我國第三代半導體將迎來全面爆發時期

2020-12-14 生活創意2017

來源：半導體器件應用網

【大比特導讀】業內人士指出，相較於第一、二代半導體，第三代半導體材料處於發展初期。國內企業和國際巨頭基本處於同一起跑線。隨著5G、新能源汽車的快速發展，我國第三代半導體也將全面爆發。

受中美貿易摩擦影響，中國半導體材料的本土產業鏈布局加快。業內人士指出，中國擁有第三代半導體材料最大的應用市場，且產業鏈齊備，可以實現自主可控。國產化替代和產業升級雙驅動下，第三代半導體將迎來下一個產業浪潮。

眾所周知，第一代半導體材料主要是指矽(Si)、鍺(Ge)元素等單質半導體材料;第二代半導體材料主要是指砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)等材料，主要應用於高速功率放大器和LED中。而第三代半導體主要是指碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等材料。相比於第一、二代半導體，第三代半導體具有更高的禁帶寬度、高擊穿電壓、電導率和熱導率等特點。它在新能源車、光伏風電、不間斷電源、家電工控等領域有廣闊的應用前景。

另外，製備技術的進步使得碳化矽和氮化鎵器件成本不斷下降。在5G和新能源汽車等新市場需求的驅動下，第三代半導體材料有望迎來加速發展。矽基半導體的性能已無法完全滿足5G和新能源汽車的需求，碳化矽和氮化鎵等第三代半導體的優勢將被充分凸顯。

據第三代半導體產業技術創新戰略聯盟理事長吳玲透露，雙循環模式推動國產化替代，2020年中國SiC(碳化矽)、GaN(氮化鎵)電力電子和微波射頻產值預計將約為70億元。

氮化鎵(GaN)側重高頻性能，廣泛應用於基站、雷達、工業、消費電子領域，其中5G基站氮化鎵射頻器件更能有效滿足5G高功率、高通信頻段的要求。

隨著市場規模逐步擴大，5G加速推進GaN射頻應用迅猛增長，2020年中國GaN射頻器件市場規模約170億元;新能源汽車及消費電子成為突破口，2020年中國電力電子器件應用市場規模58.2億元。

其中，5G基站以及快充兩個領域複合增速較快，有望成為氮化鎵市場快速增長的主要驅動力。基於氮化鎵工藝的基站佔比將由50%增至58%，帶來大量氮化鎵的新增需求。預計到2022年，氮化鎵器件的市場規模將超過25億美元，年複合增長率為17%。

據相關統計，在智慧型手機行業中，目前已有華為、小米、OPPO、魅族、三星、努比亞、realme等多個品牌推出了氮化鎵快充產品。電商方面，目前也有17家品牌先後推出了數十款氮化鎵快充新品。已經出貨的電源廠商超過100家。

需要注意的是，氮化鎵的應用範圍不只在快充、智慧型手機等消費類電子領域，還有數據中心、柔性供電等工業領域，以及自動駕駛、車載充電機等汽車領域。如，低壓氮化鎵可應用於新一代大數據中心，以減少佔地、提高功率、降低能耗。

此外，第三代半導體另一個重要產品碳化矽，則將受益於電動汽車行業的快速成長而迎來爆發機會。

在新能源汽車領域，碳化矽器件主要可以應用於功率控制單元、逆變器、車載充電器等方面。碳化矽功率器件輕量化、高效率、耐高溫的特性有助於有效降低新能源汽車的成本。

2018年，特斯拉Model 3採用了意法半導體生產的碳化矽逆變器，是第一家在主逆變器中集成全碳化矽功率模塊的車企。以Model 3搭載的碳化矽功率器件為例，其輕量化的特性節省了電動汽車內部空間，高效率的特性有效降低了電動汽車電池成本，耐高溫的特性降低了對冷卻系統的要求，節約了冷卻成本。

此外，近期新上市的比亞迪漢EV也搭載了比亞迪自主研發並製造的高性能SiC-MOSFET控制模塊。

碳化矽市場將於2025年達到25億美元(約合人民幣164.38億元)的市場規模。

新能源汽車行業是碳化矽市場最大的驅動力。到2025年，新能源汽車與充電樁領域的碳化矽市場將達到17.78億美元(約合人民幣116.81億元)，約佔碳化矽總市場規模的七成。

另外，國務院於2015年5月印發的《中國製造2025》，也對第三代半導體做出了目標規劃。《中國製造2025》提出，到2025年，先進半導體材料實現在5G通信、高效能源管理中的國產化率達到50%;在新能源汽車、消費電子中實現規模應用，在通用照明市場滲透率達到80%以上。

吳玲建議，探索構建第三代半導體產業創新生態，摸索「平臺+孵化器+基金+基地」以及大中小企業融通發展的新模式，加強精準的國際與區域深度合作，共同努力使全鏈條進入世界先進行列。

展望中國第三代半導體產業的未來，吳玲預計，到2025年，5G通信基站所需GaN射頻器件的國產化率將達到80%;第三代半導體功率器件將在高速列車、新能源汽車、工業電機、智能電網等領域規模應用；Mini/Micro LED、深紫外等材料及晶片產業化可實現在健康醫療、公共安全、信息交互等領域的創新應用。到2030年，國內將形成1~3家世界級龍頭企業，帶動產值超過3萬億元，年節電萬億度。

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