文章來源： 全球半導(dǎo)體觀察

本文作者： 韋思維

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當(dāng)下，在全球半導(dǎo)體行業(yè)的逆流中，第三代半導(dǎo)體正閃爍著獨(dú)特的光芒，作為其代表物的碳化硅和氮化鎵順勢成為耀眼的存在。在此賽道上，各方紛紛加大馬力，堅定下注，一部關(guān)于第三代半導(dǎo)體的爭奪劇集已經(jīng)開始上演。

三代半方興未艾

產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速成長期

近日，科學(xué)技術(shù)部黨組成員、副部長相里斌在2023中關(guān)村論壇上表示，2022年在全球疫情和需求端疲軟等多重因素影響下，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入下行周期。但在新能源汽車、光伏、儲能等需求帶動下，國際第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)增長超預(yù)期，整個產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速成長期。

目前，以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導(dǎo)體，憑借高頻、高效、耐高壓、耐高溫、抗輻射等優(yōu)越的性能脫穎而出，在移動通信、新能源汽車、高速列車、智能電網(wǎng)、新型顯示、通信傳感等領(lǐng)域過得風(fēng)生水起，并逐漸進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化加速放量階段。

碳化硅功率器件具備耐高壓、低損耗和高頻三大優(yōu)勢，可以滿足高溫、高壓、大功率等條件下的應(yīng)用需求，靈活應(yīng)用于新能源汽車、光伏、工控等領(lǐng)域，其中，受益新能源汽車的持續(xù)放量，碳化硅功率器件市場正在快速增長；氮化鎵器件具備高開關(guān)頻率、耐高溫、低損耗等優(yōu)勢，可以用于制作功率、射頻、光電器件，廣泛應(yīng)用于5G基站、消費(fèi)電子、新能源車、國防、通信等領(lǐng)域。

據(jù)TrendForce集邦咨詢研究統(tǒng)計，第三代半導(dǎo)體包括SiC與GaN，整體產(chǎn)值又以SiC占80%為重。SiC適合高壓、大電流的應(yīng)用場景，能進(jìn)一步提升電動汽車與再生能源設(shè)備系統(tǒng)效率。隨著安森美（onsemi）、英飛凌（Infineon）等與汽車、能源業(yè)者合作項目明朗化，將推動2023年整體SiC功率元件市場產(chǎn)值達(dá)22.8億美元，年成長41.4%。

展望未來，TrendForce集邦咨詢預(yù)期，至2026年SiC功率元件市場規(guī)模可望達(dá)53.3億美元。主流應(yīng)用仍倚重電動汽車及再生能源，電動汽車產(chǎn)值可達(dá)39.8億美元、CAGR約38%；再生能源達(dá)4.1億美元、CAGR約19%。

而在碳化硅猛進(jìn)增長的同時，長期發(fā)力于消費(fèi)電子領(lǐng)域的氮化鎵，也已經(jīng)開始向汽車、工業(yè)及數(shù)據(jù)通訊等領(lǐng)域邁進(jìn)，其下游應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)張。針對氮化鎵未來市場前景，業(yè)界人士認(rèn)為，到2026年，氮化鎵將擁有每年130億美元的市場機(jī)會。

賽道絡(luò)繹不絕

誰在厲兵秣馬？

新能源帶動，碳化硅產(chǎn)能需求大增

驅(qū)使碳化硅增長的最大功臣當(dāng)屬近年來快速發(fā)展的新能源汽車。碳化硅功率器件被廣泛應(yīng)用于新能源汽車中的主驅(qū)逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、充電系統(tǒng)中的車載充電機(jī)和充電樁等，光伏、風(fēng)電等領(lǐng)域。

在新能源汽車應(yīng)用線上，車廠為了保障后方供應(yīng)穩(wěn)定，與功率半導(dǎo)體大廠簽訂長期供應(yīng)協(xié)議，而源源不斷的訂單簽約正預(yù)示著市場強(qiáng)勁的需求，大廠們紛紛開始啟動擴(kuò)產(chǎn)計劃，以滿足產(chǎn)能需要。

今年來，英飛凌（Infineon）、Wolfspeed、安森美（onsemi）、意法半導(dǎo)體（ST）等大廠的布局動作仍然頻繁。

前端合作上，英飛凌與Resonac（前身為昭和電工）擴(kuò)簽碳化硅供應(yīng)協(xié)議，初期側(cè)重6英寸、后期將側(cè)重8英寸材料；與鴻海簽訂了一份合作備忘錄，聚焦于SiC技術(shù)在電動汽車高功率應(yīng)用的使用，并計劃設(shè)立車用系統(tǒng)應(yīng)用中心；通過與Schweizer Electronic合作，進(jìn)一步提升碳化硅（SiC）芯片的效率；并與天岳先進(jìn)/天科合達(dá)簽訂供貨協(xié)議，天岳先進(jìn)將為英飛凌供應(yīng)碳化硅襯底和晶棒，天科合達(dá)則將為英飛凌供應(yīng)碳化硅晶圓和晶錠。

安森美已陸續(xù)與極氪、大眾汽車、寶馬等車廠簽署供貨協(xié)議，提供SiC功率器件產(chǎn)品；并與動力總成電氣化供應(yīng)商緯湃科技簽訂一項價值19億美元（約17.5億歐元）的碳化硅產(chǎn)品10年期供應(yīng)協(xié)議；與電動汽車（EV）充電解決方案供應(yīng)商Kempower達(dá)成戰(zhàn)略協(xié)議，將為后者提供EliteSiC MOSFET和二極管，用于可擴(kuò)展的EV充電樁。

意法半導(dǎo)體與歐陸通聯(lián)手合作，將在后者子公司上海安世博及杭州云電科技兩地分別設(shè)立針對數(shù)字電源應(yīng)用的聯(lián)合開發(fā)實驗室，瞄準(zhǔn)第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域；與德國汽車Tier-1廠商采埃孚（ZF）共同簽訂了車用碳化硅多年采購合同，ZF將自2025年起向ST采購數(shù)千萬顆第三代SiC MOSFET器件，滿足汽車逆變器對車規(guī)級SiC器件在量和質(zhì)上的需求。

而在與意法半導(dǎo)體達(dá)成合作之前，采埃孚剛與Wolfspeed達(dá)成戰(zhàn)略合作關(guān)系，雙方計劃在德國建立聯(lián)合研發(fā)中心，并且投資了Wolfspeed，為后者的SiC器件工廠建設(shè)提供支持。而Wolfspeed與梅賽德斯-奔馳達(dá)成合作，將為梅賽德斯-奔馳供應(yīng)碳化硅器件。為了滿足此項大單的需要，Wolfspeed將供應(yīng)梅賽德斯-奔馳的碳化硅器件選擇在位于美國北卡羅來納州達(dá)勒姆和紐約州莫霍克谷新建成的200mm工廠制造。而莫霍克谷工廠是目前全球最大的碳化硅制造工廠。

后端產(chǎn)能上，韓國首家擁有SiC全產(chǎn)業(yè)鏈的廠商SK集團(tuán)旗下SK powertech位于釜山的新工廠結(jié)束試運(yùn)行，將正式量產(chǎn)碳化硅，產(chǎn)能將擴(kuò)大近3倍；第三代半導(dǎo)體龍頭Wolfspeed計劃在德國薩爾州建設(shè)世界上最大、最先進(jìn)的碳化硅器件制造工廠，以支持對各種汽車、工業(yè)和能源應(yīng)用不斷增長的需求；意法半導(dǎo)體也透露今年預(yù)計投入40億美金，用于擴(kuò)產(chǎn)12英寸晶圓廠及擴(kuò)大SiC制造能力；三菱電機(jī)將在五年內(nèi)將之前宣布的投資計劃翻倍，達(dá)到約2600億日元，主要用于建設(shè)新的晶圓廠，以增加碳化硅（SiC）功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)。

安森美半導(dǎo)體考慮投資20億美元擴(kuò)產(chǎn)碳化硅芯片，據(jù)外媒引述安森美高管當(dāng)時表示，公司正考慮在美國、捷克共和國或韓國進(jìn)行擴(kuò)張，他們的目標(biāo)是到2027年占據(jù)碳化硅汽車芯片市場40%的份額。

氮化鎵后來居上之勢將顯？

移動充電、數(shù)據(jù)中心電源、住宅太陽能逆變器和電動汽車車載充電器等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)夹g(shù)的采用正處于轉(zhuǎn)折點，這將導(dǎo)致GaN市場的動態(tài)增長。“未來GaN的全球使用量將會大大超過SiC，并且在多個領(lǐng)域取代SiC的應(yīng)用，尤其是到了2030年。”英飛凌表示看好氮化鎵的發(fā)展。

近日，歐洲確立了一項高達(dá)6000萬歐元（約合人民幣4.55億元）的氮化鎵（GaN）科研項目，旨在建立從功率芯片到模塊的完整供應(yīng)能力。而英飛凌正是其牽頭人，另有其余45家合作伙伴參與其中。

作為第三代半導(dǎo)體的長期耕耘者，英飛凌此前在碳化硅的布局更甚于氮化鎵，但今年3月初，英飛凌宣布收購GaN功率半導(dǎo)體廠商GaN Systems，火力開始分向氮化鎵，這項交易總值8.3億美元（約57.3億人民幣）。通過GaN Systems的收購，英飛凌同時擁有了硅、碳化硅和氮化鎵三種主要的功率半導(dǎo)體技術(shù)。業(yè)界機(jī)構(gòu)表示，英飛凌此舉體現(xiàn)出GaN在汽車、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域的未來發(fā)展前景及預(yù)示著氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈競爭或?qū)⑦M(jìn)入整合階段。

瑞典公司SweGaN也在布局氮化鎵產(chǎn)能。該公司正在瑞典林雪平的創(chuàng)新材料集群建設(shè)一個新總部，包括一個大規(guī)模的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)施。項目計劃于今年第二季度末完成，將部署創(chuàng)新制造工藝，以大批量生產(chǎn)下一代GaN-on-SiC工程外延晶圓，預(yù)計年產(chǎn)能將高達(dá)4萬片4/6英寸外延片。

納微半導(dǎo)體披露已出貨超7500萬顆高壓氮化鎵功率器件和超900萬顆碳化硅功率器件。目前其氮化鎵器件正在開發(fā)并用于千瓦級的車載充電器（OBC）和DC-DC轉(zhuǎn)換器。

同時，賽微電子、英諾賽科、三安光電等國內(nèi)企業(yè)正馬不停蹄地加速布局氮化鎵和推進(jìn)產(chǎn)品落地和商用。

賽微電子子公司微芯科技以自有資金450萬元投資璞晶科技，后者主要從事硅基電源芯片、功率器件及SiC器件業(yè)務(wù)。賽微電子表示，公司將持續(xù)布局GaN產(chǎn)業(yè)鏈，以參股方式建設(shè)GaN芯片制造產(chǎn)線，積極推動技術(shù)、工藝、產(chǎn)品積累，以滿足下一代功率與微波電子芯片對于大尺寸、高質(zhì)量、高一致性、高可靠性GaN外延材料以及GaN芯片的需求。

今年第一季度，英諾賽科的氮化鎵芯片出貨量突破了5000萬顆（累計超1.5億顆），銷售額達(dá)1.5億，是去年同期的4倍。依靠8英寸硅基氮化鎵IDM全產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢，英諾賽科40V/100V/150V低壓平臺已實現(xiàn)全面升級，40雙向?qū)óa(chǎn)品、100V半橋驅(qū)動合封產(chǎn)品等多系列產(chǎn)品相繼發(fā)布。英諾賽科是全球唯一一家8英寸硅基氮化鎵IDM廠商，當(dāng)前產(chǎn)能可達(dá)到每月10000片。據(jù)悉，英諾賽科氮化鎵已被國內(nèi)頭部車企率先用于車載激光雷達(dá)產(chǎn)品上，已實現(xiàn)量產(chǎn)。

國內(nèi)產(chǎn)能加速轉(zhuǎn)動

促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)

近年來，迫切掌握核心關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)自主可控已成為大家奮斗的共識。隨著國際間產(chǎn)業(yè)競爭加劇，第三代半導(dǎo)體成為加速國產(chǎn)替代化的關(guān)鍵一環(huán)，國家“十四五”研發(fā)計劃明確表示將大力支持第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

第三代半導(dǎo)體是支撐多個產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級的重點核心材料和電子元器件，包括新一代移動通信、新能源汽車、高速軌道列車、能源互聯(lián)網(wǎng)等。業(yè)內(nèi)表示，國內(nèi)在半導(dǎo)體領(lǐng)域需求龐大，市場潛力充足，可以通過技術(shù)迭代以及產(chǎn)能擴(kuò)張，在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域形成優(yōu)勢。

自第三代半導(dǎo)體被重點關(guān)注以來，有關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的項目遍地開花。據(jù)全球半導(dǎo)體觀察不完全統(tǒng)計，今年有關(guān)第三代半導(dǎo)體（SiC/GaN）的項近30個，項目接連完成簽約、開工、投產(chǎn)等環(huán)節(jié)，涵蓋東科半導(dǎo)體、中國電科、天科合達(dá)、天域半導(dǎo)體、揚(yáng)杰科技、基本半導(dǎo)體等企業(yè)。

在已披露投資金額的項目中，投資額最高的項目是廣東天域半導(dǎo)體股份有限公司總部、生產(chǎn)制造中心和研發(fā)中心建設(shè)項目，投資額為80億元，其次分別是投資額為44億元的廣東光大第三代半導(dǎo)體科研制造中心1區(qū)（松山湖）項目，以及超過30億元的中國電科射頻集成電路產(chǎn)業(yè)化項目。項目更多細(xì)節(jié)如下圖：

△全球半導(dǎo)體觀察根據(jù)公開信息不完全統(tǒng)計

結(jié)語

如今，碳化硅正高速發(fā)展，氮化鎵正加速追上，第三代半導(dǎo)體賽道上熱鬧非凡，上述廠商的共同目標(biāo)無非是想要在市場上占據(jù)一席之地，無論采取的是稍顯激進(jìn)的方式還是保穩(wěn)的步伐，都將助力第三代半導(dǎo)體在半導(dǎo)體下行周期中逆流而上。

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