集微網消息，“做好碳達峰、碳中和工作”已成為我國“十四五”重點任務之一：力爭2030年前達到峰值，2060年前實現碳中和的目標被再次強調。隨著歐盟、美國、日本等地區和國家政策的陸續出臺，屆時占全球經濟總量70%、全球碳排放量65%以上的國家都提出了碳中和目標。
一時間，“碳達峰”“碳中和”成為社會熱詞，不少媒體將2021年稱為“碳中和元年”。這一任務如何實現？節能減排是核心工作之一。在“全球缺芯”的背景下，半導體企業除了問革新技術、擴充產能外，如何在“雙碳”大考中交出一份“芯答卷”備受外界關注。
“碳中和”與半導體企業的遭遇戰
身處低碳經濟時代，綠色、可持續發展已不再是企業的“加分項”，而轉變為其生存和發展的“及格線。半導體工業是一個高能耗產業，具有設備的昂貴性、敏感性和制造過程的復雜性。當半導體企業與碳中和”狹路相逢“，如何邊發展、邊降碳，已成為必須要回答的問題。
據了解，一顆芯片的面世，要經歷近3000多道工序，在幾十個足球場大小的工廠里維持超凈、恒溫、高溫高壓、真空、強電磁場的復雜環境；同時，為防止溫度過高，還需設置龐大的水冷系統。工廠全年365天、全天24小時運轉，無疑將帶來驚人的能耗。
臺灣民意代表高金素梅也指出，臺積電是最大工業用電戶，自2010年到2019年，用電增加223.8％；2020年臺積電5nm廠投產，一年用電量是63億度，超過臺灣地區東部56萬人口的用電量；2022年臺積電3nm廠投產，每年用電量將達77億度，超過臺南市一年的民生及商業用電。一個3nm廠，將吃掉整個臺灣地區用電量的3％。
同時，根據2019年《臺積電企業社會責任報告書》顯示，包括中國臺灣廠區、WaferTech、臺積電（中國）、臺積電（南京）、采鈺公司，當年臺積電全球電能消耗量為135.8億度，而臺灣地區2019年綠色能源發電量為140億度。
”雙碳“大考來臨，不少半導體企業采取積極應對措施：2020年，英飛凌率先承諾實現碳中和，并制定”有約束力的減排目標“：到2025年將二氧化碳排放量較2019年降低70%，到2030年實現碳中和；臺積電承諾，2050年將100%使用可再生能源，并與風電公司沃旭達成合作，每年34.5億度電將用綠色電力代替；而臺積電在芯片制造領域強勁競爭對手之一的三星也宣布，其在美國、歐洲和中國的生產均使用100%的可再生能源；英特爾則宣稱，自愿減少碳排放已超過20年……
不同于早期較高的利潤，在能源成本日益高漲的當下和碳中和政策持續加碼的未來，半導體企業無法忽視因能源成本增加而帶來的高額支出，在節約成本、綠色環保、可持續發展等方面，向制造環節提出了更為嚴格的要求。
逢山開路，遇水架橋。當前全球半導體制造企業主要應對措施體現為：一、提高能源效率，在制造領域采用現代化工藝技術；二、化學品替代，如使用CVD清潔氣體為NF3替代高GWP的PFC氣體，消除60-70%的排放；三、使用具有來源保證的100%綠色電力；四、對于無法完全避免的排放，以高質量標準購買碳排放證書，支持具有生態和社會效益的項目。
由全球領先的半導體廠商AMD、英飛凌、IBM、英特爾、臺積電、飛利浦等組成的業界聯盟International Sematech Manufacturing Initiative（ISMI）指出，如果整個芯片產業都采取節能降耗的最佳生產方式，全行業每年有望節電48億千瓦時，約合4.8億美元，足夠17.7萬個家庭使用。
進擊的第三代半導體，節能減排從”芯“開始
半導體企業低碳之路如同硬幣的正反面，既要直面其生產制造過程中帶來的”高能耗“，也要關注到和利用好”高能耗“的另一面，即對各行業實現節能減排目標的助推作用。
有別于第一、二代半導體材料，以碳化硅（SiC）與氮化鎵（GaN）為材料的第三代半導體具有效率高、能耗小的特點，對社會節能減排，實現碳中和發展目標有著積極作用，被廣泛應用于衛星通訊、智能電網、軌道交通、航天航空、新能源汽車等熱門新興產業。
當前，電力行業作為碳排放主戰場，亟需構建以新能源為主體的新型電力系統，加強電網的柔性互聯互通，當中需要大量的半導體器件。未來在智能電網建設或能源互聯網建設中，碳化硅器件將會有非常好的應用前景。
近年來，國家和地方政府先后出臺政策促進第三代半導體材料產業快速發展，我國第三代半導體企業從小批量研發”快步“邁向規模化商業化生產：2021年5月，山東天岳遞交了科創板上市招股書，有望成為第一個科創板上市的碳化硅襯底材料企業；同年6月，湖南三安半導體基地一期項目正式投產，有望形成月產3萬片6英寸碳化硅晶圓的生產能力。
除了第三代半導體，功率半導體器件和模擬芯片在碳達峰、碳中和中發揮的作用也不容忽視。有電力電子的”CPU“之稱的前者，可在電子設備中起到對電能（功率） 的傳輸、處理、存儲和控制；后者則在電子設備系統中擔負著對電能變換、分配、檢測及其他電能管理的職責。
由此可見，半導體技術的進步對于節能減排的重要意義至少體現在以下兩個方面：通過產品設計和生產工藝的改進，有效降低半導體器件自身的功耗；同時，直接或間接地提高系統其他部件的能效，在能量的傳遞和使用的全過程中，起到監測、調節、優化和控制的作用。
當前，有利于能源轉型的半導體新技術、新創造已成為邁向碳達峰、碳中和的有力抓手和破題關鍵。
身處碳交易市場，特斯拉的另類啟示
每噸52.78元，成交16萬噸，交易額790萬元——這是全國碳交易市場開市2分鐘后的第一筆交易。7月16日，全國碳交易市場在北京、上海、武漢三地鳴鑼開市，國家節能減排戰略部署拉開帷幕。
當前，建立全國碳排放權交易市場，已然成為中國利用市場機制推動綠色低碳發展，減少和控制溫室氣體排放的重要制度創新，也是實現”雙碳目標“的重要政策措施，對碳市場格局具有積極促進作用，且有跡可循。
2021年6月10日，搭載了由碳化硅（SiC）為主要器件的逆變器的特斯拉 Model S Plaid 發布（迄今為止，已有3款車型采用 SiC 技術）。除此之外，比亞迪、蔚來搭載SiC 技術的車型也已推出或即將發布；仍然是特斯拉，近3年來通過銷售碳排放積分（該政策與我國碳交易有所不同，但本質不變），分別獲利4.19億美元、5.93億美元和15.8億美元，而其2020年全年凈利潤僅為7.21億美元。這意味著，如果剔除出售碳排放積分的收益，則2020年特斯拉虧損8.59億美元。
依靠半導體技術對新能源車排放的有效管理，特斯拉彌補了因高額研發支出帶來的”失血“，這種模式在傳統碳稅政策下不可想象。先進的半導體技術可幫助各行業減少碳排放獲得收益，而半導體企業同樣大有可為。
例如，半導體企業可通過技術升級改造出售排放權獲益，具體措施上可通過在腐蝕和CVD室清潔過程中減少氟化物的排放而獲得排放權；同時，由于參加排放交易，半導體企業可進一步證實其在節能減排方面所作的積極承諾，提升其對社會負責的行業形象。
機遇與挑戰總是結伴而行。怎樣如期實現企業各自承諾的目標與計劃？如何利用先進技術反哺產業？”碳中和“視角下，各行各業的低碳之路正在不斷延伸和迭代。