要評選2020年半導體行業(yè)的熱詞，第三代半導體必然上榜。以絕代雙驕碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表，全行業(yè)對第三代半導體的熱情達到了歷史新高。國際巨頭紛紛擴充產(chǎn)能，搶占市場份額，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界更是將其視為實現(xiàn)獨立自主，甚至是彎道超車的天賜良機。貫穿整個2020年，第三代半導體的市場行情走出了一條陡峭上升的曲線。

總體市場概況

第三代半導體最大的應用領(lǐng)域還是功率器件市場。經(jīng)過2018年到2019年的快速發(fā)展，SiC和GaN都成為了功率器件市場中的關(guān)鍵材料。由于汽車和主流消費應用的引領(lǐng)，SiC和GaN的銷售收入快速增加。根據(jù) Omdia發(fā)布的《2020 年SiC和GaN功率半導體報告》，SiC和GaN功率半導體的銷售收入，從2018年的5.71 億美元增至2020年底的8.54億美元。未來十年的市場收入將以兩位數(shù)增長，到2029 年超過50億美元。

分開來看，SiC和GaN市場都將有驚人的增速。據(jù)Yole預測，2023年SiC功率器件的市場規(guī)模將增長至14億美元，2019-2023的CAGR為28.9%；而據(jù)IHS Market預測，2024年GaN功率器件市場規(guī)模將達到6億美元，2019-2024年的CAGR為51.17%。

此外，GaN由于其優(yōu)異的高頻性能，未來在射頻領(lǐng)域也具備良好的發(fā)展空間，預計到 2024 年，全球 GaN市場規(guī)模將達到20億美元，復合增長率為21%。

國內(nèi)市場也是形勢喜人。在5G、新基建的發(fā)展帶動下，2020年SiC、GaN功率器件和微波射頻產(chǎn)值預計將約為70億元。

其中，國內(nèi)的SiC、GaN功率器件產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值2020年將達到35.35億元，比去年的29.03億元將增長21.77%；GaN微波射頻產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值2020年將達到33.75億元，比去年的26.15億元將增長29%。

隨著政策傾斜力度的不斷加大，第三代半導體在國內(nèi)正迎來發(fā)展的窗口期，相關(guān)機構(gòu)預計，2020年國內(nèi)第三代半導體市場規(guī)模有望在2025年增加至35億美元，年復合增長率超過20%。

汽車的新擎SiC

用SiC材料制作的功率器件如SiC MOS，可實現(xiàn)比Si基的IGBT更低的導通電阻，從而縮小了產(chǎn)品體積，大幅降低了功耗，成為高壓/高功率/高頻的功率器件相對理想的材料。在新能源車、充電樁、新能源發(fā)電的光伏風電等這些對效率、節(jié)能和損耗等指標比較看重的領(lǐng)域，SiC具有優(yōu)異的發(fā)展前景。

在2018年，特斯拉率先在逆變器模組上采用了24顆碳化硅SiC MOSFET，該產(chǎn)品由意法半導體提供，隨后英飛凌也成為了特斯拉的SiC功率半導體供應商。由此引發(fā)了SiC在汽車市場的爆發(fā)式增長。多家以及零部件制造商(如采埃孚和博世)與整車制造商OEM(如比亞迪和雷諾)都在近期宣布在其部分產(chǎn)品中采用碳化硅技術(shù)。

2020年7月，比亞迪自主研發(fā)、制造的SiC MOSFET功率器件搭載在漢EV四驅(qū)高性能版上，使其最終其SiC模塊實現(xiàn)了可達200KW的輸出功率，提升一倍的功率密度，百公里加速度僅為3.9秒，較之采用IGBT 4.0芯片的全新一代唐EV的4.4秒高于0.5秒。

在碳化硅快速發(fā)展的市場中，汽車這一細分領(lǐng)域?qū)⒊蔀樽钪饕尿?qū)動力。據(jù)Omdia預測，汽車市場將在2025 年SiC器件總市場中占據(jù)超過50%的份額。

與電動汽車配套的快充充電樁也將成為SiC MOS大顯身手的空間。由于目前SiC的成本依然較高，因此會在高功率規(guī)格的快速充電樁首先導入。在光伏領(lǐng)域，高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆變器未來的發(fā)展趨勢，因此基于性能更優(yōu)異的SiC材料的光伏逆變器也將是未來重要的應用趨勢。

按照具體的產(chǎn)品類型來劃分，到2020 年底，SiC MOSFET的銷售收入約為3.2億美元，與肖特基二極管的收入相當。從2021年起，SiC MOSFET將以略快的速度增長，成為最暢銷的分立SiC功率器件。

專家預期，SiC MOSFET滲透IGBT的拐點可能在2024年附近。預計2025年全球滲透率25%，則全球有30億美金SiC MOSFET器件市場，中國市場如果按照20%滲透率計算，2025年則有12億美金的空間。即使不考慮SiC SBD和其他SiC功率器件，僅測算替代IGBT那部分的SiC MOS市場預計2025年全球30億美金，相對2019年不到4億美金有超過7倍成長，且2025-2030年增速延續(xù)。

當前，最基礎(chǔ)的SiC晶圓被美、日、歐所壟斷，美國占據(jù)了全球SiC晶圓70%以上的產(chǎn)量，剩余份額大部分被日本和歐洲的其他SiC企業(yè)所占據(jù)。

馳騁在消費電子和射頻的GaN

GaN通常用于微波射頻、電力電子和光電子三大領(lǐng)域。

小米在2020年發(fā)布的GaN快充充電器讓GaN紅出了圈外。三星、華為、OPPO、vivo等手機大廠也紛紛發(fā)布了自己的GaN快充充電器，使得GaN功率器件在海量消費市場中達到了一個里程碑。

在非常高的電壓、溫度和開關(guān)頻率下，GaN與Si相比具有優(yōu)越的性能，可顯著提高能源效率。實際上，功率GaN器件于2018 年中后期在售后市場中出現(xiàn)，Anker等國外廠商已經(jīng)開始提供24~65W充電器。

整個2020年，GaN快充產(chǎn)品的出貨量達1000萬個，2021年GaN快充的出貨量將增長超過十倍、達到1.5~2億個。

據(jù)Yole預測，受消費者快速充電器應用推動，到2024年GaN電源市場規(guī)模將超過3.5億美元，CAGR為85％，有極大增長空間。此外，GaN還有望進入汽車及工業(yè)和電信電源應用中。

在射頻領(lǐng)域，5G到來使得GaN在Sub 6GHz宏基站和毫米波（24GHz以上）小基站中發(fā)揮了重要作用。相關(guān)機構(gòu)預測，整個GaN無線基礎(chǔ)設(shè)施的市場規(guī)模將從2018年的3.04億美元增長至2024年7.52億美元，CAGR達16.3%。其中，GaN射頻功率市場規(guī)模從2018 年的200萬美元增長至2024年10,460萬美元，CAGR達93.38%，具有很大的成長空間。這主要受電信基礎(chǔ)設(shè)施和國防兩個方向應用推動，衛(wèi)星通信、有線寬帶和射頻功率也做出了一定貢獻。

GaN也在半導體照明行業(yè)發(fā)展迅速，藍寶石基GaN是最常用的，也是最為成熟的材料體系，大部分LED照明都是通過這種材料體系制造的。SiC基GaN制造成本較高，但由于散熱較好，非常適合制造低能耗、大功率照明器件，成為制造Micro LED芯片的天然選擇。根據(jù)Trendforce的調(diào)研數(shù)據(jù)，預計2024年全球Mini/Micro LED市場規(guī)模有望達到42億美元，GaN的市場空間將無比巨大。

當前，GaN器件的生產(chǎn)主要掌握在國外廠商手中。GaN功率器件領(lǐng)域一直由EPC，GaN Systems，Transphorm和Navitas 等純GaN初創(chuàng)公司主導，他們的產(chǎn)品主要是TSMC， Episil 或 X-FAB 代工生產(chǎn)。國內(nèi)新興代工廠中，三安集成和海威華芯具有量產(chǎn)GaN功率器件的能力。

GaN 射頻器件則由住友電工（第一）、Cree（第二）占據(jù)，其中住友電工是華為GaN射頻器件的第一大供應商。國產(chǎn)廠商在 GaN 射頻領(lǐng)域相對弱勢，但已有不少廠商布局。

投資與擴產(chǎn)熱潮

第三代半導體的火熱引發(fā)了一輪輪的投資熱潮。根據(jù)第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟統(tǒng)計，2019年，針對第三代半導體產(chǎn)業(yè)投資金額共計265.8億元，整體相比2018年投資金額上升54.53%，其中碳化硅為220.8億元，氮化鎵為45億元。

到了2020年，這個數(shù)字大幅提升，按照集微網(wǎng)的不完全統(tǒng)計，整個2020年有超14個第三代半導體項目及相關(guān)產(chǎn)業(yè)園簽約落地，總投資額超800億元，涉及7個省份9個地區(qū)。其中，三安光電、露笑科技、康佳3個第三代半導體產(chǎn)業(yè)園分別在湖南長沙、安徽合肥、江西南昌簽約落地，總投資額超560億元。

經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)在第三代半導體領(lǐng)域已經(jīng)初步形成了京津冀魯、長三角、珠三角、閩三角、中西部等五大重點發(fā)展區(qū)域。

具體來說，京津冀區(qū)域的SiC產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，應用資源集中，裝備研發(fā)制造能力強。北京順義已啟動第三代半導體產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，濟南打造寬禁帶半導體產(chǎn)業(yè)小鎮(zhèn)。長三角區(qū)域的半導體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好，配套成熟，GaN鏈條比較完備。珠三角地區(qū)的半導體照明通用照明集中，消費及工業(yè)電子產(chǎn)業(yè)市場最大，東莞、珠海等地形成一批骨干龍頭企業(yè)，深圳已啟動第三代半導體研發(fā)院的國家級開放平臺建設(shè)，坪山區(qū)為第三代半導體產(chǎn)業(yè)的優(yōu)先發(fā)展區(qū)域。閩三角區(qū)域以廈門、福州為主，三安光電為龍頭的光電產(chǎn)業(yè)比較強悍。

值得關(guān)注的是，超過百億的超級項目在2020年頻繁出現(xiàn)。4月8日，中鴻新晶第三代半導體產(chǎn)業(yè)集群項目簽約落地，其投資總額為111億元，項目一期產(chǎn)業(yè)投資8億元，計劃3年內(nèi)完成第三代半導體產(chǎn)業(yè)集群初步建設(shè)，完成深紫外LED生產(chǎn)線20條，6-8英寸碳化硅單晶生產(chǎn)、加工、碳化硅外延生產(chǎn)線各2條，氮化鎵中試線1條。

6月17日，三安光電發(fā)布公告稱，公司擬在長沙成立子公司投資建設(shè)第三代半導體產(chǎn)業(yè)園項目，投資總額為160億元。

11月11日，江西南昌經(jīng)開區(qū)與康佳集團股份有限公司簽約儀式在南昌舉行，江西康佳半導體高科技產(chǎn)業(yè)園暨第三代化合物半導體項目落戶南昌經(jīng)開區(qū)，總投資300億元。

11月28日，露笑科技第三代功率半導體（碳化硅）產(chǎn)業(yè)園項目開工。該項目規(guī)劃總投資100億元。

與新建項目相呼應的是，廠商們擴產(chǎn)的腳步也越來越快。

7月，華潤微6吋SiC生產(chǎn)線目前已開始量產(chǎn)，這是國內(nèi)首條實現(xiàn)商用量產(chǎn)的6吋碳化硅晶圓生產(chǎn)線，目前規(guī)劃產(chǎn)能1000片/月，產(chǎn)品目標應用主要在太陽能逆變器、通訊電源、服務器、儲能設(shè)備等領(lǐng)域。

9月，英諾賽科蘇州第三代半導體基地舉行設(shè)備搬入儀式。這意味著英諾賽科蘇州第三代半導體基地開始由廠房建設(shè)階段進入量產(chǎn)準備階段，標志著全球最大氮化鎵工廠正式建設(shè)完成。該項目建成后，滿產(chǎn)可實現(xiàn)月產(chǎn)8英寸硅基氮化鎵晶圓65000片。

來自產(chǎn)業(yè)的資本也對第三代半導體青睞有加，如2020年華為哈勃先后投資入股了國內(nèi)三家化合物半導體企業(yè)，分別是北京天科合達，持股比例4.82%；寧波潤華全芯微電子，投資數(shù)額約214.29萬元，投資比例占6.31%；瀚天天成，認繳出資977.2萬元。

政府在政策層面對第三代半導體的支持也在持續(xù)加碼。多地出臺的十四五規(guī)劃建議稿中都提到了第三代半導體，如浙江明確提出“超前布局發(fā)展人工智能、生物工程、第三代半導體、類腦芯片、柔性電子、前沿新材料、量子信息等未來產(chǎn)業(yè)，加快建設(shè)未來產(chǎn)業(yè)先導區(qū)”； 遼寧則提出“超前布局未來產(chǎn)業(yè)，面向增材制造、柔性電子、第三代半導體、量子科技、儲能材料等領(lǐng)域加快布局，打造一批領(lǐng)軍企業(yè)和標志產(chǎn)品，形成新的產(chǎn)業(yè)梯隊?！?/p>

在南京世界半導體大會暨第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇上，國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會委員、第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長吳玲更是透露了國家2030計劃和“十四五”國家研發(fā)計劃都已經(jīng)明確第三代半導體做為重要發(fā)展方向。

業(yè)內(nèi)人士目前都一致看好國內(nèi)第三代半導體產(chǎn)業(yè)的前景。我國在第三代半導體研發(fā)、產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域具備了一定的基礎(chǔ)，盡管與國際巨頭仍有差距，但作為全球最大的半導體消費市場，在市場風口到來、產(chǎn)業(yè)火熱加碼布局等利好因素加持下，第三代半導體必將成為我國半導體產(chǎn)業(yè)提升的重要突破口。業(yè)內(nèi)專家預測，到2030年，國內(nèi)將形成1~3家世界級龍頭企業(yè)，帶動產(chǎn)值超過3萬億元。