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近期，以碳化硅、氮化鎵、金剛石為代表的第三代半導(dǎo)體概念異軍突起，A股市場更出現(xiàn)了12天市值暴漲113%的企業(yè)，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)風(fēng)波不斷的今天，紅得發(fā)紫的第三代半導(dǎo)體離我們還有多遠(yuǎn)呢？

　　01

　　有望彎道超車的第三代半導(dǎo)體

　　據(jù)了解，第一代半導(dǎo)體以硅、鍺為代表，是目前大部分半導(dǎo)體的主要材料，發(fā)展成熟；第二代半導(dǎo)體以砷化鎵、磷化銦為代表，是4G時(shí)代的大部分通信設(shè)備的材料；第三代半導(dǎo)體材料以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)、金剛石為四大代表，性能優(yōu)勢在于耐高壓、耐高溫、大功率、抗輻射、導(dǎo)電性能強(qiáng)、工作速度快、工作損耗低。

　　如果說第一代半導(dǎo)體材料奠定了微電子產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，第二代半導(dǎo)體材料奠定了信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，那么第三代半導(dǎo)體材料將是提升新一代信息技術(shù)核心競爭力的重要支撐。與前兩半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導(dǎo)率、更大的電子飽和速度以及更高的抗輻射能力，滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對半導(dǎo)體材料提出的高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求，更適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。

　　根據(jù)Omdia的《2020年SiC和GaN功率半導(dǎo)體報(bào)告》，到2020年底，全球SiC和GaN功率半導(dǎo)體的銷售收入預(yù)計(jì)達(dá)8.54億美元。未來十年將達(dá)年均兩位數(shù)增長率，到2029年銷售收入將超過50億美元。

　　目前第三代半導(dǎo)體材料已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家戰(zhàn)略部署重點(diǎn)。美國、日本、歐盟等國家和地區(qū)均將其置于重要的戰(zhàn)略位置，對其投入巨資進(jìn)行支持。2013年日本政府將SiC納入“首相戰(zhàn)略”，認(rèn)為未來50%的節(jié)能要通過它來實(shí)現(xiàn)；2014年1月，美國宣布設(shè)立國家下一代電力電子制造業(yè)創(chuàng)新學(xué)院，5年內(nèi)將至少投入1.4億美元，對寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)行研究，加速其商業(yè)化應(yīng)用；2016年10月，美國成立半導(dǎo)體工作組，專注于加強(qiáng)美國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)；2015年英國政府和威爾士政府為卡迪夫大學(xué)投資超過2 900萬英鎊，用于建設(shè)新的化合物半導(dǎo)體研究所（ICS），該研究所不僅是下一代化合物半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心的重要組成部分，也是建設(shè)歐洲第5個(gè)半導(dǎo)體集群戰(zhàn)略的關(guān)鍵組成部分。

　　跨國企業(yè)也積極布局發(fā)展第三代半導(dǎo)體材料。第三代半導(dǎo)體材料吸引了大批國際巨頭公司。美國的科銳公司、道康寧、II-VI公司、國際整流器公司、射頻微系統(tǒng)公司、飛思卡爾半導(dǎo)體公司，德國的SiCrystal公司和Azzurro公司，英國的普萊思公司，日本的富士通公司和松下公司，加拿大的氮化鎵系統(tǒng)公司等，紛紛開展第三代半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用技術(shù)研發(fā)工作，以期在未來半導(dǎo)體市場競爭中繼續(xù)保持有利地位。

　　當(dāng)前，以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體已逐漸受到國內(nèi)外市場重視。由于國內(nèi)廠商對第三代半導(dǎo)體的研究起步時(shí)間并沒有被國外廠商拉開差距，因此在這一材料技術(shù)領(lǐng)域中國半導(dǎo)體企業(yè)有“彎道超車”的可能。

　　同時(shí)，第三代半導(dǎo)體是目前已知的理論上光電、電光轉(zhuǎn)換效率最高的材料體系。下游應(yīng)用包括：微波射頻器件(通信基站等)、電力電子器件(電源等)、光電器件(LED照明等)。

　　02

　　Mini LED似乎更受歡迎

　　第三代半導(dǎo)體全面爆發(fā)恐怕還需要不短的時(shí)間，對于制造業(yè)而言，Mini LED似乎更受歡迎。

　　MiniLED是最近幾年在小間距LED基礎(chǔ)上所衍生出的新型LED顯示技術(shù)，也被稱為“亞毫米發(fā)光二極管”。2020 年有望是 MiniLED 啟動的元年，市場非常龐大，上半年部分廠商已經(jīng)有MiniRGB及TV背光產(chǎn)品出貨，下半年龍頭終端品牌廠有望推出部分中尺寸的MiniLED背光產(chǎn)品。如果全部顯示終端采用Mini LED背光技術(shù)，電視和電腦顯示器年合計(jì)需要近4800萬片4英寸LED 晶圓，空間巨大。

　　高工LED預(yù)測，我國MiniLED應(yīng)用市場規(guī)模在2018年僅3億元，2020 年預(yù)計(jì)達(dá)到22億元。集邦咨詢研究中心(LEDinside)預(yù)測，到2023年，Mini LED市場將超過10億美元。

　　Mini LED產(chǎn)業(yè)本身就是國家未來發(fā)展重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之一。同時(shí) Mini LED是新一代顯示技術(shù)，我國在其全套生產(chǎn)技術(shù)上已經(jīng)能完全自主并處于國際先進(jìn)水平，抓住這個(gè)戰(zhàn)略機(jī)遇，就能避免當(dāng)年我國在液晶時(shí)代長時(shí)期無屏之痛的歷史重演。

　　目前第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵已經(jīng)成功在LED藍(lán)光芯片和激光芯片上得到了成功的商業(yè)應(yīng)用，形成了較好商業(yè)效益，現(xiàn)在 Mini LED時(shí)代已經(jīng)開啟。

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　　觸手可及的第三代半導(dǎo)體

　　從半導(dǎo)體材料到終端產(chǎn)品有多遠(yuǎn)？或許氮化鎵(GaN)的落地能讓人們略窺一二。

　　作為第三代半導(dǎo)體材料的氮化鎵（GaN），是一種堅(jiān)硬的高熔點(diǎn)（熔點(diǎn)約為1700℃）材料，具有高頻、高效率、耐高壓等特性，用于制作多種功率器件和芯片。

　　氮化鎵在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的研究已經(jīng)持續(xù)多年，近期廣為人知，是因?yàn)樗梢杂迷诔潆娖髦?。今?月，小米發(fā)布新品，其中65W GaN充電器成為一大亮點(diǎn)。

　　不過這并不是第一款氮化鎵充電器，早在去年四季度，OPPO就發(fā)布了全球首款65W GaN充電器。兩家大廠相繼布局，意味著技術(shù)已經(jīng)進(jìn)一步成熟。

　　而且，氮化鎵充電器并不僅僅用于手機(jī)充電。更小、更便捷的GaN充電器是解放筆記本的一大利器。近期汽車零部件供應(yīng)商馬瑞利與半導(dǎo)體公司Transphorm合作開發(fā)氮化鎵充電技術(shù)。未來，筆記本、新能源車或許都會用到氮化鎵充電器。

　　華為旗下的哈勃科技投資有限公司2019年8月投資了國內(nèi)領(lǐng)先的碳化硅材料公司山東天岳先進(jìn)材料科技有限公司，持股達(dá)10%。碳化硅是另一種第三代半導(dǎo)體材料，是制造高溫、高頻、大功率半導(dǎo)體器件的理想襯底材料，綜合性能較硅材料可提升上千倍，可用于固態(tài)光源、電力電子、微波射頻器件。

　　充電器之外，5G帶來更廣闊的應(yīng)用空間。在射頻領(lǐng)域，氮化鎵射頻器件適合高頻高功率場景，是5G時(shí)代的絕佳產(chǎn)品，將替代Si基芯片，應(yīng)用在5G基站、衛(wèi)星通信、軍用雷達(dá)等場景。

　　隨著5G基站的建設(shè)迎來高峰，相應(yīng)的各種射頻器件、芯片數(shù)量和質(zhì)量都在提升，市場需求旺盛。氮化鎵工藝正在逐步占領(lǐng)市場，已經(jīng)勢不可擋。拓璞產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)計(jì)到2023年基站端GaN射頻器件規(guī)模達(dá)到頂峰，達(dá)到112.6億元。

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　　這是一個(gè)比拼生態(tài)的戰(zhàn)場

　　全球半導(dǎo)體大廠跨入第三代半導(dǎo)體材料，已多展開合作、策略結(jié)盟或購并，包括IDM 廠商意法半導(dǎo)體購并Norstel AB 以及法國Exagan、英飛凌收購Siltectra ，以及日商ROHM 收購SiCrystal 等；而中國臺灣廠商也爭逐第三代半導(dǎo)體材料，以今年上半年臺積電攜手意法半導(dǎo)體最具代表性，而此次矽晶圓大廠環(huán)球晶與宏捷科的策略私募入股，整合上下游產(chǎn)業(yè)鏈的能力達(dá)成互補(bǔ)，加快開發(fā)腳步以及瓶頸，打團(tuán)戰(zhàn)比單打獨(dú)斗，更快可獲取市場。

　　在半導(dǎo)體對外投資受阻情況下，國內(nèi)自主創(chuàng)新發(fā)展是必由之路。2018年，在政策和資金的雙重支持下，國內(nèi)第3代半導(dǎo)體領(lǐng)域新增3條SiC產(chǎn)線。投資方面GaN熱度更高，據(jù)第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（ CASA ）不完全統(tǒng)計(jì)，2018年國內(nèi)第3代半導(dǎo)體相關(guān)領(lǐng)域共有8起大的投資擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目，其中4起與GaN材料相關(guān)，涉及金額220億元。

　　技術(shù)層面，SiC襯底和外延方面，國內(nèi)仍然是4英寸為主，已開發(fā)出6英寸產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)小批量供貨；國內(nèi)批量生產(chǎn)的GaN襯底仍以2英寸為主。國內(nèi)600 ～3300V SiC肖特基二極管技術(shù)較為成熟，產(chǎn)業(yè)化程度繼續(xù)提升，目前也已研制出1200～1700V SiC金氧半場效晶體管（MOSFET）器件，但可靠性較低，目前處于小批量生產(chǎn)階段；國內(nèi)全SiC功率模塊，主要指標(biāo)為1200V /50～600A、650V /900A。

　　GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）方面，國內(nèi)2018年推出了650V/10 ～30A的GaN晶體管產(chǎn)品；GaN微波射頻器件方面，國產(chǎn)GaN射頻放大器已成功應(yīng)用于基站，Sub 6 GHz和毫米波GaN射頻功率放大器也已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

　　05

　　整體落地依舊需要時(shí)間

　　寫在最后：從全球技術(shù)發(fā)展階段而言，第一、二代被歐美巨頭壟斷，第三代半導(dǎo)體國內(nèi)外的發(fā)展基本處在同一起跑線，對于國內(nèi)是很好的機(jī)會。近年來，有歐美大廠在逐步布局該領(lǐng)域的研究，華為也開啟了對第三代半導(dǎo)體材料的布局。

　　國內(nèi)的5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，會成為第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品應(yīng)用的主要領(lǐng)域，可以根據(jù)市場需求定制化研發(fā)生產(chǎn)?？傮w而言，我國第三代半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)都取得較好進(jìn)展，但在材料指標(biāo)、器件性能等方面與國外先進(jìn)水平仍存在一定差距，市場繼續(xù)被國際巨頭占據(jù)，國產(chǎn)化需求迫切。