derzeit „geradezu enthusiastisch“, was alle Bereiche der industriellen Wertschöpfungskette der dritten Generation in China betrifft, urteilt das Qianzhan-Institut. Das Geld sprudelt nur so, unter anderem angefeuert von dem großen Bedarf für moderner Chips für den Ausbau von 5G -Netzen. Auch dieser wurde in China zur nationalen Priorität erhoben.

„Mit der starken politischen Unterstützung ist eine heimische Fertigungslinie für Halbleiter der dritten Generation nach der anderen eröffnet worden, und die Kapazität ist kontinuierlich gestiegen”, schreiben die Marktforscher. Bereits für das Jahr 2019, also das erste, für das komplette Zahlen vorliegen, hatte der Industrieverband CASA für Chips der dritten Generation in China neue Investitionen von 26,58 Milliarden Yuan (rund 3,4 Milliarden Euro) errechnet, eine Steigerung von 60 Prozent im Vergleich zum Vorjahr. Optoelektronik ist in dieser Zahl nicht enthalten.

Das ist ein schneller Anstieg. Und: Das war noch bevor Peking überhaupt beschlossen hat, in seinem jüngsten Fünf-Jahres-Plan so richtig auf das Gaspedal zu treten, was Halbleiter im Allgemeinen und die dritte Generation im Besonderen betrifft.

Chinesen kämpfen mit denselben Problemen wie ausländische Hersteller

Technologisch ringen die Chinesen mit den gleichen Hürden wie Hersteller im Ausland. So dauert das Wachsen der Kristalle für die Produktion von SiC-Chips in den von manchen Herstellern benutzten Graphitöfen sehr lang, manchmal bis zu einer Woche. In dieser Zeit können die SiC-Kristalle momentan noch nicht in Echtzeit überwacht werden. Es wird also noch eine Reihe von technologischen Neuerungen gebraucht, bis China den USA in diesem Bereich den Schneid abkaufen kann. Doch bei den Fertigungsprozessen – nicht bei der Grundlagenforschung – hat immer schon die größte Stärke der „China AG“ gelegen.

Deutsche Firmen liefern weiter relevante Hochtechnologie nach China

Hinter vorgehaltener Hand äußern viele Chinesen in der Halbleiterindustrie ihre Freude darüber, dass deutsche Unternehmen –anders als amerikanische – nach wie vor relevante Hochtechnologie nach China liefern. So gilt die Ausrüstung der deutschen Firma Aixtron als besonders wichtig für chinesische Hersteller von Chips der dritten Generation, und die Produktion von epitaktischen Halbleiter-Wafern ist daher in China mittlerweile kein Problem mehr.

Wenn sich die Industrieplaner in der Volksrepublik einmal etwas vorgenommen hat, sind sie hartnäckig. Und Graphitöfen für SiC-Chips sind nun nicht gerade „Rocket Science“. Und selbst wenn. Eine Sonde der Chinesen fotografiert gerade die Oberfläche des Mars.

Industriebeobachter, die auf dem Laufenden bleiben wollen, sollten sich deshalb bald einmal die Agglomeration von chinesischen Herstellern von Halbleitern der dritten Generation im Mündungsdelta des Jangtsekiang unweit von Shanghai ansehen. Dorthin sind 43 Prozent aller Investitionen des Jahres 2019 in die neue Wachstumsindustrie geflossen, also fast die Hälfte aller Kapitalanlagen in dem Bereich in China. Ein Name für diesen möglichen Nachfolger des Silicon Valley in Kalifornien wird noch gesucht. Wie wäre es mit „SiC Valley”?

* Henrik Bork ist Analyst bei Asia Waypoint, einem auf den chinesischen Markt fokussierten Beratungsunternehmen in Peking.

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