近期,，阿里巴巴達(dá)摩院發(fā)布2021年十大科技趨勢(shì),，“第三代半導(dǎo)體迎來(lái)應(yīng)用大爆發(fā)”位列第一,。達(dá)摩院指出，第三代半導(dǎo)體的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)并正在打開(kāi)應(yīng)用市場(chǎng),。未來(lái)5年,，基于第三代半導(dǎo)體材料的電子器件將廣泛應(yīng)用于5G基站、新能源汽車(chē)、特高壓,、數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)景,。

“性價(jià)比優(yōu)勢(shì)”是形成市場(chǎng)穿透力的敲門(mén)磚。長(zhǎng)期以來(lái),，第三代半導(dǎo)體受限于襯底成本過(guò)高,、制備困難、應(yīng)用范圍小等因素,，成本居高不下,，限制了市場(chǎng)接受度的提升。隨著應(yīng)用空間逐漸拓展,，制備技術(shù)日益成熟,，第三代半導(dǎo)體逐漸從產(chǎn)品導(dǎo)入期走向市場(chǎng)拓展期。但也需看到,，國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體企業(yè)多處于研發(fā)或小批量供貨階段,，要實(shí)現(xiàn)第三代半導(dǎo)體的規(guī)模化商用,，還需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游的共同作為,。

性價(jià)比優(yōu)勢(shì)日益凸顯

半導(dǎo)體領(lǐng)域素有“一代材料、 一代技術(shù),、 一代產(chǎn)業(yè)”的說(shuō)法,。作為產(chǎn)業(yè)鏈最上游的核心部分，材料的影響力貫穿半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)始終,，不僅用于制造和封測(cè)工藝,，也直接影響芯片的供貨效率和性能質(zhì)量。

“小巧,、高效,、發(fā)熱低”——小米董事長(zhǎng)雷軍對(duì)氮化鎵充電器的評(píng)價(jià)，道出了第三代半導(dǎo)體的性能優(yōu)勢(shì),。相比硅材料,，第三代半導(dǎo)體擁有耐高溫、耐高壓,、高頻率,、大功率、抗輻射等先天優(yōu)勢(shì),，相比硅器件可降低50%以上的能量損失,，并減小75%以上的裝備體積,。

不過(guò),，第三代半導(dǎo)體雖然優(yōu)勢(shì)顯著，卻尚未進(jìn)入大規(guī)?；逃秒A段,。由于制備工藝成熟,、自然界儲(chǔ)備量大且應(yīng)用廣泛，硅器件形成了難以逾越的價(jià)格優(yōu)勢(shì),。相比之下,，第三代半導(dǎo)體的單晶及外延材料價(jià)格昂貴，制備工藝難度較大且襯底成本高,。相比傳統(tǒng)6英寸硅襯底,，碳化硅襯底的價(jià)格高出數(shù)十倍之多。

既然價(jià)格上缺乏優(yōu)勢(shì),，第三代半導(dǎo)體的性價(jià)比優(yōu)勢(shì),，體現(xiàn)在哪些維度?

“第三代半導(dǎo)體器件的性價(jià)比主要體現(xiàn)在綜合開(kāi)銷(xiāo)上?！?阿里達(dá)摩院十大科技趨勢(shì)項(xiàng)目組專家告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者,。

據(jù)該專家介紹，得益于第三代半導(dǎo)體電力電子器件的高頻特性,，圍繞器件布局的無(wú)源元件可減小和減少,，從而減少物質(zhì)開(kāi)銷(xiāo);其次，器件高壓特性可以使部分多級(jí)降壓或升壓模式改變?yōu)閱渭?jí)模式,，有效減少元器件數(shù)量;此外,，器件耐高溫特性可以使模組或系統(tǒng)散熱成本有效降低，目前正在快充,、逆變器等應(yīng)用中逐步體現(xiàn),。

碳化硅供應(yīng)商基本半導(dǎo)體向記者提供的資料顯示，在新能源汽車(chē)使用碳化硅MOSFET 90-350kW逆變器時(shí),，可減少6%~10%的電池使用,，并節(jié)省空間占用及冷卻系統(tǒng)需求。雖然碳化硅器件的成本增加值在75~150美元,，卻節(jié)約了525~850美元的綜合開(kāi)銷(xiāo),。

這種系統(tǒng)性成本優(yōu)勢(shì)，可謂第三代半導(dǎo)體的“殺手锏”,。

同樣值得注意的是,，雖然硅器件成本優(yōu)勢(shì)顯著，但價(jià)格下降空間已所剩無(wú)幾,。相較之下,，第三代半導(dǎo)體尚有充足的降價(jià)空間。

CASA Research數(shù)據(jù)顯示,，耐壓600V-650V碳化硅SBD在2019年的均價(jià)是1.82元/A,，較2017年年底下降了55.6%，與硅器件價(jià)格差距縮小到2.4倍左右。1200V碳化硅SBD雖然與硅器件的價(jià)格差距在5倍左右,，但均價(jià)較2017年下降了37.6%,。

這種降價(jià)幅度，在硅產(chǎn)業(yè)已經(jīng)難以想象,。隨著5G,、新能源汽車(chē)等下游市場(chǎng)對(duì)第三代半導(dǎo)體的需求上揚(yáng)，以及制備技術(shù)特別是大尺寸材料生長(zhǎng)技術(shù)不斷突破,，第三代半導(dǎo)體的性能日益穩(wěn)定且價(jià)格持續(xù)下探,，性價(jià)比優(yōu)勢(shì)將持續(xù)凸顯。

規(guī)模商用尚需時(shí)日

市場(chǎng)邊界的拓展,，讓第三代半導(dǎo)體從半導(dǎo)體照明等小批量應(yīng)用,，走向了更加廣闊的市場(chǎng)空間。但也需看到,，國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體企業(yè)多數(shù)處于研發(fā),、項(xiàng)目建設(shè)或小批量供貨階段，對(duì)企業(yè)營(yíng)收的貢獻(xiàn)比例較低,，第三代半導(dǎo)體的大規(guī)模商用尚需時(shí)日,。

達(dá)摩院十大科技趨勢(shì)項(xiàng)目組專家向記者表示，第三代半導(dǎo)體要走向規(guī)?；?、商用化，至少要滿足五個(gè)條件：一是細(xì)分領(lǐng)域的代際優(yōu)勢(shì)獲得市場(chǎng)進(jìn)一步驗(yàn)證;二是元器件可靠性可滿足整機(jī)廠商對(duì)消費(fèi)端,、工業(yè)端等的差異化需求;三是應(yīng)用端利潤(rùn)能基本覆蓋材料到制程的投入;四是面向第三代半導(dǎo)體器件與電路的專業(yè)工程師群體的成長(zhǎng);五是代工體系能有效支撐通用芯片的穩(wěn)定供貨,。

“產(chǎn)業(yè)鏈必須在第三代半導(dǎo)體優(yōu)勢(shì)應(yīng)用領(lǐng)域和細(xì)分環(huán)節(jié)做縱深整合和迭代嘗試，突出應(yīng)用需求牽引,，才能使產(chǎn)業(yè)鏈具備內(nèi)生動(dòng)力,。同時(shí)，要發(fā)揮政策及龍頭企業(yè)的帶動(dòng)優(yōu)勢(shì)和區(qū)域優(yōu)勢(shì),，通過(guò)垂直整合和兼并重組,，做強(qiáng)優(yōu)勢(shì)方向，重視材料與制程的協(xié)同突破,，加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng),。”該專家指出,。

賽迪顧問(wèn)新材料產(chǎn)業(yè)研究中心副總經(jīng)理?xiàng)钊鹆找蚕蛴浾弑磉_(dá)了類似的觀點(diǎn),，第三代半導(dǎo)體的規(guī)模化商用,，要以應(yīng)用為牽引,，關(guān)注5G,、新能源汽車(chē)充電樁、特高壓及軌道交通四大“新基建”領(lǐng)域的市場(chǎng)機(jī)會(huì),，以核心技術(shù)突破及量產(chǎn)技術(shù)落地加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)上下游協(xié)同發(fā)展,。

“對(duì)于企業(yè)而言,，首先要通過(guò)擴(kuò)大產(chǎn)能，降低固定成本,，推動(dòng)晶圓成本降低;同時(shí),，基于大尺寸材料生長(zhǎng)技術(shù)等更加成熟的制備技術(shù)，通過(guò)更大尺寸的襯底降低器件的加工難度和生產(chǎn)成本,。此外,，可與大客戶簽訂長(zhǎng)期合作合同，提升供應(yīng)穩(wěn)定性,?！?楊瑞琳說(shuō)。

從市場(chǎng)穿透力來(lái)看,，在高溫,、強(qiáng)輻射、大功率等特殊場(chǎng)景,，第三代半導(dǎo)體差異化優(yōu)勢(shì)顯著,。但在功率器件等被視為第三代半導(dǎo)體適用性最強(qiáng)的市場(chǎng)，硅材料仍占據(jù)主導(dǎo)地位,。綜合中國(guó)電子標(biāo)準(zhǔn)化研究院和Yole數(shù)據(jù),，2019年碳化硅、氮化鎵電力電子器件市場(chǎng)滲透率約為2.5%,，尚處于產(chǎn)品導(dǎo)入階段,。

“由于襯底成本過(guò)高，制程條件相對(duì)困難,，第三代半導(dǎo)體市占表現(xiàn)長(zhǎng)期受限,，預(yù)計(jì)10年后市占仍將低于整體半導(dǎo)體市場(chǎng)的一成以下?！盩rendForce集邦咨詢分析師王尊民向記者表示,。

即便性價(jià)比優(yōu)勢(shì)在電動(dòng)車(chē)、無(wú)線充電器,、能源轉(zhuǎn)換器等產(chǎn)業(yè)逐漸凸顯,，讓下游客戶從已經(jīng)成熟的硅產(chǎn)品線切換到第三代半導(dǎo)體，絕非一蹴而就,。需要產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)在成本控制,、產(chǎn)品指標(biāo),、市場(chǎng)選擇上，做出更加合理的部署,，做好持久戰(zhàn)的準(zhǔn)備,。

“第三代半導(dǎo)體要走向規(guī)模及商用化，現(xiàn)階段主要考量如何有效降低襯底價(jià)格及提高尺寸大小,，后續(xù)再配合不同材料的制程條件開(kāi)發(fā)(如硅器件開(kāi)發(fā)流程一般),，持續(xù)滲透功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，相信企業(yè)發(fā)展將逐漸步上正軌,?！?王尊民表示，“第三代半導(dǎo)體尚處于產(chǎn)品銷(xiāo)售的成長(zhǎng)階段,，多數(shù)從業(yè)者將發(fā)布差異化的產(chǎn)品并鎖定特定市場(chǎng),，找尋合適的應(yīng)用場(chǎng)景。預(yù)計(jì)2021年,，第三代半導(dǎo)體將維持百花齊放之勢(shì),，廠商將持續(xù)推出產(chǎn)品并挑戰(zhàn)不同的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，提升企業(yè)知名度,，開(kāi)拓未來(lái)發(fā)展空間,。”