前言:

以小米等國產(chǎn)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(guī)劃”為重要節(jié)點,第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展,終于迎來了爆發(fā)點,無論是資本市場亦或是產(chǎn)業(yè)內(nèi)部,逐漸達成的一種共識。

作者 | 方文

圖片來源 |  網(wǎng) 絡

碳中和+新基建紅利到來

第三代半導體是助力社會節(jié)能減排并實現(xiàn)“碳中和”目標的重要發(fā)展方向。在此背景下,產(chǎn)業(yè)正在開啟發(fā)展加速度,有望成為綠色經(jīng)濟的中流砥柱。

從能源互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)(高壓)、微網(wǎng)(中壓),用電側、獨立供電系統(tǒng)。

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(shù)據(jù)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(chǎn)碳化硅器件切入創(chuàng)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(jīng)憑借其耐高壓、高頻等特點得到業(yè)界大量采用,在Mini/MicroLED的產(chǎn)業(yè)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(fā)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(xiàn)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(guī)模將達到9．54億元。

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

國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的區(qū)域格局已逐漸形成

從各省(直轄市、自治區(qū))企業(yè)數(shù)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(yè)布局方面,中國第三代半導體材料企業(yè)分布呈現(xiàn)出明顯的產(chǎn)業(yè)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(yè),其中華東地區(qū)第三代半導體材料企業(yè)數(shù)量最多,占比超50%。

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

具體來看,京津冀地區(qū)的研發(fā)實力全國最強,并且具有較強的SiC研究基礎和產(chǎn)業(yè)鏈基礎;長三角地區(qū)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(fā)展方向之一;

珠三角地區(qū)在半導體照明領域全國領先,是我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)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(chuàng)新中心”;

閩三角地區(qū)則擁有以三安光電為代表的第三代半導體龍頭企業(yè),有效帶動了上游企業(yè)的發(fā)展;中部地區(qū)的科研實力、軍工應用雄厚,已經(jīng)涌現(xiàn)出一批第三代半導體企業(yè)。

國內(nèi)五大重點發(fā)展區(qū)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(fā)展第三代半導體產(chǎn)業(yè)區(qū)域,是目前我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為顯著的三大集聚區(qū)。

北京順義:順義區(qū)確定發(fā)展的三大創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)集群之一,而順義區(qū)也是國內(nèi)較早重點發(fā)展第三代半導體產(chǎn)業(yè)的地區(qū)。

山東濟南:以寬禁帶半導體材料為重點發(fā)展產(chǎn)業(yè),建設濟南寬禁帶半導體小鎮(zhèn)。

深圳坪山:深圳市根據(jù)“十三五”規(guī)劃的國際科技和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心定位,實施新一輪創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)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(jù)規(guī)劃,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。

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(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)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(chǎn)業(yè)園項目。

安徽合肥:2020年8月,露笑科技發(fā)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(chǎn)業(yè)園戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。

江西南昌:2020年11月,江西南昌經(jīng)開區(qū)與康佳集團舉行簽約儀式,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。

與國際先進水平仍存差距

第三代半導體的先天優(yōu)勢,吸引國內(nèi)外半導體企業(yè)紛紛搶灘?？其J、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(chǎn)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(zhàn)略意義被廣泛認知,國內(nèi)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(tǒng)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈條。

但是在材料指標、器件性能等方面,國內(nèi)廠商與國際先進水平仍存差距。

國內(nèi)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(yōu)勢;三是具備工程經(jīng)驗的人才相對稀缺?！?/p>

抓住窗口期提升競爭力

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

后發(fā)企業(yè)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(chǎn)業(yè)機會,給了中國功率半導體企業(yè)參與國際競爭的契機。企業(yè)要利用貼近中國市場的優(yōu)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(xiàn)缺陷,造成器件失效,這是國內(nèi)外廠商普遍面臨的難題。

加上國內(nèi)企業(yè)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(xiàn)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(nèi)半導體器件推出試用保險,將為企業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新注入更多信心。

最有機會實現(xiàn)技術超車的一代

新基建浪潮下,無論是5G、物聯(lián)網(wǎng)還是數(shù)據(jù)中心、人工智能等,都潛藏著海量的芯片需求。

受到國際貿(mào)易形勢等因素影響,我國相關產(chǎn)業(yè)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(fā)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(fā)達國家差距相對較小的領域,最有機會實現(xiàn)技術上的彎道超車,特別是實現(xiàn)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(chuàng)。

部分資料參考:集微網(wǎng):《新基建風口下,第三代半導體的發(fā)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(chǎn)業(yè)將添新高地?》,科技日報:《助力“新基建”提速,第三代半導體產(chǎn)業(yè)需“錯位發(fā)展”防泡沫》