當前，國際上第三代半導體材料、器件已實現(xiàn)了從研發(fā)到規(guī)模性量產(chǎn)的成功跨越，并進入產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展階段。“十四五”時期，將成為我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵窗口期，對我國能否建立長期戰(zhàn)略優(yōu)勢至關重要。

 

8月24日，工信部在官網(wǎng)表示，下一步將以重大關鍵技術突破和創(chuàng)新應用需求為主攻方向，進一步強化產(chǎn)業(yè)政策引導，將碳基材料納入“十四五”原材料工業(yè)相關發(fā)展規(guī)劃，并將碳化硅復合材料、碳基復合材料等納入“十四五”產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新相關發(fā)展規(guī)劃，以全面突破關鍵核心技術，攻克“卡脖子”品種，提高碳基新材料等產(chǎn)品質(zhì)量，推進產(chǎn)業(yè)基礎高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化。

 

此消息一出，進而引發(fā)市場對于以碳基材料等第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的廣泛關注。

 

新華財經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近年來，隨著5G、新能源汽車、光伏等行業(yè)快速發(fā)展，我國半導體行業(yè)發(fā)展迎來重要節(jié)點。業(yè)內(nèi)人士預測，“新基建”將為第三代半導體材料帶來的新機遇，5G基建、新能源汽車充電樁、特高壓及軌道交通四大關鍵領域，將會給第三代半導體帶來更大的市場空間。但與此同時，第三代半導體面臨的成本高、技術人才匱乏等問題也將帶來一定風險。

 

 

“兩年時間，我們也從一個5個人的小公司，成長為擁有國內(nèi)外4家控股子公司的企業(yè)。”瀚薪科技負責人徐菲說。

 

在上海自貿(mào)區(qū)臨港新片區(qū)揭牌兩周年之際，成長于臨港新片區(qū)的集成電路企業(yè)上海瀚薪科技有限公司宣布，將新建瀚薪科技碳化硅產(chǎn)業(yè)基地，開展碳化硅器件和模塊的研制，以及碳化硅系列產(chǎn)品的檢測和生產(chǎn)。

 

記者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在臨港新片區(qū)“東方芯港”，第三代半導體產(chǎn)業(yè)生態(tài)正在逐步形成。“在這里我們能找到材料供應商，也能找到下游企業(yè)，不但能讓我們發(fā)揮專業(yè)特長，還能節(jié)省資源、提高效率。”徐菲說。

 

第三代半導體材料是指以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導體材料，與前兩代半導體材料相比，第三代半導體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優(yōu)勢，第三代半導體材料制備的半導體器件可適用于高電壓、高頻率場景，此外，還能以較少的電能消耗，獲得更高的運行能力。

 

第一代半導體材料以硅和鍺等元素半導體為代表，其典型應用是集成電路，主要應用于低壓、低頻、低功率的晶體管和探測器中。第二代半導體材料是以砷化鎵為代表。由于第二代半導體材料的禁帶寬度不夠大，擊穿電場較低，限制了其在高溫、高頻和高功率器件領域的應用。

 

目前，從第三代半導體材料競爭看，市場格局日益明顯。在全球市場，以美國的Cree和II-VI公司為主，在國內(nèi)市場，則主要有山東天岳，天科合達、河北同光等企業(yè)布局這一賽道。

 

以山東天岳為例，這家企業(yè)成立于2010年，主要從事碳化硅襯底的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。目前，公司主要產(chǎn)品覆蓋半絕緣型（4英寸為主）和導電型（6英寸為主）碳化硅襯底，已供應至國內(nèi)碳化硅半導體行業(yè)的下游核心客戶，同時已被部分國外頂尖的半導體公司使用。

 

第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長于坤山判斷說，“經(jīng)過多年的培育與發(fā)展，近年來，我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)已開始由‘導入期’向‘成長期’過渡。”他認為，隨著第三代半導體產(chǎn)業(yè)自主可控能力的不斷增強、整體競爭實力的不斷提升以及產(chǎn)品體系的日益完善，第三代半導體產(chǎn)業(yè)已迎來高質(zhì)量發(fā)展的風口。

 

8月18日，2021年臨港新片區(qū)第三季度建設項目集中開工儀式舉行。集中開工24個項目，其中包括天岳半導體產(chǎn)業(yè)基地。未來，天岳半導體將成為瀚薪科技的上游供應商。

 

 

在前不久國務院新聞辦公室舉行的新聞發(fā)布會上，國家發(fā)改委相關負責人表示，在新型基礎設施方面，今年將出臺“十四五”新型基礎設施建設規(guī)劃，大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟，拓展5G應用，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等建設。在能源互聯(lián)網(wǎng)、5G基站、新能源汽車及充電樁、大數(shù)據(jù)中心等場景，第三代半導體將有著廣闊的應用空間。

 

“5G基站開始大規(guī)模建設以及快充市場的爆發(fā)，對第三代半導體的需求呈現(xiàn)出前所未有的增長趨勢。”于坤山認為，除5G外，新能源汽車也正成為第三代半導體市場的主要拉動力。

 

工信部副部長劉烈宏此前曾表示，目前我國5G終端連接數(shù)超過了3.1億，占全球比例超過了80%；5G基站81.9萬個，占全球的70%以上，覆蓋了全國所有地級以上城市；5G在工業(yè)領域和經(jīng)濟社會各領域的應用示范項目已經(jīng)超過了1萬個。

 

目前，碳化硅功率器件已被國際知名車企應用在其電動汽車上。電動驅(qū)動系統(tǒng)中，主逆變器負責控制電動機，是汽車的關鍵元器件，特斯拉 Model 3 的主逆變器采用了意法半導體生產(chǎn)的 24 個碳化硅 MOSFET 功率模塊，是全球第一家將碳化硅 MOSFET 應用于商用車主逆變器的 OEM 廠商。2020 年 12 月，豐田汽車推出并公開發(fā)售“Mirai”燃料電池電動汽車，是豐田汽車首次開始使用碳化硅功率器件。

 

在新能源汽車方面，以上海為例，上海市經(jīng)信委副主任張建民說，“規(guī)劃到2025年，上海新能源汽車年產(chǎn)量超過120萬輛，新能源汽車產(chǎn)值突破3500億元，占上海汽車制造業(yè)產(chǎn)值35%以上。”

 

與此同時，上海不同區(qū)域也在積極布局以第三代半導體為代表的材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展。上海市委常委、臨港新片區(qū)黨工委書記朱芝松說，“新片區(qū)正在積極發(fā)揮集成電路產(chǎn)業(yè)集聚優(yōu)勢，加強汽車電子尤其是汽車芯片領域的技術攻關和布局，力爭成為全球汽車芯片創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)的集聚地。”

 

 

由于晶體生長速率慢、制備技術難度較大，大尺寸、高品質(zhì)碳化硅襯底生產(chǎn)成本依舊較高，碳化硅襯底較低的供應量和較高的價格一直是制約碳化硅基器件大規(guī)模應用的主要因素之一，限制了產(chǎn)品在下游行業(yè)的應用和推廣。

 

華安證券分析說，行業(yè)發(fā)展的瓶頸目前在于碳化硅襯底成本高。目前碳化硅的成本是硅的四倍到五倍， 預計未來三年至五年價格會逐漸降為硅的2倍左右，碳化硅行業(yè)的增速取決于碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈成熟的速度，且碳化硅器件產(chǎn)品參數(shù)和質(zhì)量還未經(jīng)足夠驗證。

 

山東天岳科創(chuàng)板招股書就表示，“短期內(nèi)一定程度上限制了碳化硅器件在功率器件領域的滲透率，使得碳化硅材料即使在部分相對優(yōu)勢領域的大規(guī)模應用仍存較大挑戰(zhàn)。”

 

東興證券研報稱，碳化硅行業(yè)仍處于成長期，從企業(yè)和競爭格局的角度看，技術問題尚未完全解決，先行者和傳統(tǒng)龍頭依靠著先發(fā)優(yōu)勢和工藝的成熟度構(gòu)筑了明顯的壁壘。“在新能源車等新增下游需求的帶動下，碳化硅材料及相關器件需求有望迎來爆發(fā)式增長。”

 

此外，這一行業(yè)還面臨高端技術和人才的缺乏等難題。

 

業(yè)內(nèi)人士判斷，未來碳化硅器件的價格有望持續(xù)下降，其行業(yè)應用將快速發(fā)展。目前，行業(yè)企業(yè)正通過多種措施降低碳化硅器件成本。在襯底方面，通過增大碳化硅襯底尺寸、升級制備技術、擴大襯底產(chǎn)能等，共同推動碳化硅襯底成本的降低；在制造方面，隨著市場的開啟，各大器件供應商擴產(chǎn)制造，隨著規(guī)模擴大和制造技術不斷成熟，也帶來制造成本的降低；在市場方面，主要的產(chǎn)品供應商與大客戶通過簽訂長期合作合同對市場進行鎖定，供需雙方共同推進市場滲透并形成良性循環(huán)。

 

賽迪顧問預測，到2025年，氮化鎵在射頻器件領域占比有望超過50%，市場規(guī)模有望沖破30億美元。碳化硅方面，在2025年有望達到30億美元，汽車市場將成為碳化硅市場規(guī)模增長的重要驅(qū)動力。

 

另據(jù) Yole 報告，從全球市場來看，2019 年碳化硅功率器件的市場規(guī)模為 5.41 億美元，受益于電動汽車、充電樁、光伏新能源等市場需求驅(qū)動，預計 2025 年將增長至 25.62 億美元，復合年增長率約 30%。碳化硅襯底的需求有望因此獲益并取得快速增長。

 

 

碳化硅被稱為第三代半導體核心材料，碳化硅材料主要以在導電型碳化硅襯底上外延生長碳化硅外延層，應用在各類功率器件上，近年來隨著技術工藝的成熟、制備成本的下降，在新能源領域的應用持續(xù)滲透。碳化硅材料將是未來新能源、5G通信領域中碳化硅、氮化鎵器件的重要基礎。

 

當前，我國正處于加快產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型期，同時面臨著美國強勢的科技封鎖。而碳化硅、碳基復合材料是當今世界科技界的新興領域，尚處于行業(yè)起步階段，國內(nèi)外發(fā)展差距較小，有望成為我國科技產(chǎn)業(yè)彎道超車的重要賽道，因此受到國家高度重視。其實，近年來國家高度重視顛覆性技術發(fā)展，十四五規(guī)劃草案及國家多次會議、文件提及碳化硅等產(chǎn)業(yè)。

 

隨著新基建、“碳達峰、碳中和”的政策與規(guī)劃密集推出，第三代半導體材料和器件應用于清潔能源領域如光伏、風電等，以及提升能源使用效率領域如直流特高壓輸電、新能源汽車、軌道交通等，將對實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”起到至關重要的作用。

 

據(jù)CASA Research不完全統(tǒng)計，截至2020年底，國內(nèi)有超過170家從事第三代半導體電力電子和微波射頻的企業(yè)，而2018年尚不足100家，覆蓋了從上游材料的制備（襯底、外延）、中游器件設計、制造、封測到下游的應用，基本形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)。

 

與國際企業(yè)相比，我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍然較小，企業(yè)優(yōu)勢不明顯。國內(nèi)同類企業(yè)之間在技術、產(chǎn)品、市場等方面的差距在加大，但仍未出現(xiàn)具有絕對優(yōu)勢的龍頭企業(yè)，競爭格局仍未成型。

 

為此，全行業(yè)要進一步加強協(xié)作，統(tǒng)籌推進補齊短板和鍛造長板，針對產(chǎn)業(yè)薄弱環(huán)節(jié)，實施好關鍵核心技術攻關工程，盡快解決一批‘卡脖子’問題，強化我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)鏈自主可控能力。

 

東興證券表示，碳基材料的意義不僅在于其本身的優(yōu)異性能，其更是會對產(chǎn)業(yè)帶來全方位的帶動，第三代半導體器件主要的應用領域如新能源車、光伏和高鐵等，未來的主戰(zhàn)場都集中在中國，國內(nèi)企業(yè)也與部分車企和家電企業(yè)等進行了配套和產(chǎn)業(yè)合作，國產(chǎn)器件逐漸導入終端產(chǎn)品供應鏈，為國內(nèi)企業(yè)帶來更多試用、改進的機會。碳化硅有望引領中國半導體進入“黃金時代”。（綜合整理自：新華財經(jīng)、半導體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)等）