前言:
以小米等國(guó)產(chǎn)手機(jī)品牌的氮化鎵快充為始,特斯拉主驅(qū)引入碳化硅MOSFET為承,再以“十四五規(guī)劃”為重要節(jié)點(diǎn),第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展,終于迎來(lái)了爆發(fā)點(diǎn),無(wú)論是資本市場(chǎng)亦或是產(chǎn)業(yè)內(nèi)部,逐漸達(dá)成的一種共識(shí)。
作者 | 方文
圖片來(lái)源 | 網(wǎng) 絡(luò)
碳中和+新基建紅利到來(lái)
第三代半導(dǎo)體是助力社會(huì)節(jié)能減排并實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)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(jì)的中流砥柱。
從能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用前景來(lái)看,與第三代半導(dǎo)體相關(guān)的領(lǐng)域有:能源互聯(lián)網(wǎng)(高壓)、微網(wǎng)(中壓),用電側(cè)、獨(dú)立供電系統(tǒng)。
其中,車用逆變器和車載充電器、國(guó)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(yīng)用市場(chǎng)。
缺貨浪潮為國(guó)產(chǎn)碳化硅器件切入創(chuàng)造機(jī)會(huì),到2025年全球碳化硅市場(chǎng)將會(huì)增加到60．4億美元,到2028年市場(chǎng)增長(zhǎng)5倍。
目前第三代半導(dǎo)體材料已經(jīng)憑借其耐高壓、高頻等特點(diǎn)得到業(yè)界大量采用,在Mini/MicroLED的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(dǎo)體。
在5G基站方面,當(dāng)下,世界多國(guó)均在積極發(fā)展建設(shè)5G,而GaN射頻器件已成為5G時(shí)代較大基站功率放大器的候選技術(shù)。
由于SiC模塊可以實(shí)現(xiàn)以很小的體積滿足功率上的“嚴(yán)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(lái)三年,SiC材料將成為大功率高頻功率半導(dǎo)體器件如IGBT和MOSFET的基礎(chǔ)材料,被廣泛用于交流電機(jī)、變頻器、照明電路、牽引傳動(dòng)領(lǐng)域。
預(yù)計(jì)到2022年SiC襯底市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到9．54億元。
未來(lái)隨著5G商用的擴(kuò)大,基地臺(tái)內(nèi)部使用的材料為GaN材料,預(yù)計(jì)到2022年GaN襯底市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到5．67億元。
國(guó)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(lái)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(guó)第三代半導(dǎo)體材料企業(yè)分布呈現(xiàn)出明顯的產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)。截至2020年底,全國(guó)共有29家第三代半導(dǎo)體材料企業(yè),其中華東地區(qū)第三代半導(dǎo)體材料企業(yè)數(shù)量最多,占比超50%。
當(dāng)前,中國(guó)第三代半導(dǎo)體相關(guān)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(lái)看,京津冀地區(qū)的研發(fā)實(shí)力全國(guó)最強(qiáng),并且具有較強(qiáng)的SiC研究基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ);長(zhǎng)三角地區(qū)則主要以GaN為主,側(cè)重電力電子和微波射頻領(lǐng)域,其中上海、江蘇等地已將第三代半導(dǎo)體作為重點(diǎn)發(fā)展方向之一;
珠三角地區(qū)在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域全國(guó)領(lǐng)先,是我國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的南方基地,擁有“寬禁帶半導(dǎo)體材料、功率器件及應(yīng)用技術(shù)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(dǎo)體龍頭企業(yè),有效帶動(dòng)了上游企業(yè)的發(fā)展;中部地區(qū)的科研實(shí)力、軍工應(yīng)用雄厚,已經(jīng)涌現(xiàn)出一批第三代半導(dǎo)體企業(yè)。
國(guó)內(nèi)五大重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域
其中,北京順義、山東濟(jì)南和深圳坪山均出臺(tái)了相關(guān)政策,被劃分為重點(diǎn)發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)區(qū)域,是目前我國(guó)第三代半導(dǎo)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(guó)內(nèi)較早重點(diǎn)發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的地區(qū)。
山東濟(jì)南:以寬禁帶半導(dǎo)體材料為重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè),建設(shè)濟(jì)南寬禁帶半導(dǎo)體小鎮(zhèn)。
深圳坪山:深圳市根據(jù)“十三五”規(guī)劃的國(guó)際科技和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心定位,實(shí)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(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)的突破。根據(jù)規(guī)劃,坪山區(qū)為第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的優(yōu)先發(fā)展區(qū)域。
湖南長(zhǎng)沙:2020年6月,三安光電公告披露,公司與湖南長(zhǎng)沙高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)簽署《項(xiàng)目投資建設(shè)合同》,擬在長(zhǎng)沙成立子公司投資建設(shè)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)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(zhǎng)豐縣簽署建設(shè)第三代功率半導(dǎo)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(tuán)舉行簽約儀式,江西康佳半導(dǎo)體高科技產(chǎn)業(yè)園暨第三代化合物半導(dǎo)體項(xiàng)目落戶南昌經(jīng)開區(qū),總投資300億元。
與國(guó)際先進(jìn)水平仍存差距
第三代半導(dǎo)體的先天優(yōu)勢(shì),吸引國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體企業(yè)紛紛搶灘。科銳、羅姆、意法半導(dǎo)體、英飛凌、安森美、恩智浦、三菱電機(jī)等歐美日廠商通過(guò)擴(kuò)充產(chǎn)能、投資并購(gòu)等方式,在第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)跑馬圈地。
隨著第三代半導(dǎo)體的戰(zhàn)略意義被廣泛認(rèn)知,國(guó)內(nèi)廠商加速布局,形成了包括襯底、外延、器件設(shè)計(jì)、流片、封裝、系統(tǒng)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈條。
但是在材料指標(biāo)、器件性能等方面,國(guó)內(nèi)廠商與國(guó)際先進(jìn)水平仍存差距。
國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體與國(guó)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(dǎo)體進(jìn)行了20—30年的長(zhǎng)期投入,在投資強(qiáng)度上具備優(yōu)勢(shì);三是具備工程經(jīng)驗(yàn)的人才相對(duì)稀缺。
抓住窗口期提升競(jìng)爭(zhēng)力
第三代半導(dǎo)體是國(guó)家科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目“重點(diǎn)新材料研發(fā)及應(yīng)用”的重要部分,近年來(lái)取得快速發(fā)展,其技術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景得到廣泛認(rèn)可。
后發(fā)企業(yè)要成長(zhǎng),必須抓住新舊技術(shù)迭代的窗口期。碳化硅是一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì),給了中國(guó)功率半導(dǎo)體企業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的契機(jī)。企業(yè)要利用貼近中國(guó)市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì),以更快的反應(yīng)速度,抓住市場(chǎng)機(jī)遇。
碳化硅等三代半導(dǎo)體采用升華再結(jié)晶的方式生長(zhǎng),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(guó)內(nèi)外廠商普遍面臨的難題。
加上國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)際廠商在技術(shù)水平和營(yíng)收能力上仍存差距,一旦器件出現(xiàn)故障,可能會(huì)因?yàn)楦哳~的賠付蒙受巨大損失。
如果能針對(duì)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體器件推出試用保險(xiǎn),將為企業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新注入更多信心。
最有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)超車的一代
新基建浪潮下,無(wú)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(guó)際貿(mào)易形勢(shì)等因素影響,我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)面臨著高端芯片等核心技術(shù)受制于人的局面,迫切需要新一代半導(dǎo)體技術(shù)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(dǎo)體,彌補(bǔ)了硅的不足,成為繼硅之后最有前景的半導(dǎo)體材料。
寬禁帶功率半導(dǎo)體是我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家差距相對(duì)較小的領(lǐng)域,最有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的彎道超車,特別是實(shí)現(xiàn)高壓大功率器件,使我們擺脫功率半導(dǎo)體中的被動(dòng)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(fēng)口下,第三代半導(dǎo)體的發(fā)展趨勢(shì)和投資機(jī)會(huì)》,中國(guó)電子報(bào):《新基建促進(jìn)第三代半導(dǎo)體材料市場(chǎng)駛?cè)肟燔嚨馈?全球半導(dǎo)體觀察:《多個(gè)百億級(jí)項(xiàng)目加持,第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將添新高地?》,科技日?qǐng)?bào):《助力“新基建”提速,第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)需“錯(cuò)位發(fā)展”防泡沫》
