前言:

以小米等國產手機品牌的氮化鎵快充為始,特斯拉主驅引入碳化硅MOSFET為承,再以“十四五規劃”為重要節點,第三代半導體產業發展,終于迎來了爆發點,無論是資本市場亦或是產業內部,逐漸達成的一種共識。

作者 | 方文

圖片來源 |  網 絡

碳中和+新基建紅利到來

第三代半導體是助力社會節能減排并實現“碳中和”目標的重要發展方向。在此背景下,產業正在開啟發展加速度,有望成為綠色經濟的中流砥柱。

從能源互聯網中的應用前景來看,與第三代半導體相關的領域有:能源互聯網(高壓)、微網(中壓),用電側、獨立供電系統。

其中,車用逆變器和車載充電器、國防軍工、軌道交通、基站和數據中心電源、光伏逆變器是最具潛力的應用市場。

缺貨浪潮為國產碳化硅器件切入創造機會,到2025年全球碳化硅市場將會增加到60．4億美元,到2028年市場增長5倍。

目前第三代半導體材料已經憑借其耐高壓、高頻等特點得到業界大量采用,在Mini/MicroLED的產業化應用也逐步開啟。

5G基站中的GaN射頻PA器件,新能源汽車充電樁、特高壓、軌道交通中的SiC功率器件都屬于第三代半導體。

在5G基站方面,當下,世界多國均在積極發展建設5G,而GaN射頻器件已成為5G時代較大基站功率放大器的候選技術。

由于SiC模塊可以實現以很小的體積滿足功率上的“嚴苛”要求,因此SiC功率器件在充電樁中充電模塊中的滲透率不斷增大。

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

未來三年,SiC材料將成為大功率高頻功率半導體器件如IGBT和MOSFET的基礎材料,被廣泛用于交流電機、變頻器、照明電路、牽引傳動領域。

預計到2022年SiC襯底市場規模將達到9．54億元。

未來隨著5G商用的擴大,基地臺內部使用的材料為GaN材料,預計到2022年GaN襯底市場規模將達到5．67億元。

國內產業的區域格局已逐漸形成

從各省(直轄市、自治區)企業數量來看,北京最多,浙江排名第二,江蘇、山東和廣東排名第三。

在企業布局方面,中國第三代半導體材料企業分布呈現出明顯的產業集聚效應。截至2020年底,全國共有29家第三代半導體材料企業,其中華東地區第三代半導體材料企業數量最多,占比超50%。

當前,中國第三代半導體相關企業集中分布在華東、中南和華北地區,分別占據了51%、26%和19%;

具體來看,京津冀地區的研發實力全國最強,并且具有較強的SiC研究基礎和產業鏈基礎;長三角地區則主要以GaN為主,側重電力電子和微波射頻領域,其中上海、江蘇等地已將第三代半導體作為重點發展方向之一;

珠三角地區在半導體照明領域全國領先,是我國第三代半導體產業的南方基地,擁有“寬禁帶半導體材料、功率器件及應用技術創新中心”;

閩三角地區則擁有以三安光電為代表的第三代半導體龍頭企業,有效帶動了上游企業的發展;中部地區的科研實力、軍工應用雄厚,已經涌現出一批第三代半導體企業。

國內五大重點發展區域

其中,北京順義、山東濟南和深圳坪山均出臺了相關政策,被劃分為重點發展第三代半導體產業區域,是目前我國第三代半導體產業發展較為顯著的三大集聚區。

北京順義:順義區確定發展的三大創新型產業集群之一,而順義區也是國內較早重點發展第三代半導體產業的地區。

山東濟南:以寬禁帶半導體材料為重點發展產業,建設濟南寬禁帶半導體小鎮。

深圳坪山:深圳市根據“十三五”規劃的國際科技和產業創新中心定位,實施新一輪創新發展戰略布局,將著力在核心芯片、人工智能等重點關鍵技術的突破。根據規劃,坪山區為第三代半導體產業的優先發展區域。

湖南長沙:2020年6月,三安光電公告披露,公司與湖南長沙高新技術產業開發區管理委員會簽署《項目投資建設合同》,擬在長沙成立子公司投資建設第三代半導體產業園項目。

安徽合肥:2020年8月,露笑科技發布公告,公司與合肥市長豐縣簽署建設第三代功率半導體產業園戰略合作框架協議。

江西南昌:2020年11月,江西南昌經開區與康佳集團舉行簽約儀式,江西康佳半導體高科技產業園暨第三代化合物半導體項目落戶南昌經開區,總投資300億元。

與國際先進水平仍存差距

第三代半導體的先天優勢,吸引國內外半導體企業紛紛搶灘。科銳、羅姆、意法半導體、英飛凌、安森美、恩智浦、三菱電機等歐美日廠商通過擴充產能、投資并購等方式,在第三代半導體市場跑馬圈地。

隨著第三代半導體的戰略意義被廣泛認知,國內廠商加速布局,形成了包括襯底、外延、器件設計、流片、封裝、系統在內的產業鏈條。

但是在材料指標、器件性能等方面,國內廠商與國際先進水平仍存差距。

國內第三代半導體與國際巨頭存在差距,原因是綜合性的。

一是起步略晚,在專利積累上有所滯后;二是海外公司在第三代半導體進行了20—30年的長期投入,在投資強度上具備優勢;三是具備工程經驗的人才相對稀缺。　

抓住窗口期提升競爭力

第三代半導體是國家科技創新2030重大項目“重點新材料研發及應用”的重要部分,近年來取得快速發展,其技術價值和應用前景得到廣泛認可。

后發企業要成長,必須抓住新舊技術迭代的窗口期。碳化硅是一個新的產業機會,給了中國功率半導體企業參與國際競爭的契機。企業要利用貼近中國市場的優勢,以更快的反應速度,抓住市場機遇。

碳化硅等三代半導體采用升華再結晶的方式生長,相比拉單晶的硅材料,更容易出現缺陷,造成器件失效,這是國內外廠商普遍面臨的難題。

加上國內企業與國際廠商在技術水平和營收能力上仍存差距,一旦器件出現故障,可能會因為高額的賠付蒙受巨大損失。

如果能針對國內半導體器件推出試用保險,將為企業的研發創新注入更多信心。

最有機會實現技術超車的一代

新基建浪潮下,無論是5G、物聯網還是數據中心、人工智能等,都潛藏著海量的芯片需求。

受到國際貿易形勢等因素影響,我國相關產業面臨著高端芯片等核心技術受制于人的局面,迫切需要新一代半導體技術的發展與支撐。

以碳化硅和氮化鎵為核心材料的寬禁帶半導體,彌補了硅的不足,成為繼硅之后最有前景的半導體材料。

寬禁帶功率半導體是我國與發達國家差距相對較小的領域,最有機會實現技術上的彎道超車,特別是實現高壓大功率器件,使我們擺脫功率半導體中的被動局限,也能做到0到1的突破與首創。

部分資料參考:集微網:《新基建風口下,第三代半導體的發展趨勢和投資機會》,中國電子報:《新基建促進第三代半導體材料市場駛入快車道》,全球半導體觀察:《多個百億級項目加持,第三代半導體產業將添新高地?》,科技日報:《助力“新基建”提速,第三代半導體產業需“錯位發展”防泡沫》