要評(píng)選2020年半導(dǎo)體行業(yè)的熱詞，第三代半導(dǎo)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(duì)第三代半導(dǎo)體的熱情達(dá)到了歷史新高。國(guó)際巨頭紛紛擴(kuò)充產(chǎn)能，搶占市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界更是將其視為實(shí)現(xiàn)獨(dú)立自主，甚至是彎道超車(chē)的天賜良機(jī)。貫穿整個(gè)2020年，第三代半導(dǎo)體的市場(chǎng)行情走出了一條陡峭上升的曲線。

總體市場(chǎng)概況

第三代半導(dǎo)體最大的應(yīng)用領(lǐng)域還是功率器件市場(chǎng)。經(jīng)過(guò)2018年到2019年的快速發(fā)展，SiC和GaN都成為了功率器件市場(chǎng)中的關(guān)鍵材料。由于汽車(chē)和主流消費(fèi)應(yīng)用的引領(lǐng)，SiC和GaN的銷(xiāo)售收入快速增加。根據(jù) Omdia發(fā)布的《2020 年SiC和GaN功率半導(dǎo)體報(bào)告》，SiC和GaN功率半導(dǎo)體的銷(xiāo)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(lái)十年的市場(chǎng)收入將以兩位數(shù)增長(zhǎng)，到2029 年超過(guò)50億美元。

分開(kāi)來(lái)看，SiC和GaN市場(chǎng)都將有驚人的增速。據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2023年SiC功率器件的市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)至14億美元，2019-2023的CAGR為28.9%；而據(jù)IHS Market預(yù)測(cè)，2024年GaN功率器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)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(lái)在射頻領(lǐng)域也具備良好的發(fā)展空間，預(yù)計(jì)到 2024 年，全球 GaN市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到20億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率為21%。

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也是形勢(shì)喜人。在5G、新基建的發(fā)展帶動(dòng)下，2020年SiC、GaN功率器件和微波射頻產(chǎn)值預(yù)計(jì)將約為70億元。

其中，國(guó)內(nèi)的SiC、GaN功率器件產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值2020年將達(dá)到35.35億元，比去年的29.03億元將增長(zhǎng)21.77%；GaN微波射頻產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值2020年將達(dá)到33.75億元，比去年的26.15億元將增長(zhǎng)29%。

隨著政策傾斜力度的不斷加大，第三代半導(dǎo)體在國(guó)內(nèi)正迎來(lái)發(fā)展的窗口期，相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，2020年國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模有望在2025年增加至35億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)20%。

汽車(chē)的新擎SiC

用SiC材料制作的功率器件如SiC MOS，可實(shí)現(xiàn)比Si基的IGBT更低的導(dǎo)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(duì)理想的材料。在新能源車(chē)、充電樁、新能源發(fā)電的光伏風(fēng)電等這些對(duì)效率、節(jié)能和損耗等指標(biāo)比較看重的領(lǐng)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(dǎo)體提供，隨后英飛凌也成為了特斯拉的SiC功率半導(dǎo)體供應(yīng)商。由此引發(fā)了SiC在汽車(chē)市場(chǎng)的爆發(fā)式增長(zhǎng)。多家以及零部件制造商(如采埃孚和博世)與整車(chē)制造商O(píng)EM(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(shù)。

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(qū)高性能版上，使其最終其SiC模塊實(shí)現(xiàn)了可達(dá)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(chǎng)中，汽車(chē)這一細(xì)分領(lǐng)域?qū)⒊蔀樽钪饕尿?qū)動(dòng)力。據(jù)Omdia預(yù)測(cè)，汽車(chē)市場(chǎng)將在2025 年SiC器件總市場(chǎng)中占據(jù)超過(guò)50%的份額。

與電動(dòng)汽車(chē)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(huì)在高功率規(guī)格的快速充電樁首先導(dǎo)入。在光伏領(lǐng)域，高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆變器未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，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(lái)重要的應(yīng)用趨勢(shì)。

按照具體的產(chǎn)品類(lèi)型來(lái)劃分，到2020 年底，SiC MOSFET的銷(xiāo)售收入約為3.2億美元，與肖特基二極管的收入相當(dāng)。從2021年起，SiC MOSFET將以略快的速度增長(zhǎng)，成為最暢銷(xiāo)的分立SiC功率器件。

專(zhuān)家預(yù)期，SiC MOSFET滲透IGBT的拐點(diǎn)可能在2024年附近。預(yù)計(jì)2025年全球滲透率25%，則全球有30億美金SiC MOSFET器件市場(chǎng)，中國(guó)市場(chǎng)如果按照20%滲透率計(jì)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(cè)算替代IGBT那部分的SiC MOS市場(chǎng)預(yù)計(jì)2025年全球30億美金，相對(duì)2019年不到4億美金有超過(guò)7倍成長(zhǎng)，且2025-2030年增速延續(xù)。

當(dāng)前，最基礎(chǔ)的SiC晶圓被美、日、歐所壟斷，美國(guó)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(fèi)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(lǐng)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(jī)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(fèi)市場(chǎng)中達(dá)到了一個(gè)里程碑。

在非常高的電壓、溫度和開(kāi)關(guān)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(shí)際上，功率GaN器件于2018 年中后期在售后市場(chǎng)中出現(xiàn)，Anker等國(guó)外廠商已經(jīng)開(kāi)始提供24~65W充電器。

整個(gè)2020年，GaN快充產(chǎn)品的出貨量達(dá)1000萬(wàn)個(gè)，2021年GaN快充的出貨量將增長(zhǎng)超過(guò)十倍、達(dá)到1.5~2億個(gè)。

據(jù)Yole預(yù)測(cè)，受消費(fèi)者快速充電器應(yīng)用推動(dòng)，到2024年GaN電源市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)3.5億美元，CAGR為85％，有極大增長(zhǎng)空間。此外，GaN還有望進(jìn)入汽車(chē)及工業(yè)和電信電源應(yīng)用中。

在射頻領(lǐng)域，5G到來(lái)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(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，整個(gè)GaN無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施的市場(chǎng)規(guī)模將從2018年的3.04億美元增長(zhǎng)至2024年7.52億美元，CAGR達(dá)16.3%。其中，GaN射頻功率市場(chǎng)規(guī)模從2018 年的200萬(wàn)美元增長(zhǎng)至2024年10,460萬(wàn)美元，CAGR達(dá)93.38%，具有很大的成長(zhǎng)空間。這主要受電信基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)防兩個(gè)方向應(yīng)用推動(dòng)，衛(wèi)星通信、有線寬帶和射頻功率也做出了一定貢獻(xiàn)。

GaN也在半導(dǎo)體照明行業(yè)發(fā)展迅速，藍(lán)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(guò)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(diào)研數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2024年全球Mini/Micro LED市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到42億美元，GaN的市場(chǎng)空間將無(wú)比巨大。

當(dāng)前，GaN器件的生產(chǎn)主要掌握在國(guó)外廠商手中。GaN功率器件領(lǐng)域一直由EPC，GaN Systems，Transphorm和Navitas 等純GaN初創(chuàng)公司主導(dǎo)，他們的產(chǎn)品主要是TSMC， Episil 或 X-FAB 代工生產(chǎn)。國(guó)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(yīng)商。國(guó)產(chǎn)廠商在 GaN 射頻領(lǐng)域相對(duì)弱勢(shì)，但已有不少?gòu)S商布局。

投資與擴(kuò)產(chǎn)熱潮

第三代半導(dǎo)體的火熱引發(fā)了一輪輪的投資熱潮。根據(jù)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，2019年，針對(duì)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)投資金額共計(jì)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(gè)數(shù)字大幅提升，按照集微網(wǎng)的不完全統(tǒng)計(jì)，整個(gè)2020年有超14個(gè)第三代半導(dǎo)體項(xiàng)目及相關(guān)產(chǎn)業(yè)園簽約落地，總投資額超800億元，涉及7個(gè)省份9個(gè)地區(qū)。其中，三安光電、露笑科技、康佳3個(gè)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園分別在湖南長(zhǎng)沙、安徽合肥、江西南昌簽約落地，總投資額超560億元。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)初步形成了京津冀魯、長(zhǎng)三角、珠三角、閩三角、中西部等五大重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域。

具體來(lái)說(shuō)，京津冀區(qū)域的SiC產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，應(yīng)用資源集中，裝備研發(fā)制造能力強(qiáng)。北京順義已啟動(dòng)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，濟(jì)南打造寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)小鎮(zhèn)。長(zhǎng)三角區(qū)域的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好，配套成熟，GaN鏈條比較完備。珠三角地區(qū)的半導(dǎo)體照明通用照明集中，消費(fèi)及工業(yè)電子產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)最大，東莞、珠海等地形成一批骨干龍頭企業(yè)，深圳已啟動(dòng)第三代半導(dǎo)體研發(fā)院的國(guó)家級(jí)開(kāi)放平臺(tái)建設(shè)，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。閩三角區(qū)域以廈門(mén)、福州為主，三安光電為龍頭的光電產(chǎn)業(yè)比較強(qiáng)悍。

值得關(guān)注的是，超過(guò)百億的超級(jí)項(xiàng)目在2020年頻繁出現(xiàn)。4月8日，中鴻新晶第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集群項(xiàng)目簽約落地，其投資總額為111億元，項(xiàng)目一期產(chǎn)業(yè)投資8億元，計(jì)劃3年內(nèi)完成第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集群初步建設(shè)，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(chēng)，公司擬在長(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，投資總額為160億元。

11月11日，江西南昌經(jīng)開(kāi)區(qū)與康佳集團(tuán)股份有限公司簽約儀式在南昌舉行，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(kāi)區(qū)，總投資300億元。

11月28日，露笑科技第三代功率半導(dǎo)體（碳化硅）產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目開(kāi)工。該項(xiàng)目規(guī)劃總投資100億元。

與新建項(xiàng)目相呼應(yīng)的是，廠商們擴(kuò)產(chǎn)的腳步也越來(lái)越快。

7月，華潤(rùn)微6吋SiC生產(chǎn)線目前已開(kāi)始量產(chǎn)，這是國(guó)內(nèi)首條實(shí)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(biāo)應(yīng)用主要在太陽(yáng)能逆變器、通訊電源、服務(wù)器、儲(chǔ)能設(shè)備等領(lǐng)域。

9月，英諾賽科蘇州第三代半導(dǎo)體基地舉行設(shè)備搬入儀式。這意味著英諾賽科蘇州第三代半導(dǎo)體基地開(kāi)始由廠房建設(shè)階段進(jìn)入量產(chǎn)準(zhǔn)備階段，標(biāo)志著全球最大氮化鎵工廠正式建設(shè)完成。該項(xiàng)目建成后，滿產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)月產(chǎn)8英寸硅基氮化鎵晶圓65000片。

來(lái)自產(chǎn)業(yè)的資本也對(duì)第三代半導(dǎo)體青睞有加，如2020年華為哈勃先后投資入股了國(guó)內(nèi)三家化合物半導(dǎo)體企業(yè)，分別是北京天科合達(dá)，持股比例4.82%；寧波潤(rùn)華全芯微電子，投資數(shù)額約214.29萬(wàn)元，投資比例占6.31%；瀚天天成，認(rèn)繳出資977.2萬(wàn)元。

政府在政策層面對(duì)第三代半導(dǎo)體的支持也在持續(xù)加碼。多地出臺(tái)的十四五規(guī)劃建議稿中都提到了第三代半導(dǎo)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(dǎo)體、類(lèi)腦芯片、柔性電子、前沿新材料、量子信息等未來(lái)產(chǎn)業(yè)，加快建設(shè)未來(lái)產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)”； 遼寧則提出“超前布局未來(lái)產(chǎn)業(yè)，面向增材制造、柔性電子、第三代半導(dǎo)體、量子科技、儲(chǔ)能材料等領(lǐng)域加快布局，打造一批領(lǐng)軍企業(yè)和標(biāo)志產(chǎn)品，形成新的產(chǎn)業(yè)梯隊(duì)?！?/p>

在南京世界半導(dǎo)體大會(huì)暨第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇上，國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專(zhuān)家咨詢委員會(huì)委員、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長(zhǎng)吳玲更是透露了國(guó)家2030計(jì)劃和“十四五”國(guó)家研發(fā)計(jì)劃都已經(jīng)明確第三代半導(dǎo)體做為重要發(fā)展方向。

業(yè)內(nèi)人士目前都一致看好國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的前景。我國(guó)在第三代半導(dǎo)體研發(fā)、產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域具備了一定的基礎(chǔ)，盡管與國(guó)際巨頭仍有差距，但作為全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng)，在市場(chǎng)風(fēng)口到來(lái)、產(chǎn)業(yè)火熱加碼布局等利好因素加持下，第三代半導(dǎo)體必將成為我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提升的重要突破口。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到2030年，國(guó)內(nèi)將形成1~3家世界級(jí)龍頭企業(yè)，帶動(dòng)產(chǎn)值超過(guò)3萬(wàn)億元。