半導(dǎo)體材料作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，經(jīng)歷了數(shù)代的更迭，以碳化硅（Sic）及氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導(dǎo)體，具有高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫、抗輻射等特性，可以實(shí)現(xiàn)更好的電子濃度和運(yùn)動(dòng)控制，特別是在苛刻條件下備受青睞，成為未來超越摩爾定律的倚賴。

與第一二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導(dǎo)率等性能優(yōu)勢，所以又叫寬禁帶半導(dǎo)體材料。

根據(jù)CASAResearch數(shù)據(jù)，消費(fèi)類電源、商業(yè)電源和新能源汽車為Sic、GaN電子電力器件的前三大應(yīng)用領(lǐng)域，分別占比28%、26%和11%。

在第一二代半導(dǎo)體材料的發(fā)展上，我國起步時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于其他國家，導(dǎo)致在材料上處處受制于人，但是在第三代半導(dǎo)體材料領(lǐng)域國內(nèi)廠商起步與國外廠商相差不多，有希望實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的追趕，完成國產(chǎn)替代。

第三代半導(dǎo)體所處產(chǎn)業(yè)鏈的位置：

第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈與一般半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈模式相類似，一般分為襯底、外延生長、設(shè)計(jì)、制造以及封裝這五個(gè)流程，同樣也存在IDM模式，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造的一體化。

資料來源：CASA

碳化硅（Sic）及氮化鎵（GaN）在材料性能上各有優(yōu)劣，因此在應(yīng)用領(lǐng)域上各有側(cè)重及互補(bǔ)。

碳化硅（Sic）

對于碳化硅行業(yè)而言，市場目前受制于產(chǎn)能不足、良率低，目前整體市場規(guī)模較小，2020年全球市場規(guī)模約6億美元，但是下游需求確定且巨大。

碳化硅在高功率領(lǐng)域具備較好的表現(xiàn)，因此在電動(dòng)汽車將是主要發(fā)展領(lǐng)域。

延展閱讀：碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈全景圖譜

研究機(jī)構(gòu)Yole指出，采用Sic的汽車解決方案能提高系統(tǒng)效率，有效減輕車身重量并使得結(jié)構(gòu)更加緊密，目前在新能源車上主要用于功率控制單元(PCU)、逆變器，及車載充電器等方面。

根據(jù)IHSMarkit數(shù)據(jù)，受新能源汽車龐大需求的驅(qū)動(dòng)以及電力設(shè)備等領(lǐng)域的帶動(dòng)，SiC功率半導(dǎo)體有望從2023年左右開始擴(kuò)大市場，其中最大的市場是EV/HEV電機(jī)控制。預(yù)計(jì)到2027年碳化硅功率器件的市場規(guī)模將超過100 億美元。

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車廠和零部件廠圍繞碳化硅的布局進(jìn)展：

資料來源：SOHU汽車研究室

以碳化硅為襯底的產(chǎn)業(yè)鏈主要分為襯底、外延和器件三個(gè)環(huán)節(jié)。

由于目前碳化硅芯片成本結(jié)構(gòu)中60%-70%是襯底和外延片，其中襯底約占40%-50%, 因此掌握襯底工藝和產(chǎn)能的企業(yè)在競爭中具有優(yōu)勢。

目前市場4英寸碳化硅襯底比較成熟，良率較高，同時(shí)價(jià)格較低，而6英寸襯底價(jià)格由于供給少和成片良率低，價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4寸片。

未來推動(dòng)碳化硅襯底成本降低的三大驅(qū)動(dòng)力：1.工藝和設(shè)備改進(jìn)以加快長晶速度2.缺陷控制改進(jìn)提升良率3.設(shè)計(jì)改進(jìn)降低使用器件的襯底使用面積。

從全球市場來看，美國的Cree和日本的羅姆Rohm都是擁有從襯底、外延片到器件碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)的能力，所生產(chǎn)的碳化硅襯底除對外銷售外，其余部分為自用。

Cree是碳化硅領(lǐng)域的絕對領(lǐng)先者。2020年Cree投資10億美元用于碳化硅產(chǎn)能擴(kuò)充，這次產(chǎn)能擴(kuò)大在2024年全部完工后，將帶來碳化硅晶圓制造產(chǎn)能的30倍增長和碳化硅材料生產(chǎn)的30倍增長，以滿足2024年之前的預(yù)期市場增長。

資料來源：YOLE, 國金證券

目前國內(nèi)長晶爐效率不到Cree的五分之一，目前有天科合達(dá)和山東天岳，6寸襯底開始規(guī)模化生產(chǎn)或者開始建設(shè)產(chǎn)線。

外延片市場主要被IDM公司主導(dǎo)，如三菱、英飛凌和意法半導(dǎo)體主導(dǎo)。

在國內(nèi)純粹做外延片的有瀚天天成和東莞天域，均可供應(yīng)4-6 英寸外延片，中電科13 所、55所都有內(nèi)部供應(yīng)的外延片生產(chǎn)部門。

器件方面，意法半導(dǎo)體、安森美、英飛凌和羅姆都是重要供應(yīng)商，華潤微的國內(nèi)首條6寸商用SiC產(chǎn)線已經(jīng)正式量產(chǎn)，三安光電擬投資160億元的碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈布局的湖南子公司也于2020年開工。

大陸第三代半導(dǎo)體SiC產(chǎn)業(yè)鏈分布圖：

資料來源：材料深一度, 方正證券

氮化鎵（GaN）

GaN作為一種寬禁帶材料，和硅等傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料相比，能夠在更高壓、更高頻、更高溫度的環(huán)境下運(yùn)行。與SiC相比，GaN在成本方面表現(xiàn)出更強(qiáng)的潛力，且GaN器件是個(gè)平面器件，比現(xiàn)有的Si半導(dǎo)體工藝兼容性強(qiáng)，這使其更容易與其他半導(dǎo)體器件集成。

GaN主要用于LED、微波射頻和功率器件等領(lǐng)域，目前GaN主要被用于5G有源天線系統(tǒng)（AAS）和手機(jī)功率放大器（PA）等新產(chǎn)品中。

由于其優(yōu)異的高頻性能，GaN未來在射頻領(lǐng)域具備良好的發(fā)展空間，5G通訊、消費(fèi)電子快充和車規(guī)級充電成為GaN產(chǎn)品規(guī)模擴(kuò)張的主要?jiǎng)恿Α?/span>

預(yù)計(jì)到2024年，全球GaN市場規(guī)模將達(dá)到20億美元，復(fù)合增長率為21%。

從氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈公司來看，國外公司在技術(shù)實(shí)力以及產(chǎn)能上保持較大的領(lǐng)先。

行業(yè)龍頭企業(yè)以IDM模式為主，其中Qorvo擁有自身的晶圓代工廠以及封測廠，在國防以及5G射頻芯片領(lǐng)域具備較大優(yōu)勢。

國內(nèi)廠商包括蘇州能華、華功半導(dǎo)體以及英諾賽科等，其中英諾賽科建成中國首條8英寸硅基氮化鎵外延與芯片大規(guī)模量產(chǎn)生產(chǎn)線。

氮化鎵襯底市場主要由日本住友電工、三菱化學(xué)也以及新越化學(xué)主導(dǎo)，其市場份額占到90%以上，可以成熟提供4英寸以及6英寸氮化鎵襯底。

國內(nèi)廠商包括蘇州納維以及東莞中鎵，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)2英寸氮化鎵襯底產(chǎn)品量產(chǎn)，對于4英寸氮化鎵仍處于研發(fā)及試生產(chǎn)階段，與國際領(lǐng)先廠商技術(shù)還存在一定差距。

我國的“中國制造2025”計(jì)劃中明確提出要大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

中國建立第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用聯(lián)合創(chuàng)新基地，搶占第三代半導(dǎo)體戰(zhàn)略新高地；國家科技部、工信部、北京市科委牽頭成立第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA），對推動(dòng)我國第三代半導(dǎo)體材料及器件研發(fā)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

未來幾年在5G通信、新能源汽車、快充、綠色照明等新興需求崛起和國家政策大力支持的雙重驅(qū)動(dòng)下，相關(guān)領(lǐng)域?qū)⒂瓉砀罅Χ鹊闹С郑谌雽?dǎo)體有望迎來快速成長。

文章來源：樂晴智庫精選 

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