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鍵材料。由于汽車和主流消費應用的引領,，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,，相關機構預計,，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,。
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，汽車這一細分領域將成為最主要的驅動力,。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,。相關機構預測，整個GaN無線基礎設施的市場規(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。這主要受電信基礎設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,，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,，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,，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,、儲能設備等領域,。
9月，英諾賽科蘇州第三代半導體基地舉行設備搬入儀式,。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,、儲能材料等領域加快布局，打造一批領軍企業(yè)和標志產(chǎn)品,，形成新的產(chǎn)業(yè)梯隊,。”
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)領域具備了一定的基礎，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。