功率半導(dǎo)體在電子行業(yè)中應(yīng)用廣泛，且技術(shù)相對成熟，目前是以硅片為襯底，帶隙寬度較小，市場普遍認為，增長彈性不大，整體規(guī)模保持穩(wěn)定。與之有差異的是，我們認為，未來功率半導(dǎo)體將呈現(xiàn)高性能，高增長，高集中度的發(fā)展趨勢，從而帶動第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)用需求，主要原因有以下幾點：1） 下游新興行業(yè)增量顯著；2）自給率仍然偏低，替代空間巨大；3）未來集中 產(chǎn)品碎片化將有所改善，高端產(chǎn)品如 IGBT、MOSFET 產(chǎn)品性能和技術(shù)壁壘同步提升，下游對高端產(chǎn)品的依賴度會隨之增加。功率半導(dǎo)體市場規(guī)模較大，高性能驅(qū)使下，新型半導(dǎo)體襯底材料滲透率有望進一步提升。
 

美方對華為制裁規(guī)模未有縮小趨勢，同時加劇了多方面的技術(shù)圍剿，底層材料的重要性不容忽視。美方將計劃限制華為使用美國技術(shù)和軟件在海外設(shè)計和制造半導(dǎo)體的能力來保護國家安全，華為及其被列入實體清單的分支機構(gòu)生產(chǎn)的以下產(chǎn)品將受出口管理條例（EAR）的約束，具體而言包括以下兩個 方面：1）華為及相關(guān)公司利用美國管制清單（CCL）上的軟件和技術(shù)直接生 產(chǎn)的產(chǎn)品；2）根據(jù)華為的設(shè)計規(guī)范，在美國海外的地方利用 CCL 清單上的半導(dǎo)體制造設(shè)備生產(chǎn)的芯片等產(chǎn)品，此類產(chǎn)品在向華為及其分支機構(gòu)出貨時需要申請許可證。
 

摩爾定律在硅時代已接近效能極限，臺積電已開始 2nm 探索性研發(fā)，單一增加制程精度的方式不可持續(xù)。“摩爾定律”在過去的幾十年中是集成電路性能增長的黃金定律。其核心內(nèi)容：價格維持不變時，集成電路上可容納的元件數(shù)目，約每隔 18-24 個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。根據(jù) ITRS 的觀點，傳統(tǒng)的硅晶體管微縮至 6 納米已達極限。以硅材料為根基的摩爾定律即將失效。若半導(dǎo)體仍以摩爾定律趨勢發(fā)展，則需要在底層材料中形成突破。美國、歐盟、日韓等國家和地區(qū)組織已經(jīng)通過制定研發(fā)項目的方式來引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前主要的突破手段存在于幾個方面：1）底層材料突破，除氮 化鎵、砷化鎵外，以碳基為材料的半導(dǎo)體技術(shù)也在持續(xù)突破；2）以 SIP 封裝為代表的高密度集成方式，一定程度上滿足了性能的發(fā)展需求。
 

國內(nèi)基站端建設(shè)投資力度擴大，國內(nèi)需求將大于國外。預(yù)計 2020 年 5G 新 建基站有望達到 80w 座以上，其中大部分將以“宏基站為主，小基站為輔”的組網(wǎng)方式。在射頻端高頻高速的背景下，第三代半導(dǎo)體材料的滲透率將會大幅提升，2023 年 GaN RF 在基站中的市場規(guī)模將達到 5.2 億美元，年復(fù)合 增長率達到 22.8%。未來隨著 GaN 技術(shù)進步和規(guī)模化發(fā)展，GaN PA 滲透率 有望不斷提升，預(yù)計到 2023 年市場滲透率將超過 85%。5G 宏基站使用的 PA（Power Amplifier，功率放大器）數(shù)量在 2019 年達到 1843.2 萬個，2020 年有望達到 7372.8 萬個，同比增長有望達到 4 倍。預(yù)計今年，基于 GaN 工 藝的基站 PA 占比將由去年的 50%達到 58%。
 

消費電子市場規(guī)模分別受益于快充滲透率與新能源汽車電子化率的提升。假設(shè)智能手機未來三年 GaN 快充滲透率為 1%、3%、5%，可穿戴需求度相對 手機端有所降低，三年的滲透率為 0.5%、1%、2%；我們預(yù)計 2020 年全球 GaN 充電器市場規(guī)模為 24.41 億元，2022 年有望達到 87.74 億元。在新能 源車型中，目前混動新能源汽車占新能源汽車總量的 80%以上，電機與電控 是核心元器件。GaN 可用于 48VDC/DC 以及 OBC(On Board Charger 車載 充電機)。據(jù) Yole 的預(yù)測，2023 年該領(lǐng)域的市場規(guī)模將達到 2500 萬美元。新能源汽車無疑是電力電子設(shè)備市場的主要驅(qū)動力，也是不同技術(shù)路線（Si、 SiC 和 GaN）的主要爭奪市場。
 

功率 IC 和功率分立器件占功率半導(dǎo)體的絕大部分。功率器件是通過控制電 子設(shè)備中電壓、電流、頻率以及交流（AC）直流（DC）的轉(zhuǎn)換，從而達到控制元器件的功能。功率半導(dǎo)體屬于半導(dǎo)體的一個細分領(lǐng)域，是通過變換電能的交直流、電壓電流頻率大小從而實現(xiàn)對電路控制的核心器件，可以分為功率 IC 和功率分立器件兩大類。功率 IC 是將控制電路和大功率器件集成在同一塊芯片上控制的集成電路，主要的應(yīng)用產(chǎn)品是電源管理，承擔(dān)變換、分配、檢測電壓電流頻率的功能，由于在電子設(shè)備系統(tǒng)中每個模塊所需供電電壓和電流各不相同，需要電源管理芯片對不同元器件所需電能情況進行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)。功率分立器件主要包括有二極管、晶體管及晶閘管，晶體管占有重要的份額，其中 MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管）和 IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）產(chǎn)品性能優(yōu)越，控制能力及范圍有出色的表現(xiàn)，近年來市場規(guī)模增長較快，結(jié)構(gòu)占比不斷提升。

 

二極管具有單向?qū)щ娦阅?，即給二極管陽極和陰極加上正向電壓時，二極管導(dǎo)通。當(dāng)給陽極和陰極加上反向電壓時，二極管截止。因此，二極管的導(dǎo)通和截止，則相當(dāng)于開關(guān)的接通與斷開。
 

晶閘管。晶閘管設(shè)計用于在高電流和高電壓下工作，并且通常用于 AC 電流 到 DC 電流的整流以及 AC 電流頻率與幅值的調(diào)整。通常將晶閘管可以分為 可控硅整流器（通常稱為晶閘管）和柵極關(guān)斷晶閘管（GTO）， 以上均屬于 高功率器件。
 

MOSFET 屬于晶體管的一種，與標(biāo)準(zhǔn)雙極晶體管之間的基本區(qū)別在于源極漏極電流由柵極電壓控制，使其工作比需要高基極電流導(dǎo)通的雙極晶體管更節(jié)能。此外，它具有快速關(guān)閉功能及允許高頻率切換，由于工作環(huán)境可以承受更高的溫度，特別適用于家用電器，汽車和 PC 電源的電源設(shè)計。
 

IGBT 將雙極晶體管的某些特性與單個器件中的 MOSFET 的特性結(jié)合在一 起。IGBT 與 MOSFET 有顯著差異，制造起來更具挑戰(zhàn)性。IGBT 器件可以 處理大電流（如雙極晶體管）并受電壓控制（如 MOSFET），使其適用于高 能量應(yīng)用，如變速箱，重型機車，大型船舶螺旋槳等。

 

全球市場規(guī)模平穩(wěn)增長，國內(nèi)市場需求有望保持高速增長。功率半導(dǎo)體作為電子設(shè)備中最基礎(chǔ)的元器件，應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。從市場規(guī)模來看，根據(jù) IHS Markit 數(shù)據(jù)， 2018 年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模約為 400 億美元，預(yù)計到 2021 年市場規(guī)模將增長至 441 億美元，年復(fù)合增速為 4.1%。中國是全球最大的 功率半導(dǎo)體消費市場，未來有望保持高速發(fā)展，根據(jù) IHS Markit 數(shù)據(jù)，2018 年國內(nèi)市場規(guī)模達到 138 億美元，增速為 9.5%，占全球需求比例高達 35%， 預(yù)計未來中國功率半導(dǎo)體將繼續(xù)保持較高速度增長，2021 年市場規(guī)模有望達 到 159 億美元，年復(fù)合增速達 4.8%。從增量來源來看，由于下游新能源以及汽車電子化程度的提升，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域已從工業(yè)控制和消費電子拓展至光伏、風(fēng)電、智能電網(wǎng)、變頻家電、新能源汽車等諸多市場，下游新型領(lǐng)域市場的發(fā)展情況是功率半導(dǎo)體未來增量的重要保證。

1）消費類電子產(chǎn)品/白色家電，功率范圍 10W-100W：

功率半導(dǎo)體是消費電子產(chǎn)品中控制充電機制、功率輸出和能效的核心元器件。在白色家電中，優(yōu)化的感應(yīng)技術(shù)以及變頻需求，也使得功率半導(dǎo)體也是白色家電走向智能化的核心。
 

2）新能源汽車及數(shù)據(jù)通信，功率范圍 100W-10kW：

新能源汽車的電氣化占比快速提升，目前新能源汽車相比于燃油車電子零部件價值增加 5 倍以上，新增的功率半導(dǎo)體器件的性能和功率效率是電動汽車 運行的關(guān)鍵，功率元件主要用于逆變器、電源控制系統(tǒng)。

功率半導(dǎo)體保證數(shù)據(jù)中心不間斷供電以及電壓穩(wěn)定方面具有重要作用，主要用于整流，電池充電和 DC/AC 逆變。UPS 是 IDC 的必需設(shè)備，極大程度增加了服務(wù)器系統(tǒng)中功率半導(dǎo)體元件的使用，未來氮化鎵的使用和能量比例計算將繼續(xù)增加數(shù)據(jù)中心中功率半導(dǎo)體使用的廣度。
 

3）可再生能源及交通運輸，功率范圍 10kW-1000kW:

可再生能源發(fā)電也需要高功率半導(dǎo)體，因為可再生能源不規(guī)則，需要高的發(fā)電效率才能實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。以每兆瓦時為基礎(chǔ)，風(fēng)電場需要比傳統(tǒng)燃煤電站多 30 倍的功率半導(dǎo)體價值量。

使用 IGBT 的變速驅(qū)動器越來越多地取代工業(yè)應(yīng)用中的傳統(tǒng)電機，因為它們可以顯著提高能效。功率半導(dǎo)體對于工廠的進一步自動化也至關(guān)重要，“工業(yè)4.0”的革命在很大程度上取決于增加的功率和傳感器半導(dǎo)體內(nèi)容，以驅(qū)動工 廠的機器人技術(shù)。
 

4）智能電網(wǎng)和儲能，功率范圍 1000kW 以上：

可再生能源（特別是風(fēng)能和太陽能）的消納對于智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來了巨大的挑戰(zhàn)，電能的難以存儲也為儲能帶來了更大的難度。有效的能量存儲對于向可再生能源對總發(fā)電的更高貢獻的轉(zhuǎn)變至關(guān)重要，并且需要再次有效地轉(zhuǎn)換電能，即功率半導(dǎo)體。

 

功率 IC 與功率分立器件市場份額占比接近各半， IGBT、MOSFET 在分立器 件中占比較大。在全球功率半導(dǎo)體市場，功率 IC 和功率分立器件幾乎平分了 整個市場份額。根據(jù) Yole、IHS、Gartner 數(shù)據(jù)匯總分析，2018 年，功率 IC 和功率器件全球市場份額分別為 54%和 46%。其中，在功率分立器件市場中， MOSFET 和 IGBT 占比較大，分別為 17%和 15%，功率二極管/整流橋占比 稍低，為 12%。

在中國功率半導(dǎo)體市場，電源管理 IC、MOSFET 和 IGBT 合計占據(jù)了 95% 的市場份額。其中，電源管理 IC 市占率高達 61%，占比最大，MOSFET 和 IGBT 市場份額分別為 20%和 14%。得益于下游消費電子、新能源汽車、通 訊行業(yè)近幾年的快速發(fā)展，電源管理 IC 市場保持穩(wěn)健增長，截止 2018 年， 中國電源管理 IC 市場規(guī)模已達 84.3 億美元。同時，未來伴隨新能源汽車行 業(yè)的快速發(fā)展，MOSFET 和 IGBT 也將迎來廣闊的成長空間。

中國為全球最大的消費國和進口國，隨下游新興領(lǐng)域發(fā)展加快，國產(chǎn)替代空間明顯。由于功率半導(dǎo)體下游應(yīng)用廣泛，市場普遍認為行業(yè)增速彈性不大，整體規(guī)模保持穩(wěn)定。與之有差異的是，我們認為，未來功率半導(dǎo)體將呈現(xiàn)高性能，高增長，高集中度的發(fā)展趨勢，主要原因有以下幾點：1）下游新興行業(yè)增量顯著：下游以汽車電子為代表的新興應(yīng)用增速進一步加快，除去傳統(tǒng)電子控制系統(tǒng)外，電驅(qū)、電控、電池三大件對于功率半導(dǎo)體的需求量爆發(fā)式增長，假設(shè) 2025 年新能源汽車市場規(guī)模達到 150 億元，按照汽車電子化 率 30%測算，僅在新能源汽車中的電子元器件增量為 50 億元；2）自給率仍 然偏低，替代空間巨大：國內(nèi)需求增加的同時，自給率不足 20%，從國內(nèi)外 產(chǎn)業(yè)鏈的對比來看，假設(shè)自給率達到 50%，國內(nèi)至少仍有 50 億美元的市場 空間增量；3）未來集中度會進一步提升，產(chǎn)品碎片化將有所改善：由于產(chǎn) 品種類繁多，總體較為碎片化，但部分高端產(chǎn)品如 IGBT、MOSFET 產(chǎn)品性能和技術(shù)壁壘同步提升，下游對高端產(chǎn)品的依賴度會隨之增加，細分領(lǐng)域集中度提升是必然趨勢。

第三代半導(dǎo)體材料以碳化硅、氮化鎵為代表，極具性能優(yōu)勢。第三代半導(dǎo)體材料是指帶隙寬度明顯大于 Si 的寬禁帶半導(dǎo)體材料，主要包括 SiC、GaN、 金剛石等，因其禁帶寬度大于或等于 2.3 電子伏特，又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。和第一代、第二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料具有高熱導(dǎo)率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等優(yōu)點，可以滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對高溫、高功率、高壓、高頻以及高輻射等惡劣條件的新要求。第三代半導(dǎo)體材料在航空、航天、光存儲等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景，在寬帶通訊、太陽能、汽車制造、半導(dǎo)體照明、智能電網(wǎng)等眾多戰(zhàn)略行業(yè)可以降低 50%以上 的能量損失，最高可以使裝備體積減小 75%以上，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進一步躍進 的基石。

半導(dǎo)體材料經(jīng)歷了三次明顯的換代和發(fā)展。第一代半導(dǎo)體材料是 Si、Ge 等單質(zhì)半導(dǎo)體材料，由于其具有出色的性能和成本優(yōu)勢，目前仍然是集成電路等半導(dǎo)體器件主要使用的材料；第二代半導(dǎo)體材料以 GaAs 和 InP 等材料為 代表。第二代半導(dǎo)體材料在物理結(jié)構(gòu)上具有直接帶隙的特點，相對于 Si 材料具有光電性能佳、工作頻率高、抗高溫、抗輻射等優(yōu)勢，可以應(yīng)用于光電器件和射頻器件；第三代半導(dǎo)體材料以 GaN 和 SiC 等材料為代表。1969 年實 現(xiàn)了 GaN 單晶薄膜的制備。1994 年中村修二研發(fā)了第一支高亮度的 GaN 基藍光 LED。1891 年，SiC 晶體被人工合成。1955 年，飛利浦實驗室的 Lely 發(fā)明 SiC 的升華生長法(或物理氣相傳輸法，即 PVT 法)，后來經(jīng)過改進后的 PVT 法成為 SiC 單晶制備的主要方法。
 

材料分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致先天性能優(yōu)勢。第三代半導(dǎo)體材料相對于 Si 材料具有：禁帶寬度更大、電子飽和飄移速度較高等特點，制作出的半導(dǎo)體器件擁有光電性能優(yōu)異、高速、高頻、大功率、耐高溫和高輻射等特征，具備應(yīng)用于光電器件、微波器件和電力電子器件的先天性能優(yōu)勢。

GaN 襯底技術(shù)難度較大，光電子領(lǐng)域中較為成熟。目前，SiC 襯底技術(shù)相對 簡單，主要制備過程大致分為兩步：第一步 SiC 粉料在單晶爐中經(jīng)過高溫升 華之后在單晶爐中形成 SiC 晶錠；第二步通過對 SiC 晶錠進行粗加工、切割、 研磨、拋光，得到透明或半透明、無損傷層、低粗糙度的 SiC 晶片（即 SiC 襯底）。GaN 襯底的生長主要采用 HVPE（氫化物氣相外延）法，制備技術(shù) 仍有待提升，行業(yè)產(chǎn)量較低，導(dǎo)致 GaN 襯底的缺陷密度和價格較高，目前只 有激光器等少數(shù)器件采用 GaN 同質(zhì)襯底；GaN 電力電子器件的襯底主要采 用 Si 襯底，部分企業(yè)采用藍寶石襯底，GaN 同質(zhì)襯底的器件在研發(fā)中；GaN射頻器件主要是 SiC 高純半絕緣襯底，少數(shù)企業(yè)采用 Si 做襯底；GaN 光電 子器件是 GaN 材料最成熟的領(lǐng)域，基 于藍寶石、SiC 和 Si 襯底的藍寶石 LED 產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入成熟階段。
 

高技術(shù)門檻導(dǎo)致第三代半導(dǎo)體材料市場以日美歐寡頭壟占，國內(nèi)企業(yè)在 SiC 襯底方面以 4 英寸為主。目前，國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出了 6 英寸導(dǎo)電性 SiC 襯底和 高純半絕緣 SiC 襯底，山東天岳公司、北京天科合達公司和河北同光晶體公司分別與山東大學(xué)、中科院物理所和中科院半導(dǎo)體所進行技術(shù)合作與轉(zhuǎn)化，在 SiC 單晶襯底技術(shù)上形成自主技術(shù)體系。國內(nèi)目前已實現(xiàn) 4 英寸襯底的量 產(chǎn)；同時山東天岳、天科合達、河北同光、中科節(jié)能均已完成 6 英寸襯底的 研發(fā)；中電科裝備已成功研制出 6 英寸半絕緣襯底。在 GaN 襯底方面，國 內(nèi)企業(yè)已經(jīng)可以小批量生產(chǎn) 2 英寸襯底，具備 4 英寸襯底生產(chǎn)能力，并開發(fā) 出 6 英寸襯底樣品。目前已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)包括蘇州納米所的蘇州納維科技公司和北京大學(xué)的東莞市中鎵半導(dǎo)體科技公司，其中蘇州納維目前已推出4 英寸襯底產(chǎn)品，并且正在開展 6 英寸襯底片研發(fā)。
 

先進半導(dǎo)體材料已上升至國家戰(zhàn)略層面，2025 年目標(biāo)滲透率超過 50%。底 層材料與技術(shù)是半導(dǎo)體發(fā)展的基礎(chǔ)科學(xué)，在 2025 中國制造中，分別對第三 代半導(dǎo)體單晶襯底、光電子器件/模塊、電力電子器件/模塊、射頻器件/模塊 等細分領(lǐng)域做出了目標(biāo)規(guī)劃。在任務(wù)目標(biāo)中提到 2025 實現(xiàn)在 5G 通信、高效 能源管理中的國產(chǎn)化率達到 50%；在新能源汽車、消費電子中實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用， 在通用照明市場滲透率達到 80%以上。

摩爾定律在硅時代 6nm 已接近效能極限。“摩爾定律”在過去的幾十年中是集成電路性能增長的黃金定律。其核心內(nèi)容：價格維持不變時，集成電路上可容納的元件數(shù)目，約每隔 18-24 個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。根據(jù) ITRS 的觀點，傳統(tǒng)的硅晶體管微縮至 6 納米已達極限。以硅材料為根基的摩爾定律即將失效。若半導(dǎo)體仍以摩爾定律趨勢發(fā)展，則需要在底層材料中形成突破。美國、歐盟、日韓等國家和地區(qū)組織已經(jīng)通過制定研發(fā)項目的方式來引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

超越摩爾定律，新材料是突破路徑之一。目前市面上超過 99%的集成電路都 是以第一代元素半導(dǎo)體材料之一，硅(Si)、鍺(Ge)材料在 20 世紀 50 年代有過高光時刻，廣泛應(yīng)用于低壓、低頻、中功率晶體管以及光電探測器中，但到了 60 年代后期因耐高溫和抗輻射性能較差，工藝更難、成本更高逐漸被 硅材料取代。第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料(SiC、GaN 等)，因其禁帶寬度(Eg) 大于或等于 2.3 電子伏特(eV)而得名。第三代半導(dǎo)體材料具有優(yōu)越的性能和能帶結(jié)構(gòu)，廣泛用于射頻器件、光電器件、功率器件等制造，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。目前第三代半?dǎo)體材料已逐漸滲透 5G、新能源汽車、綠色照明等 新興領(lǐng)域，被認為是半導(dǎo)體行業(yè)的重要發(fā)展方向。
 

美歐等經(jīng)濟體持續(xù)加大化合物半導(dǎo)體投入。2018 年，美國、歐盟等國家和組 織啟動了超過 15 個研發(fā)項目。其中，美國的研發(fā)支持力度最大。2018 年美 國能源部（DOE）、國防先期研究計劃局（DARPA）、和國家航空航天局 （NASA）和電力美國(Power America)等機構(gòu)紛紛制定第三代半導(dǎo)體相關(guān)的 研究項目，支持總資金超過 4 億美元，涉及光電子、射頻和電力電子等方向，以期保持美國在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域全球領(lǐng)先的地位。此外，歐盟先后啟動了“硅基高效毫米波歐洲系統(tǒng)集成平臺（SERENA）”項目和“ 5GGaN2”項目， 以搶占 5G 發(fā)展先機。
 

5G 宏基站將加速 GaN 取代 LDMOS 市場份額。5G 商用宏基站將以 64 通道 的大規(guī)模陣列天線為主，單基站 PA（射頻功率放大器）需求量接近 200 個， 目前基站用功率放大器主要為 LDMOS(橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)，但 是 LDMOS 技術(shù)適用于低頻段，在高頻領(lǐng)域存在局限性。5G 基站 GaN 射頻 PA 將成為主流技術(shù)，對 LDMOS 的市場份額有一定的擠壓，GaAs 器件份額 變化不大。GaN 能較好的適用于大規(guī)模 MIMO（多輸入多輸出 Multi Input Multi Output）通道，根據(jù) Yole 的預(yù)計，2023 年 GaN RF 在基站中的市場規(guī) 模將達到 5.2 億美元，年復(fù)合增長率達到 22.8%。未來隨著 GaN 技術(shù)進步和 規(guī)模化發(fā)展，GaN PA 滲透率有望不斷提升，預(yù)計到 2023 年市場滲透率將超 過 85%。

射頻器件數(shù)量成倍上升成為后續(xù)主要增長動力。2018 年基站領(lǐng)域 GaN 射頻 器件規(guī)模為 1.5 億美元，占 GaN 射頻器件市場的 33%的份額。5G 時代基站 領(lǐng)域的射頻器件將以 GaN 器件為主，隨著 5G 通信的實施，2020 年市場規(guī)模會出現(xiàn)明顯增長。并且，為了充分利用空間資源，提高頻譜效率和功率效率，大規(guī)模多輸入多輸出（Massive MIMO）技術(shù)應(yīng)運而生，通過在基站側(cè)安裝幾百上千根天線，實現(xiàn)大量天線同時收發(fā)數(shù)據(jù)，為此將帶動功率放大器等射頻模塊的需求，使得 GaN 射頻器件的規(guī)模不斷增長。

含有 GaN 的基站 PA 有望實現(xiàn)爆發(fā)式增長。目前我國 5G 宏基站使用的 PA （Power Amplifier，功率放大器）數(shù)量在 2019 年達到 1843.2 萬個，2020 年有望達到 7372.8 萬個，同比增長有望達到 4 倍。預(yù)計今年，基于 GaN 工 藝的基站 PA 占比將由去年的 50%達到 58%。在此背景下，以華為為代表的 通信設(shè)備廠商加大基站 PA 的自研力度和采購數(shù)量，未來市場規(guī)模有望進一 步擴大。對于華為巨大的基站和手機 PA 用量來說，依然以外購為主，而在 當(dāng)下貿(mào)易限制的大背景下，正在加大來自中國本土的 PA 供應(yīng)量，國內(nèi) GaN 領(lǐng)域公司望受益。
 

4G 時代小基站（Small Cells）已有爆發(fā)式增長，產(chǎn)品性能優(yōu)勢明顯。小基站可更加有效改善室內(nèi)深度覆蓋、增加網(wǎng)絡(luò)容量、提升用戶感知，是網(wǎng)絡(luò)部署的重要組成部分。4G 時代，能夠有效覆蓋室內(nèi)或者熱點區(qū)域的小基站獲 得了快速發(fā)展。小基站借鑒了 WLAN 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，引入了 Femtocell（飛站） ，分流宏蜂窩流量壓力，并解決室內(nèi)覆蓋難的問題。隨著小基站應(yīng)用范圍擴大，以及產(chǎn)品類型豐富，小基站分類包括室外 Micro、室內(nèi)的 Pico、分布式 Pico、 Femtocell 等，從產(chǎn)品形態(tài)、發(fā)射功率、覆蓋范圍等方面，都相比傳統(tǒng)宏站 小很多。皮站（Pico）具有低成本、易部署的綜合優(yōu)勢。主要為企業(yè)級應(yīng)用， 針對室內(nèi)公共場所。飛站（Femtocell）主要為家庭級應(yīng)用，外表美觀，具有易安裝、易配置，管理傻瓜化的特點。從統(tǒng)計上來看，絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)或熱點區(qū)域。相比宏基站，小基站可有效改善室內(nèi)深度覆蓋、增加網(wǎng)絡(luò)容量、提升用戶感知，因而越來越受到業(yè)界的關(guān)注。

目前采用“宏基站為主，小基站為輔”的組網(wǎng)方式，是網(wǎng)絡(luò)廣深覆蓋的重要途徑。宏蜂窩基站一般有 3 個扇區(qū)，微蜂窩基站一般只有 1 個扇區(qū)。宏基站和小基站的區(qū)別在于，小微基站設(shè)備統(tǒng)一都裝在電源柜里，一個柜子加天線即可實現(xiàn)部署，體積較小。宏基站需要單獨的機房和鐵塔，設(shè)備，電源柜，傳輸柜，空調(diào)等分開部署，體積較大。一方面，5G 主要采用 3.5G 及以上的頻段，在室外場景下覆蓋范圍更小，受建筑物等阻擋，信號衰減更加明顯，宏基站布設(shè)成本較高。另一方面，由于宏基占用面積較大，布設(shè)難度較高，站址選擇難度增大，而小基站體積小，布設(shè)簡單，可以充分利用社會公共資源快速部署。5G 室外場景下，小基站和宏基站配合組網(wǎng)，實現(xiàn)成本和網(wǎng)絡(luò) 性能最優(yōu)將是重要的發(fā)展思路。

5G 正式開啟小基站市場，高功率高頻段需求進一步提升 GaN 滲透率。目前 針對 4G 和 LTE 基站市場宏基站主要采用 SiLDMOS 功率放大器，小基站主 要采用 GaAs 功率放大器，但 GaN 功率放大器的滲透率將不斷提高。然而， LDMOS 功率放大器的帶寬會隨著頻率的增加而大幅減少，僅在不超過約 3.5GHz 的頻率范圍內(nèi)有效，相比之下，GaN 射頻器件更能有效滿足高功率、 高通信頻段和高效率等要求。隨著 5G 的推進，在小基站以及微基站市場， GaAs 功率放大器憑借性能優(yōu)勢和較低的成本也有望占據(jù)部分市場。根據(jù) Yole 預(yù)測，GaAs 射頻器件市場總額預(yù)計到 2022 年將達到 8.576 億美元， 其中。同時 GaN 射頻器件的市場規(guī)模將從 2017 年 3.8 億美元到 2023 年增 長至 13 億美元，GAGR 超過 20%，最主要的增量也是來自于基站的應(yīng)用。
 

GaN 三個特點大幅提升效率：開關(guān)頻率高、禁斷寬度大、更低的導(dǎo)通電阻。開關(guān)頻率是指充電頭內(nèi)部晶閘管，可控硅等電子元件，每秒可以完全導(dǎo)通、斷開的次數(shù)。變壓器恰好是充電器中體積最大的元器件之一，占據(jù)了內(nèi)部相當(dāng)大的空間。開關(guān)的頻率高可使用體積更小的變壓器。使用氮化鎵作為變壓元件，變壓器和電容的體積減少，有助于減少充電頭的體積和重量。禁帶寬度直接決定電子器件的耐壓和最高工作溫度，禁帶寬度越大，器件能夠承載的電壓和溫度越高，擊穿電壓也會越高，功率越高。更低的導(dǎo)通電阻，直接表現(xiàn)為導(dǎo)電時的發(fā)熱量。導(dǎo)通電阻越低，發(fā)熱量越低。
 

2018 年 ANKER 將 GaN 帶出實驗室。2018 年 10 月 25 日 ANKER 在美國 紐約發(fā)布了一款劃時代的新品—“ANKER Power Port Atom PD1”GaN 充 電器，由于其搭載了高頻高效的 GaN（氮化鎵）功率器件而備受業(yè)界關(guān)注。該款產(chǎn)品也是首次將第三代半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用在充電設(shè)備上，從而將相關(guān)技術(shù)從實驗室?guī)驊?yīng)用市場。

主流廠商依次跟進，高功率，小體積成最明顯優(yōu)勢。小米于 2020 年 2 月發(fā) 布了 GaN 充電器 Type-C65W，能夠為小米 10Pro 最高提供 50W 的充電功 率，小米 10Pro 搭配其使用從 0 充電至 100%僅需 45 分鐘。同時，它支持 小米疾速閃充、PD3.0 等快充協(xié)議，并且還支持全系 iPhone 快充，官方表 示，使用小米 GaN 充電器 Type-C65W 為 iPhone11 充電，充電速度比原裝 5W 充電器提升約 50%。得益于新型半導(dǎo)體材料 GaN 的加持，Type-C65W的體積比小米筆記本標(biāo)配的適配器減小約 48%。此外，小米 Type-C65W 的 USB-C 接口支持多個檔位的智能調(diào)節(jié)輸出電流，能為新款 MacBookPro、小 米筆記本等大功率設(shè)備進行最大 65W 充電，還能兼容大多數(shù) Type-C 接口的 電子設(shè)備，包括 Switch 等。產(chǎn)品搭載 E-Marker 芯片，最大支持 5A 電流。目前，業(yè)界已推出多種快充技術(shù)方案，主要包括高通 Quick Charge 技術(shù)、 OPPO VOOC 閃充技術(shù)、聯(lián)發(fā)科 Pump Express 技術(shù)、華為 Super Charge 技術(shù)、vivo SUPER Flash Charge 技術(shù)和 USB3.1PD 充電技術(shù)等。

從消費電子快充市場來看，未來隨快充需求與 GaN 滲透率不斷提升，2022 年市場規(guī)模有望達到 87.74 億元。隨著 5G 手機各類參數(shù)不斷提升，內(nèi)部射頻、處理器、屏幕的耗電量在直線上升，電子產(chǎn)品對快充的需求日益提升。多家廠商發(fā)布 GaN 快充后，目前的售價大部分用戶已經(jīng)可以接受，未來滲透 率有望逐步提升。假設(shè)智能手機未來三年 GaN 快充滲透率為 1%、3%、5%， 可穿戴需求度相對手機端有所降低，三年的滲透率為 0.5%、1%、2%；我們 預(yù)計2020年全球GaN充電器市場規(guī)模為24.41億元，2022年有望達到87.74 億元。

新能源汽車拐點已至，發(fā)展路徑復(fù)制智能手機。新能源汽車的競爭格局已出現(xiàn)明顯變化，政策端：全球節(jié)能減排，碳排放成國際談判的重要籌碼，國六排放的實行，加速新能源汽車替代傳統(tǒng)燃油車。供給端：全球主流廠商規(guī)劃將未來重點發(fā)展方向放到 NEV，有保有量加速提升，目前全球有超過 150 家 車廠已有規(guī)劃 EV 新車上市；在自動駕駛水平方面，2019 年 L2+級別自動駕 駛產(chǎn)品在部分車型中已成為標(biāo)配，部分車型仍需要選裝，未來 L3 級別的自 動駕駛有可能會在 2020 年后正式上市，從供給端來看，智能化水平在加速提升。需求端：新能源汽車的邊際變化來源有兩點：車載娛樂及駕乘體驗，純電動與自動駕駛帶來的獨特駕駛體驗，車聯(lián)網(wǎng)的落地及人車手機生態(tài)化的構(gòu)建，是娛樂化需求的來源。

汽車電子化程度上升是必然趨勢，直接帶動汽車產(chǎn)業(yè)鏈價值遷移。汽車電子是車體汽車電子控制裝置和車載汽車電子控制裝置的總稱。其中控制裝置包括動力總成控制、底盤和車身電子控制等；車載電子裝置包括汽車信息系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、車載網(wǎng)絡(luò)等。從傳統(tǒng)燃油動力車型轉(zhuǎn)向電池動力的過程中，汽車電子化程度將呈現(xiàn)大幅提升，其中兩類需求增長最為迅速：1） 以智能駕駛為長期驅(qū)動力的安全系統(tǒng)（ADAS），是未來實現(xiàn)無人駕駛的重要 保障；2）以智能座艙位代表的車載電子、車載通信，是建設(shè)車聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng) 的基礎(chǔ)需求。

汽車電子市場規(guī)?？焖侔l(fā)展，國內(nèi)市場有望超千億。隨著汽車智能化、車聯(lián)網(wǎng)、安全汽車和新能源汽車時代的到來，汽車電子市場規(guī)模不斷擴大，從汽車音響空調(diào)電子顯示屏等，目前已轉(zhuǎn)向助力包括安全系統(tǒng)、娛樂信息系統(tǒng)、車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、動力系統(tǒng)等汽車其他相關(guān)部件發(fā)展上，未來汽車電子市場發(fā)展空間還將進一步增加，汽車電子將成為半導(dǎo)體應(yīng)用的主要增長點。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2020 年全球汽車電子產(chǎn)品市場的產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)計將達到 2400 億美元，其中我國汽車電子市場規(guī)模將超過 1058 億美元。

第三代半導(dǎo)體材料功率器件對于電機、電控、電池三大核心元件的效率提升具有重要意義。從燃油車和新能源車兩方面看：在國六排放要求背景下，主流車廠選擇以 48V 輕混作為過度時期的解決方案；在新能源車型中，目前混 動新能源汽車占新能源汽車總量的 80%以上，電機與電控是核心元器件。GaN 可用于 48VDC/DC 以及 OBC(On Board Charger 車載充電機)。據(jù) Yole 的預(yù)測，2023 年該領(lǐng)域的市場規(guī)模將達到 2500 萬美元。新能源汽車無疑是 電力電子設(shè)備市場的主要驅(qū)動力，也是不同技術(shù)路線（Si、SiC 和 GaN）的 主要爭奪市場。

汽車電子涉及高功率的驅(qū)動系統(tǒng)與低功率的控制系統(tǒng)，目前解決方案并不統(tǒng)一。從技術(shù)上而言，GaN 功率器件在 48V 的混合動力汽車領(lǐng)域?qū)碛休^強 的競爭力：SiC 更適合大功率主逆變器，Si 基 GaN 功率電子技術(shù)更適合小功 率 DC/DC 和 AC/DC 轉(zhuǎn)換器。預(yù)計到 2025 年，大部分的輕型車將采用 48V 逆變器。同時 GaN 功率器件也可用于車載充電器（OBC）。目前部分企業(yè)正 在設(shè)計與 SiC 與 GaN 兼容的 OBC 解決方案，若 GaN 方案的成本和技術(shù)足 夠成熟，GaN 在新能源汽車 OBC 上的使用可能性將會大大提升。

未來前景看好，目前穩(wěn)定性仍待提高。由于在新能源汽車的應(yīng)用中，功率需求相對較大，如在混合動力車型上，包含動力系統(tǒng)在內(nèi)的電子元器件的成本占比已經(jīng)達到 50%，對器件穩(wěn)定性和可靠性的要求非常高，需要較長時間的 質(zhì)量認證過程，在此過程中需要投入大量的研發(fā)經(jīng)費；而 SiC 功率器件也將 在如新能源汽車等領(lǐng)域與 GaN 功率器件的形成直接的競爭。在這種情況下， GaN 功率器件在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展可能還需要較長時間。另外，（汽 車）激光雷達、數(shù)據(jù)存儲中心、包絡(luò)追蹤等應(yīng)用都是 GaN 功率器件新興的應(yīng) 用市場，基于 GaN 功率器件的性能優(yōu)越性，未來市場預(yù)期較好，據(jù) Yole 的 預(yù)測，上述應(yīng)用市場在未來 5 年的年均增速超過 65%，部分廠商會已經(jīng)在高 端設(shè)備上采用 GaN 功率器件。因此 GaN 功率器件未來的市場發(fā)展情況除了 受到現(xiàn)有的既定市場的影響之外，新興市場的影響力也不容忽視。