毋庸置疑，第三代半導體最近真的很火。相關(guān)股市板塊逆勢而上,，據(jù)同花順iFinD數(shù)據(jù),，26只第三代半導體概念股半個月的總市值就漲了100億元以上,，股價漲幅最高者超100%,。

　　從投資來看，進入2020年以來,，已有8家半導體企業(yè)共計預投資大約430多億,，第三代半導體項目在國內(nèi)已處于火熱階段。

　　而真正的大火,，來自于媒體消息,，中國正在規(guī)劃將大力支持發(fā)展第三代半導體產(chǎn)業(yè)寫入“十四五”規(guī)劃之中，計劃在2021到2025年的五年之內(nèi),，在教育,、科研、開發(fā),、融資,、應用等等各個方面，大力支持發(fā)展第三代半導體產(chǎn)業(yè),，以期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)獨立自主,，甚至彎道超車。

　　政策,，是最大的商機,。在政策的支持下，第三代半導體真的會持續(xù)會火起來嗎,？不過,，從產(chǎn)業(yè)的角度來看，中國第三代半導體真正要火起來并不容易,，面臨四大問題,。

　　第一大問題：技術(shù)差距明顯

　　早在1987年，科銳公司（Cree）成立,，專門從事SiC半導體的研究,。最初，針對禁帶半導體的研究與開發(fā)主要是為了滿足軍事國防方面的需求,。隨后,，美國國防部和能源部先后啟動了“寬禁帶半導體技術(shù)計劃”和“氮化物電子下一代技術(shù)計劃”，積極推動SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）寬禁帶半導體技術(shù)的發(fā)展,。緊跟美國之后,，歐洲和日本也相繼開展了相關(guān)研究，經(jīng)過多年發(fā)展,，在寬禁帶半導體材料,、器件及系統(tǒng)的研究上取得了豐碩的成果，實現(xiàn)了在軍事國防領(lǐng)域的廣泛應用,。

　　隨著在軍事領(lǐng)域的應用逐步成熟,，第三代半導體應用開始逐步拓展到民用領(lǐng)域，近年來,，大量的以新技術(shù)為基礎的新產(chǎn)品,、新應用正在迅速普及，所帶來的電力電子設備的能源消耗量也快速增長,。半導體在節(jié)能領(lǐng)域中應用最多就是功率器件,，寬禁帶半導體的帶隙明顯大于硅半導體，從而可有效減小電子跨越的鴻溝,，減少能源損耗,。但真正讓第三代半導體應用得到極大關(guān)注的還是特斯拉采用碳化硅功率器件,，把這個產(chǎn)業(yè)向前快速推進。

　　明星企業(yè)的影響力是市場最大的推手,，正如小米科技雷軍發(fā)布GaN手機充電器,，在國內(nèi)把GaN推向了高潮。

　　第三代半導體的生產(chǎn)步驟包括單晶生長,、外延層生長以及器件/芯片制造,，分別對應襯底、外延和器件/芯片,?？傮w來說，第三代半導體產(chǎn)業(yè)目前主要處于國外企業(yè)壟斷的局面,。

　　襯底方面：

　　1.碳化硅：目前國際企業(yè)正在從 4 英寸襯底向 6 英寸過渡,，在研的有 8 英寸硅基襯底，而國內(nèi)仍然以 4 英寸為主,。國外核心企業(yè)有美國Cree,、 DowCorning、德國 SiCrystal,、美國 II-VI,、日本昭和電工等，他們占據(jù)主要產(chǎn)能,。Cree占據(jù)40%市場,，其次是美國 II-VI，日本昭和電工,，三者合計占據(jù)75%以上的市場,。國內(nèi)則以天科合達、山東天岳,、同光晶體等公司為主,，他們主要供應 3 ~ 4 英寸的單晶襯底。

　　2.氮化鎵：全球目前商用化合物晶圓尺寸最大為6英寸,，比如臺灣穩(wěn)懋等國際主流廠家都采用6吋工藝,，其中GaAs襯底主流尺寸為6英寸，8英寸在開發(fā)中,；GaN襯底以4/6英寸為主,。這個市場的主導者是日本住友電工，市場占有率約90%,。國內(nèi)廠家主要是2~4英寸,。

　　外延方面：

　　1.碳化硅：外延片企業(yè)主要以美國的Cree、 DowCorning、II-VI,、日本的羅姆,、三菱電機，德國的Infineon 等為主,。美國公司就占據(jù)全球70~80%的份額,。國內(nèi)瀚天天成、東莞天域已能提供4英寸的碳化硅外延片,。

　　2.氮化鎵：外延片目前主要是日本的NTT-AT、比利時的 EpiGaN ,、英國的IQE ,、臺灣嘉晶電子等在供應。2012年3月成立的蘇州晶湛半導體,，國內(nèi)最早最大的氮化鎵外延片提供商,，但市占率依舊很低。

　　器件/芯片方面：

　　1.碳化硅：國際上600~1700V SiC SBD,、MOSFET 已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,，主流產(chǎn)品耐壓水平在1200V以下，主流企業(yè)為Infineon,、Cree,、羅姆、意法半導體等,。國內(nèi)則主要有泰科天潤,、深圳基本半導體、中電科55所,、上海瞻芯電子等,，相比國外還屬于起步階段。

　　2.氮化鎵：分為射頻器件和電力電子器件,。設計公司主要有美國的EPC,、MACOM、Transphom,、Navitas,，德國的Dialog等公司，國內(nèi)有被中資收購的安譜?。ˋmpleon）等,。IDM企業(yè)則包括住友電工和Cree，他們的市場占有率均超過30%,，其他還有 Qorvo 和 MACOM,。國內(nèi)IDM企業(yè)蘇州能訊、英諾賽科、江蘇能華等加起來市場占有率不超過5%,。

　　晶圓代工的企業(yè)有美國環(huán)宇通訊半導體（GCS）,、穩(wěn)懋半導體、日本富士通,、Cree,、臺灣嘉晶電子、臺積電,、歐洲聯(lián)合微波半導體公司（UMS）等為主導,，中國大陸的三安集成和海威華芯也已經(jīng)批量出貨。

　　我國第三代半導體起步晚,，2013年的“863計劃”第一次明確將第三代半導體材料及其應用列為重要內(nèi)容,。與國外相比，國內(nèi)第三代半導體技術(shù)差距明顯,，穩(wěn)定性和可靠性是短板,。

　　第二大問題：市場應用有限

　　很多文章介紹第三代半導體氮化鎵和碳化硅，都是從第一代硅,，第二代砷化鎵開始介紹,。給人的感覺，一代總比一代強,。

　　全球半導體年產(chǎn)值近5000億美金,，90%以上來自第一代半導體。根據(jù)Omdia的《2020年SiC和GaN功率半導體報告》,，到2020年底,，全球SiC和GaN功率半導體的銷售收入預計將從2018年的5.71億美元增至8.54億美元。未來十年的年均兩位數(shù)增長率,，到2029年將超過50億美元,。根據(jù)Yole預測，到2024年SiC功率半導體市場規(guī)模將增長至20億美元,，其中,，汽車市場占SiC功率半導體市場比重到2024年預計將達50%。

　　從上面的數(shù)據(jù)可以看出,，在第一代半導體面前,，第三代半導體的產(chǎn)值非常的小。國外發(fā)展第三代半導體不是因為生意有多么的大,，是因為國防和科技信息技術(shù)的發(fā)展需要用到第三代半導體,。同時，這是一個增量市場,，也是企業(yè)可以尋求的增長空間,。

　　從增量來源來看，5G、光伏智能電網(wǎng),、新能源汽車等是主要的增量來源,。根據(jù)第3代半導體的發(fā)展情況，其主要應用為半導體照明,、電力電子器件,、激光器和探測器、以及其他領(lǐng)域,，每個領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)成熟度各不相同,。

　　1、半導體照明

　　在4個應用領(lǐng)域中,，半導體照明行業(yè)發(fā)展最為迅速,，已形成百億美元的成熟產(chǎn)業(yè)規(guī)模。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,。

　　2、電力電子器件

　　在電力電子領(lǐng)域,，目前市場規(guī)模僅為幾億美元,。其應用主要集中在軍事尖端裝備領(lǐng)域，正逐步向民用領(lǐng)域拓展,。微波器件方面,，GaN高頻大功率微波器件已開始用于軍用雷達、智能武器和通信系統(tǒng)等方面,。

　　3.激光器和探測器

　　GaN激光器可以覆蓋到很寬的頻譜范圍,，實現(xiàn)藍、綠,、紫外激光器和紫外探測的制造,。紫色激光器可用于制造大容量光盤，其數(shù)據(jù)存儲盤空間比藍光光盤高出20倍,。除此之外,，紫色激光器還可用于醫(yī)療消毒、熒光激勵光源等應用,，總計市場容量為10億美元,。

　　4、其他應用在前沿研究領(lǐng)域

　　第三代半導體可用于太陽能電池、生物傳感器,、水制氫媒介,、及其他一些新興應用。

　　在國內(nèi),，得到高度關(guān)注的第三代半導體應用有：氮化鎵充電器電源IC,、氮化鎵基站PA、氮化鎵5G手機PA,、氮化鎵IGBT,、碳化硅SBD、碳化硅MOSFET,。

　　第三大問題：成本是最大瓶頸

　　第三代半導體要擴大應用市場,，成本是最大瓶頸。

　　從增量市場來看,，5G,、光伏智能電網(wǎng)、新能源汽車這些主要市場對半導體技術(shù)要求很高,，屬于前沿技術(shù),。中國第三代半導體從材料，到設計,，再到晶圓制造都是起步階段,。除了國內(nèi)個別企業(yè)有成熟的第三代半導體設計能力，產(chǎn)品可以批量出貨,，其他還是小批量階段,。國內(nèi)第三代半導體要主導5G、光伏智能電網(wǎng),、新能源汽車這三大領(lǐng)域,，還需要很長時間去沉淀和成長。如果一定要加個具體時間,，那也是5年以后的事情,。

　　前沿新市場的需求并不大，幾十億美金的市場相對于整個全球半導體來講還不到百分之一,。國內(nèi)企業(yè)把機會瞄準傳統(tǒng)消費類電子應用,，比如：充電器電源芯片、肖特基二極管,、MOSFET,。也有國內(nèi)企業(yè)投入研發(fā)5G基站GaN PA，這是一塊20億美金的潛力市場,。接下來分析第三代半導體的成本瓶頸,。

　　以碳化硅來說,，技術(shù)難度在于3點：

　　1.在長晶的源頭晶種純度要求相當高

　　2.長晶的時間相當長，碳化硅晶棒約需要7天,。一般硅材料長晶平均約3-4天即可長成一根晶棒,。

　　3.長一根碳化硅的長晶棒只能長出2公分，量產(chǎn)的成本高很多,。而一般的硅晶棒約有200公分的長度,。

　　據(jù)說，第三代半導體材料,，這樣一片厚度只有0.5毫米的“碳化硅”6英寸晶片,，市場售價高達2000美金。而12吋硅晶圓的平均單價在108～112美元價位,，再加上制造成本和良率,，第三代半導體比第一代半導體硅晶成本要貴很多倍。

　　氮化鎵也是如此,，氮化鎵在傳統(tǒng)消費電子領(lǐng)域要取代砷化鎵和硅晶,，成本是最大的挑戰(zhàn)。

　　新興市場,，半導體不看價格,，但沒有量，技術(shù)要求高,。工業(yè)電子市場，尤其是汽車電子市場,，半導體單價高,，需求量不大，但對技術(shù)和品質(zhì)的要求很高,，國內(nèi)的半導體企業(yè)在時間上和技術(shù)難度上能不能扛得住是個很大的問題,，短平快的投資環(huán)境，不會給企業(yè)那么多時間,，沒有時間,，技術(shù)如何積累？其實,，最適合國內(nèi)半導體企業(yè)的是傳統(tǒng)消費類電子行業(yè),。

　　充電器電源芯片、肖特基二極管,、MOSFET才是國內(nèi)第三代半導體企業(yè)最適合的領(lǐng)域,。要用第三代半導體來研發(fā)生產(chǎn)這些產(chǎn)品，從而取代硅基,，成本是最大瓶頸,。

　　第四大問題：產(chǎn)業(yè)人才短缺

　　第三代半導體最大的瓶頸是成本,，中國半導體最大的瓶頸是人才。錢能解決很多問題,，但不能解決眼下半導體產(chǎn)業(yè)人才短缺的問題,，中國第三代半導體產(chǎn)業(yè)人才短缺更為明顯。

　　在中國的大地上,，芯片依舊很火,，各行各業(yè)都來做芯片。搶人,，成為時下最大的風景,。《中芯國際為什么留不住人才》一度成為熱搜,，甚至把所有的責備指向中芯國際,。全國各地大建晶圓廠，產(chǎn)業(yè)人才哪里找,？當然是龍頭企業(yè)中芯國際,。不是薪水低留不住人才，而是無論你薪水多高,，人家都會更高薪水挖你人才,。因為錢不是自己掙出來的，是投資者和政策支持的,。

　　中國大陸企業(yè)做第三代半導體也就幾年時間,，最初的人才來自海外。產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要大量人才,，前期的人才培養(yǎng)遠遠跟不上產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和擴張,。從襯底材料到外延，再到晶圓制造,，哪個環(huán)節(jié)都缺少人才,。氮化鎵和碳化硅工藝的半導體設計公司也是最近幾年才開始，之前也沒有這方面的設計研發(fā)人才,。第三代半導體也是化合物半導體,，不能完全依靠EDA軟件，很大程度取決于經(jīng)驗和對工藝的熟悉及理解,?；衔锇雽w產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng)時間比第一代半導體人才的培養(yǎng)時間更長，沒有個3-5年根本就成長不起來,。

　　一家半導體工廠的負責人跟筆者講,，當?shù)禺a(chǎn)業(yè)基金鼓勵企業(yè)做第三代半導體，在資金和政策上給予支持,，最大的問題是不知道從哪里找人,，找一個人沒用,，得找一個團隊。就算找到了,，可能也只有一點點經(jīng)驗,，需要邊做邊學，要花很長的時間去積累,。這一點,，很有感觸。例如,，三伍微基于第二代半導體砷化鎵工藝做射頻前端芯片設計,，同屬于化合物半導體。有一次,，我問公司一個做了5年基于砷化鎵工藝設計WIFI FEM的研發(fā),，“公司怎么幫助你，才能成為國內(nèi)WIFI FEM領(lǐng)域最頂級的人才,？” 他延遲了幾秒鐘回答我：時間,。

　　在設計的過程中，研發(fā)會摸索出了一些經(jīng)驗和思路,，但需要時間去試驗和總結(jié),。化合物半導體對經(jīng)驗很依賴,，技術(shù)的解決和突破必須基于兩點：時間累積和Know-how,。

　　廠房可以一兩年建好，機器設備可以一兩年引進安裝好,，但產(chǎn)業(yè)人才不是一兩年可以培養(yǎng)起來的,。沒有產(chǎn)業(yè)人才，短期內(nèi)第三代半導體在國內(nèi)遍地開花火起來是不可能的,。

　　結(jié)語

　　正如愛默生所說：“對于一心向著目標前進的人，全世界都會為他讓路”,。但前提是,，對產(chǎn)業(yè)的理解必須正確。在文章的結(jié)尾,，引用下面網(wǎng)上的一個觀點做個討論,。

　　為什么說第三代半導體是中國大陸半導體的希望？

　　第一,，第三代半導體相比較第一代第二代半導體處于發(fā)展初期,，國內(nèi)和國際巨頭基本處于同一起跑線。----以為是同一起跑線,，實際上不是,，落后5~10年,。（筆者觀點）

　　第二，中國有第三代半導體的應用市場,，可以根據(jù)市場定義產(chǎn)品,，而不是像之前跟著國際巨頭做國產(chǎn)化替代。----產(chǎn)品仍是國外先做出來,，先在市場推廣,，國內(nèi)企業(yè)跟在后面做國產(chǎn)化替代。（筆者觀點）

　　第三,，第三代半導體難點不在設備,、不在邏輯電路設計，而在于工藝,，工藝開發(fā)具有偶然性,，相比較邏輯芯片難度降低。----難度并沒有降低,，成熟穩(wěn)定的第三代半導體工藝開發(fā)比第一代硅更難了,。（筆者觀點）

　　第四，對設備要求相對較低,，投資額小,，國內(nèi)可以有很多玩家。在資本的推動下,，可以全國遍地開花,，最終走出來幾家第三代半導體公司的概率很大。----沒有產(chǎn)業(yè)人才,，如何遍地開花,？（筆者觀點）

　　因為相信，才能看見,。相信中國大陸一定能把第三代半導體做起來,，即使如此，也只是解決了小部分問題,，絕大部分問題仍然是第一代半導體決定的,。