前言:

以小米等国产手机品牌的氮化镓快充为始,特斯拉主驱引入碳化硅MOSFET为承,再以“十四五规划”为重要节点,第三代半导体产业发展,终于迎来了爆发点,无论是资本市场亦或是产业内部,逐渐达成的一种共识。

作者 | 方文

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碳中和+新基建红利到来

第三代半导体是助力社会节能减排并实现“碳中和”目标的重要发展方向。在此背景下,产业正在开启发展加速度,有望成为绿色经济的中流砥柱。

从能源互联网中的应用前景来看,与第三代半导体相关的领域有:能源互联网(高压)、微网(中压),用电侧、独立供电系统。

其中,车用逆变器和车载充电器、国防军工、轨道交通、基站和数据中心电源、光伏逆变器是最具潜力的应用市场。

缺货浪潮为国产碳化硅器件切入创造机会,到2025年全球碳化硅市场将会增加到60．4亿美元,到2028年市场增长5倍。

目前第三代半导体材料已经凭借其耐高压、高频等特点得到业界大量采用,在Mini/MicroLED的产业化应用也逐步开启。

5G基站中的GaN射频PA器件,新能源汽车充电桩、特高压、轨道交通中的SiC功率器件都属于第三代半导体。

在5G基站方面,当下,世界多国均在积极发展建设5G,而GaN射频器件已成为5G时代较大基站功率放大器的候选技术。

由于SiC模块可以实现以很小的体积满足功率上的“严苛”要求,因此SiC功率器件在充电桩中充电模块中的渗透率不断增大。

SiC器件可以替代LCC中使用的Si基晶闸管,SiCMOS可以替代VSC中使用的IGBT。

未来三年,SiC材料将成为大功率高频功率半导体器件如IGBT和MOSFET的基础材料,被广泛用于交流电机、变频器、照明电路、牵引传动领域。

预计到2022年SiC衬底市场规模将达到9．54亿元。

未来随着5G商用的扩大,基地台内部使用的材料为GaN材料,预计到2022年GaN衬底市场规模将达到5．67亿元。

国内产业的区域格局已逐渐形成

从各省(直辖市、自治区)企业数量来看,北京最多,浙江排名第二,江苏、山东和广东排名第三。

在企业布局方面,中国第三代半导体材料企业分布呈现出明显的产业集聚效应。截至2020年底,全国共有29家第三代半导体材料企业,其中华东地区第三代半导体材料企业数量最多,占比超50%。

当前,中国第三代半导体相关企业集中分布在华东、中南和华北地区,分别占据了51%、26%和19%;

具体来看,京津冀地区的研发实力全国最强,并且具有较强的SiC研究基础和产业链基础;长三角地区则主要以GaN为主,侧重电力电子和微波射频领域,其中上海、江苏等地已将第三代半导体作为重点发展方向之一;

珠三角地区在半导体照明领域全国领先,是我国第三代半导体产业的南方基地,拥有“宽禁带半导体材料、功率器件及应用技术创新中心”;

闽三角地区则拥有以三安光电为代表的第三代半导体龙头企业,有效带动了上游企业的发展;中部地区的科研实力、军工应用雄厚,已经涌现出一批第三代半导体企业。

国内五大重点发展区域

其中,北京顺义、山东济南和深圳坪山均出台了相关政策,被划分为重点发展第三代半导体产业区域,是目前我国第三代半导体产业发展较为显著的三大集聚区。

北京顺义:顺义区确定发展的三大创新型产业集群之一,而顺义区也是国内较早重点发展第三代半导体产业的地区。

山东济南:以宽禁带半导体材料为重点发展产业,建设济南宽禁带半导体小镇。

深圳坪山:深圳市根据“十三五”规划的国际科技和产业创新中心定位,实施新一轮创新发展战略布局,将着力在核心芯片、人工智能等重点关键技术的突破。根据规划,坪山区为第三代半导体产业的优先发展区域。

湖南长沙:2020年6月,三安光电公告披露,公司与湖南长沙高新技术产业开发区管理委员会签署《项目投资建设合同》,拟在长沙成立子公司投资建设第三代半导体产业园项目。

安徽合肥:2020年8月,露笑科技发布公告,公司与合肥市长丰县签署建设第三代功率半导体产业园战略合作框架协议。

江西南昌:2020年11月,江西南昌经开区与康佳集团举行签约仪式,江西康佳半导体高科技产业园暨第三代化合物半导体项目落户南昌经开区,总投资300亿元。

与国际先进水平仍存差距

第三代半导体的先天优势,吸引国内外半导体企业纷纷抢滩。科锐、罗姆、意法半导体、英飞凌、安森美、恩智浦、三菱电机等欧美日厂商通过扩充产能、投资并购等方式,在第三代半导体市场跑马圈地。

随着第三代半导体的战略意义被广泛认知,国内厂商加速布局,形成了包括衬底、外延、器件设计、流片、封装、系统在内的产业链条。

但是在材料指标、器件性能等方面,国内厂商与国际先进水平仍存差距。

国内第三代半导体与国际巨头存在差距,原因是综合性的。

一是起步略晚,在专利积累上有所滞后;二是海外公司在第三代半导体进行了20—30年的长期投入,在投资强度上具备优势;三是具备工程经验的人才相对稀缺。　

抓住窗口期提升竞争力

第三代半导体是国家科技创新2030重大项目“重点新材料研发及应用”的重要部分,近年来取得快速发展,其技术价值和应用前景得到广泛认可。

后发企业要成长,必须抓住新旧技术迭代的窗口期。碳化硅是一个新的产业机会,给了中国功率半导体企业参与国际竞争的契机。企业要利用贴近中国市场的优势,以更快的反应速度,抓住市场机遇。

碳化硅等三代半导体采用升华再结晶的方式生长,相比拉单晶的硅材料,更容易出现缺陷,造成器件失效,这是国内外厂商普遍面临的难题。

加上国内企业与国际厂商在技术水平和营收能力上仍存差距,一旦器件出现故障,可能会因为高额的赔付蒙受巨大损失。

如果能针对国内半导体器件推出试用保险,将为企业的研发创新注入更多信心。

最有机会实现技术超车的一代

新基建浪潮下,无论是5G、物联网还是数据中心、人工智能等,都潜藏着海量的芯片需求。

受到国际贸易形势等因素影响,我国相关产业面临着高端芯片等核心技术受制于人的局面,迫切需要新一代半导体技术的发展与支撑。

以碳化硅和氮化镓为核心材料的宽禁带半导体,弥补了硅的不足,成为继硅之后最有前景的半导体材料。

宽禁带功率半导体是我国与发达国家差距相对较小的领域,最有机会实现技术上的弯道超车,特别是实现高压大功率器件,使我们摆脱功率半导体中的被动局限,也能做到0到1的突破与首创。

部分资料参考:集微网:《新基建风口下,第三代半导体的发展趋势和投资机会》,中国电子报:《新基建促进第三代半导体材料市场驶入快车道》,全球半导体观察:《多个百亿级项目加持,第三代半导体产业将添新高地?》,科技日报:《助力“新基建”提速,第三代半导体产业需“错位发展”防泡沫》