第三代半导体:中国半导体的希望!

不知道大家有没有注意到,近两年手机的充电速度是越来越快了。各大手机厂商不断升级自家的快充功能,并且推出各种各样的快充充电器。

同样的升级也发生在新能源汽车领域。

8月中旬,小鹏S4超快充首桩上线,这家公司表示,今年9月上市的小鹏G9可实现“充电5分钟,续航200+公里”。此外还有广汽埃安2023款AION V Plus、极狐阿尔法S华为HI版等都卷进了超快充领域。

这些变革的背后,都离不开一条共同的新赛道——第三代半导体

一、第三代半导体行业概况

半导体材料是半导体产业链上游中的重要组成部分。半导体材料分为制造材料和封装材料,其中制造材料主要是制造硅晶圆半导体、砷化镓(GaAs)、碳 化 硅(SiC)等化合物半导体的芯片过程中所需的各类材料,在集成电路、分立器件等半导体产品生产制造中起到关键性的作用。半导体制造材料包括硅材料和砷化镓(GaAs)、 碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等化合物半导体材料。

硅衬底占据主要市场,三代半导体有望掀起底层材料端革命。硅(Si)是目前技术最成熟、使用范围最广、市场占比最大的衬底材料,近年来硅材料的潜力已经开发殆尽,在高压、高频、高温领域以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体衬底材料市场规模有望迎来快速发展。

1.什么是第三代半导体?

第三代是指半导体材料的变化,从第一代、第二代过渡到第三代。

第一代半导体材料:锗以及硅,也是目前最大宗的半导体材料,成本相对便宜,制程技术也最为成熟,应用领域在资讯产业以及微电子产业。

第二代半导体材料:砷化镓以及磷化铟,主要应用在通讯产业以及照明产业。

第三代半导体材料:是以碳化硅SiC、氮化镓GaN为主的宽禁带半导体材料,具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率、可承受大功率等特点。

2.第三代半导体应用在哪些领域?

GaN、SiC能过够大幅提升电子器件的高压、高频、高功率的工作特性,在军事、新能源、电动汽车等领域具有非常大的应用前景。碳化硅以及氮化镓虽然同为第三代半导体材料,但应用略有不同。

GaN:目前主要用于功率器件领域,未来在高频通信领域也将有极大应用潜力。SiC:目前主要用于高温、高频、高效能的大功率元件,具备耐高温、耐腐蚀、热稳定性好等优势。

但是由于SiC成本高昂,目前第三代半导体主流还是氮化镓GaN。

第三代半导体主要应用于功率器件和射频器件,主要就是应用于大功率的功率半导体方面,市场规模还是相对偏小。而主流的存储、电路等手机芯片还是以硅为主,这也是目前市场规模最大的领域。

3.第三代半导体的市场规模有多大?

第三代半导体材料渗透率逐年提升,2023年有望接近5%。根据Yole数据显示,Si仍是半导体材料主流,占比95%。第三代半导体渗透率逐年上升,SiC渗透率在2023年有望达到3.75%,GaN渗透率在2023年达到1.0%,第三代半导体渗透率总计4.75%。

2020年,我国第三代半导体整体产值超过7100亿,电力电子及微波射频持续增长。根据CASA数据,我国第三代半导体整体产值超过7100亿。其中,半导体照明整体产值预计7013亿元,受新冠疫情影响较2019年下降7.1%;SiC、GaN电力电子产值规模达44.7亿元,同比增长54%;GaN微波射频产值达到60.8亿元,同比增长80.3%。

4.为什么说第三代半导体是中国大陆半导体的希望?

第一,第三代半导体相比较第一代第二代半导体处于发展初期,国内和国际巨头基本处于同一起跑线。

第二,中国有第三代半导体的应用市场,可以根据市场定义产品,而不是像之前跟着国际巨头做国产化替代。

第三,第三代半导体难点不在设备、不在逻辑电路设计,而在于工艺,工艺开发具有偶然性,相比较逻辑芯片难度降低。

第四,对设备要求相对较低,投资额小,国内可以有很多玩家。在资本的推动下,可以全国遍地开花,最终走出来几家第三代半导体公司的概率很大。

二、第三代半导体产业链

碳化硅和氮化镓是未来功率半导体的核心发展方向,英飞凌、ST等全球功率半导体巨头以及华润微、中车时代半导体等国内功率厂商都重点布局在该领域的研究。

(一)国内外SiC产业链企业梳理

目前,国内布局SiC的上市公司从产业链角度可以分为5类:

1.专注衬底材料,如天岳先进

2.器件端IDM布局,如华润微、斯达半导、闻泰科技等;

3.从材料到器件一体化布局,如三安光电

4.芯片设计厂商,如新洁能

5.其他:露笑科技布局设备+材料,中微公司布局外延设备。

从公司原生业务角度出发,可以分为三类,

1.传统功率半导体公司(晶闸管/MOSFET/IGBT)延伸布局三代半导体SiC,如斯达半导、时代电气等;

2.LED芯片公司,如三安光电在光电器件材料GaN上有多年研发生产积累,顺势转型三代半导体;

3.专注材料/设备的公司,如天岳先进、中微公司

(二)国内外GaN产业链企业梳理

国内GaN功率半导体产业链已经实现全面布局。GaN产业链玩家的分类和SiC类似,GaN功率半导体全球布局方面,海外企业在技术及产能上均有较高的领先地位。海外龙头企业以IDM模式为主,主要包括德国英飞凌、美国Qorvo等。

目前,国内GaN产业链也在加速布局中,成长较为迅速,国内企业在衬底、外延、设计、制造等领域均已实现布局,其中包括GaN衬底制造商苏州纳维、东莞中镓;外延制造商晶湛半导体、江苏能华;设计企业安谱隆、海思半导体;制造企业三安集成、海威华芯等。

此外,新进入厂商不只有传统功率半导体厂商,更多地是做射频器件出身或者有军工背景的企业进入GaN领域,如主营军工电子的亚光科技,主营TR组件及射频模组的国博电子

三、总结

现如今第三代半导体的风口来了,我国的半导体企业在第三代半导体领域中持续发力。但是,第三代半导体现阶段所存在的问题不容忽视。飞鲸投研提醒投资者们,在关注第三代半导体行业的同时也应该更加明确,至今它仍在襁褓之中。

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