近年來(lái),，以碳化硅（SiC）,、氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導(dǎo)體已成為群雄逐鹿之地。憑借禁帶寬大、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高,、抗輻射能力強(qiáng)等性能優(yōu)勢(shì),，第三代半導(dǎo)體可廣泛應(yīng)用于能源、交通,、信息,、國(guó)防等眾多領(lǐng)域，隨著5G通信,、新能源汽車等應(yīng)用市場(chǎng)強(qiáng)勢(shì)崛起,，中國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展，在國(guó)際巨頭筑起的高墻下奮力進(jìn)擊與突圍,。

國(guó)際巨頭跑馬圈地

縱觀全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),，主要玩家集中在歐美日企業(yè)，包括科銳,、意法半導(dǎo)體,、羅姆、安森美,、英飛凌,、Qorvo、住友,、恩智浦,、三菱電機(jī)等，這些巨頭們正在不斷通過(guò)擴(kuò)大產(chǎn)能,、合作結(jié)盟或兼收并購(gòu)等方式在第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)跑馬圈地,、加速布局。

如碳化硅晶圓材料主要供應(yīng)商科銳,，正在進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn),。2019年5月，科銳宣布將投資10億美元用于擴(kuò)大SiC碳化硅產(chǎn)能,，建造一座200mm碳化硅生產(chǎn)工廠（North Fab）和一座材料超級(jí)工廠（mega factory）,，將帶來(lái)碳化硅晶圓制造產(chǎn)能的30倍增長(zhǎng)和碳化硅材料生產(chǎn)的30倍增長(zhǎng)。

2019年9月,，科銳披露擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)展,，原計(jì)劃的制造工廠North Fab將在紐約州的新址進(jìn)行建造，mega factory的建造擴(kuò)產(chǎn)將繼續(xù)在公司美國(guó)總部北卡羅萊納州進(jìn)行,?？其J表示，新制造工廠比之先前計(jì)劃的工廠,，將帶來(lái)25%的產(chǎn)能提升,。今年8月10日,，科銳表示，紐約州SiC制造工廠已完成基礎(chǔ)工程施工,，并開始主體工程施工,。

氮化鎵材料方面亦然，據(jù)日刊工業(yè)新聞2019年11月報(bào)道,，為了搶攻5G服務(wù)相關(guān)商機(jī),，住友化學(xué)旗下子公司SCIOCS將使用于基地臺(tái)用高頻元件的氮化鎵外延晶圓產(chǎn)能提高至2017年的3倍水平。

上游材料廠商大幅擴(kuò)產(chǎn)的同時(shí),，中游企業(yè)則不斷與其合作以期鎖定材料產(chǎn)能,。近兩年來(lái)，英飛凌,、意法半導(dǎo)體,、安森美等企業(yè)相繼與科銳簽署了碳化硅晶圓長(zhǎng)期/多年供應(yīng)協(xié)議。

今年年初,，意法半導(dǎo)體還與羅姆旗下碳化硅晶圓廠商SiCrystal GmbH達(dá)成碳化硅晶圓長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議,；3月，GTAT和安森美簽署協(xié)議,，GTAT將向安森美生產(chǎn)和供應(yīng)CrystX碳化硅材料,，安森美將使用GTAT專有的150mm碳化硅晶體來(lái)制造碳化硅晶圓。

除了提前鎖定上游材料貨源,，英飛凌等IDM廠商或器件廠商還采取了收購(gòu),、合作等方式，整合上下游產(chǎn)業(yè)鏈資源以加速布局,。

如英飛凌早于2018年11月收購(gòu)了擁有碳化硅晶圓冷切割技術(shù)的初創(chuàng)公司Siltectra,；2019年12月，意法半導(dǎo)體完成收購(gòu)瑞典碳化硅晶圓廠商N(yùn)orstel AB,；今年3月,，意法半導(dǎo)體再宣布收購(gòu)法國(guó)氮化鎵創(chuàng)新企業(yè)Exagan公司的多數(shù)股權(quán)。再如前不久,，II-VI Incorporated宣布收購(gòu)碳化硅外延晶片和器件企業(yè)Ascatron AB的所有已發(fā)行股份,。

值得一提的是，除了IDM/器件廠商,，臺(tái)積電等晶圓代工廠亦已聯(lián)手中游企業(yè)積極布局,。今年2月，臺(tái)積電和意法半導(dǎo)體合作加速氮化鎵制程技術(shù)的開發(fā),，并將分離式與整合式氮化鎵元件導(dǎo)入市場(chǎng)。據(jù)了解,，除了臺(tái)積電,，世界先進(jìn),、聯(lián)電等晶圓代工廠亦已在布局第三代半導(dǎo)體，投入氮化鎵等制程開發(fā),。

國(guó)內(nèi)企業(yè)競(jìng)相卡位 

國(guó)際企業(yè)加碼布局,，國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展亦風(fēng)頭正盛，擴(kuò)產(chǎn),、投資等如火如荼,，從今年新開工以及新規(guī)劃的相關(guān)項(xiàng)目可見(jiàn)一斑。

今年3月,，浙江博方嘉芯集成電路科技有限公司氮化鎵射頻及功率器件項(xiàng)目參與浙江嘉興南湖區(qū)一季度重大項(xiàng)目集中開竣工活動(dòng),，4月10日正式樁基開工。該項(xiàng)目總投資25億元,，將引進(jìn)6英寸晶圓生產(chǎn)線兼容4英寸氮化鎵生產(chǎn)線設(shè)備,，項(xiàng)目分兩期實(shí)施，預(yù)計(jì)一期明年投產(chǎn),。

6月16日,，三安光電公告宣布，將在長(zhǎng)沙投資建設(shè)包括但不限于碳化硅等化合物第三代半導(dǎo)體的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目,，包括長(zhǎng)晶—襯底制作—外延生長(zhǎng)—芯片制備—封裝產(chǎn)業(yè)鏈,，投資總額160億元。7月20日,，長(zhǎng)沙三安第三代半導(dǎo)體項(xiàng)目開工,。

三安光電160億項(xiàng)目剛落地，又一個(gè)百億項(xiàng)目隨后而至,。8月9日,，露笑科技宣布，將與合肥市長(zhǎng)豐縣人民政府在合肥市長(zhǎng)豐縣共同投資建設(shè)第三代功率半導(dǎo)體（碳化硅）產(chǎn)業(yè)園,，包括但不限于碳化硅等第三代半導(dǎo)體的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目,，包括碳化硅晶體生長(zhǎng)、襯底制作,、外延生長(zhǎng)等的研發(fā)生產(chǎn),，項(xiàng)目投資總規(guī)模預(yù)計(jì)100億元。

緊接著8月17日,，天科合達(dá)第三代半導(dǎo)體碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)項(xiàng)目正式開工,。該項(xiàng)目是天科合達(dá)自籌資金建設(shè)的用于碳化硅晶體襯底研發(fā)及生產(chǎn)的項(xiàng)目，總投資約9.5億元,，總建筑面積5.5萬(wàn)平方米,，新建一條400臺(tái)/套碳化硅單晶生長(zhǎng)爐及其配套切、磨,、拋加工設(shè)備的碳化硅襯底生產(chǎn)線,，計(jì)劃于2022年年初完工投產(chǎn),，建成后可年產(chǎn)碳化硅襯底12萬(wàn)片。

據(jù)筆者不完全統(tǒng)計(jì),，今年1-8月所披露新開工以及新簽約第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的投資總額已超450億元,，其中包括兩家上市公司三安光電與露笑科技，事實(shí)上兩者在此前已在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域有所投資,，尤其是三安光電已布局多年,，如今再斥下巨資投建項(xiàng)目，可見(jiàn)十分看好對(duì)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景,。

事實(shí)上,，還有華潤(rùn)微、賽微電子,、聞泰科技,、士蘭微、揚(yáng)杰科技,、亞光科技,、聚燦光電等一眾知名上市公司亦正在布局第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。如華潤(rùn)微正在進(jìn)行氮化鎵與碳化硅器件的研發(fā)與生產(chǎn),，今年7月華潤(rùn)微宣布正式向市場(chǎng)投放1200V和650V工業(yè)級(jí)SiC肖特基二極管功率器件產(chǎn)品系列,，同時(shí)其6英寸商用SiC晶圓生產(chǎn)線正式量產(chǎn)。

除了企業(yè)投資外,，近年來(lái)全國(guó)各地布局發(fā)展第三代半導(dǎo)體,，初步形成了京津冀、長(zhǎng)三角,、珠三角,、閩三角、中西部等五大重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域,，北京,、河北、山東,、浙江,、江蘇、廣東,、福建,、重慶、成都,、陜西等省市均著手布局,，并發(fā)展起多個(gè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，包括北京順義第三代半導(dǎo)體創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)集聚區(qū),、山東濟(jì)南寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)小鎮(zhèn),、深圳坪山第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)等,。

至此，第三代半導(dǎo)體已吸引了國(guó)內(nèi)各省地政府,、大中小企業(yè)以及各界資本的投資布局，后續(xù)預(yù)期仍將有更多企業(yè)及資本入場(chǎng),。

下游市場(chǎng)需求崛起

上中游企業(yè)火熱加速布局,，最大的驅(qū)動(dòng)力無(wú)疑來(lái)源于下游終端應(yīng)用的市場(chǎng)需求。隨著碳化硅,、氮化鎵襯底,、外延片質(zhì)量持續(xù)提升，上游材料產(chǎn)能不斷擴(kuò)張,，碳化硅,、氮化鎵器件與傳統(tǒng)器件價(jià)差持續(xù)縮小、性能日益穩(wěn)定及提高,，進(jìn)一步獲得下游認(rèn)可,。

如氮化鎵電力電子器件正在火熱應(yīng)用于消費(fèi)電子快充市場(chǎng)，尤其在智能手機(jī)領(lǐng)域,。今年2月,，小米新品發(fā)布會(huì)上推出明星產(chǎn)品65W GaN充電器，引爆市場(chǎng)對(duì)GaN的關(guān)注,；隨后4月,，華為在其P40系列國(guó)行版線上發(fā)布會(huì)上亦推出了GaN雙口超級(jí)快充充電器；而在去年10月,，OPPO Reno Ace正式發(fā)布,，亦標(biāo)配65W超級(jí)閃充GaN充電器......

智能手機(jī)廠商相繼推出氮化鎵快充，眾多配件廠商亦然,。據(jù)了解,，Anker早于2018年10月便已發(fā)布GaN充電器，隨后包括Baseus,、RAVPower,、UIBI、ZMI等廠商均發(fā)布了氮化鎵快充產(chǎn)品,，在今年CES2020上,，包括Anker在內(nèi)的30家廠商推出了66款氮化鎵快充產(chǎn)品，可見(jiàn)氮化鎵快充產(chǎn)品在消費(fèi)電子終端市場(chǎng)之火熱,。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用迅速起量的同時(shí),，氮化鎵電子電力器件在5G通信、新能源汽車的等領(lǐng)域亦加速滲透,，尤其在今年國(guó)家提出“新基建”,，氮化鎵市場(chǎng)應(yīng)用得到進(jìn)一步擴(kuò)大,。

5G時(shí)代到來(lái)，5G基站和通信設(shè)備對(duì)射頻微波器件如PA（功率放大器）等提出了更高要求,，而氮化鎵功率放大器件尤其適用于大功率通信基站,、雷達(dá)等系統(tǒng)，5G通訊基站采用氮化鎵射頻器件已成為業(yè)界共識(shí),。

有市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)認(rèn)為,，氮化鎵材料將逐步替代替代Si LDMOS大幅運(yùn)用于PA，而5G通信將為氮化鎵器件帶來(lái)非常明顯的需求增長(zhǎng),。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,，2019年全球GaN射頻器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到5.27億美元，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到13.24億美元,。此外,，國(guó)防軍事與航天等領(lǐng)域需求也將持續(xù)推動(dòng)氮化鎵射頻市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。

碳化硅方面,，新能源汽車和充電樁市場(chǎng)是碳化硅功率器件市場(chǎng)增長(zhǎng)的重要?jiǎng)恿?。近年?lái)，新能源汽車迅速崛起,，特斯拉Tesla在其Model3的逆變器率先采用了意法半導(dǎo)體的碳化硅功率模塊,，緊接著眾多整車廠商快速跟進(jìn)，開始大量推進(jìn)碳化硅解決方案在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用,。據(jù)了解,，國(guó)際上已有超過(guò)20家汽車廠商在車載充電機(jī)中使用碳化硅器件，國(guó)內(nèi)廠商如比亞迪等亦紛紛加碼碳化硅器件在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用,。

充電樁是新能源汽車發(fā)展的必備設(shè)施,，而在其成本構(gòu)成中占比達(dá)60%的充電機(jī)、變壓器等核心部件需大量使用功率半導(dǎo)體,，相比傳統(tǒng)的硅器件,，碳化硅功率器件在充電樁領(lǐng)域應(yīng)用可以提升電源系統(tǒng)開關(guān)頻率和效率等，相關(guān)企業(yè)正加速將碳化硅功率器件在充電樁市場(chǎng)的應(yīng)用,。

此外,，今年以來(lái)國(guó)家提出加速發(fā)展“新基建”，新基建所覆蓋的5G基建,、特高壓,、城際高速鐵路和城際軌道交通、新能源汽車充電樁,、大數(shù)據(jù)中心,、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域均將為氮化鎵、碳化硅等第三代半導(dǎo)體帶來(lái)市場(chǎng)需求。

產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)替代現(xiàn)狀 

市場(chǎng)風(fēng)口已至,，那么第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的國(guó)產(chǎn)替代現(xiàn)狀到底如何,？

整體而言，我國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步相對(duì)較晚,，不過(guò)這些年在國(guó)家政策支持,、市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展,，已基本形成了涵蓋上游襯底,、外延片，中游器件設(shè)計(jì),、器件制造及模塊，下游應(yīng)用等環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈布局,。

氮化鎵方面,，我國(guó)襯底企業(yè)主要有東莞中稼半導(dǎo)體、蘇州納維科技,、鎵特半導(dǎo)體等,，外延片企業(yè)主要有晶湛半導(dǎo)體、聚能晶源,、世紀(jì)金光,、聚力成半導(dǎo)體等，器件設(shè)計(jì)方面有賽微電子,，制造企業(yè)主要有海威華芯,、廈門三安集成等，IDM企業(yè)主要有能訊高能半導(dǎo)體,、能華微電子,、英諾賽科、大連芯冠科技,、華功半導(dǎo)體以及中電科十三所,、中電科五十五所等。

碳化硅方面,，我國(guó)襯底企業(yè)主要有山東天岳,、天科合達(dá)、中科鋼研節(jié)能,、世紀(jì)金光等,，外延片企業(yè)主要有瀚天天成、天域半導(dǎo)體,、世紀(jì)金光等,，器件制造方面有廈門三安集成、海威華芯等，IDM企業(yè)主要有泰科天潤(rùn),、中車時(shí)代,、世紀(jì)金光、芯光潤(rùn)澤以及中電科十三所,、中電科五十五所等,。

歷經(jīng)多年的沉淀與積累，我國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已有了長(zhǎng)足進(jìn)步,。根據(jù)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)布的報(bào)告,，2019年我國(guó)第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域技術(shù)已基本完成從小批量的研發(fā)向規(guī)模化,、商業(yè)化的跨越,。

材料方面，2019年GaN襯底已實(shí)現(xiàn)2-3英寸襯底小批量產(chǎn)業(yè)化,，4英寸可提供樣品,；用于電力電子器件的Si基GaN外延基本實(shí)現(xiàn)6英寸產(chǎn)業(yè)化和8英寸材料的樣品研發(fā)。SiC襯底4英寸導(dǎo)電和半絕緣襯底已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,，6英寸導(dǎo)電襯底小批量供貨,，已經(jīng)研制出8英寸襯底；SiC同質(zhì)外延目前商業(yè)化的尺寸為4-6英寸等,。

器件方面,，2019年商業(yè)化的Si基GaN HEMT最高電壓為650V；硅基GaN射頻器件性能位于國(guó)際前列水平,，工作頻率145GHz-220GHz,，已實(shí)現(xiàn)規(guī)模量化供貨。SiC器件國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品涵蓋的電壓等級(jí)已經(jīng)基本無(wú)差別,，SiC SBD覆蓋600V-3300V的電壓范圍,；SiC MOSFET方面，全SiC功率模塊最高規(guī)格為1200V/600A等,。

不過(guò),，目前全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大部分市場(chǎng)份額仍被美國(guó)、歐洲,、日本等國(guó)家地區(qū)企業(yè)所占據(jù),，我國(guó)第三代半導(dǎo)體企業(yè)在產(chǎn)能規(guī)模、解決方案,、市場(chǎng)渠道以及品牌信任度等方面均與國(guó)際企業(yè)有較大差距,，如今正在努力追趕中。

結(jié) 語(yǔ)

盡管與國(guó)際巨頭仍有差距,，但中國(guó)作為全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng),，在市場(chǎng)風(fēng)口到來(lái),、產(chǎn)業(yè)火熱加碼布局等利好因素加持下，國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)擊前行,。隨著相關(guān)企業(yè)持續(xù)擴(kuò)增產(chǎn)能,、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品可靠性,，國(guó)產(chǎn)第三代半導(dǎo)體器件在下游應(yīng)用市場(chǎng)的滲透率將日漸提升,，進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程。