自從我國決定重點推進(jìn)第三代半導(dǎo)體研制進(jìn)程以來，市場上對第三代半導(dǎo)體的炒作熱情持續(xù)高漲，很多人只知“隨大溜”，卻不知道第三代半導(dǎo)體是為何物。實際上，半導(dǎo)體中的“代際”劃分，是以半導(dǎo)體襯底材料的變化為準(zhǔn)的，并非指某一代更優(yōu)。
SIC是第三代半導(dǎo)體主要材料
目前第三代半導(dǎo)體雖然有四類，但是主要以SiC、GaN兩種材料為主，其余還有寬禁帶氧化物（典型代表ZnO）和金剛石。
SIC是全球目前最先進(jìn)的第三代半導(dǎo)體材料，也是衛(wèi)星通訊、高壓輸變電、軌道交通、電力汽車、通訊基站等重要領(lǐng)域的核心材料，被認(rèn)為是5G通信晶片中最理想的襯底。
以碳化硅為襯底制成的功率器件相比硅基功率器件具有更優(yōu)越的電氣性能，高耐壓、大功率特性，使其可用于制造MOSFET、IGBT、SBD等器件，廣泛用于新能源車、智能電網(wǎng)等行業(yè)。
值得注意的是，SiC的下游應(yīng)用偏向1000V以上的中高電壓范圍。根據(jù)電阻率的差異，SiC襯底可分為導(dǎo)電型和半絕緣型。在導(dǎo)電型SiC襯底上生長SiC外延層制得SiC外延片。下游主要應(yīng)用于制造耐高溫、耐高壓的功率器件，諸如新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域，市場規(guī)模較大。
在半絕緣型SiC襯底上生長GaN外延層制得GaN-on-SiC（碳化硅基氮化鎵）外延片，可進(jìn)一步制成微波射頻器件，應(yīng)用于5G通訊、雷達(dá)等領(lǐng)域，隨著5G通訊網(wǎng)絡(luò)的加速建設(shè)，市場需求提升較為明顯。
目前來看，SiC晶片市場主要由美、歐、日主導(dǎo)，我國企業(yè)是典型的“后浪”。2020上半年全球半導(dǎo)體SiC晶片市場中，美國CREE出貨量占據(jù)全球45%；羅姆子公司SiCrystal占據(jù)20%，II-VI占13%；國內(nèi)企業(yè)發(fā)展較快，天科合達(dá)的市占率由2019年的3%上升至2020年的5.3%，山東天岳占比為2.6%。
GaN為SIC“查漏補(bǔ)缺”
SIC雖好，但是不可能滿占第三代半導(dǎo)體市場，現(xiàn)階段另一個第三代半導(dǎo)體主要材料是GaN。該材料具有高臨界磁場、高電子飽和速度與極高的電子遷移率的特點，是超高頻器件的極佳選擇，適用于5G通信、微波射頻等領(lǐng)域的應(yīng)用。
相較于Si、SiC，在中高頻驅(qū)動逆發(fā)器的快速切換的場景中，如果采用傳統(tǒng)的MOSFET和IGBT，會產(chǎn)生不可接受的損耗，而GaN晶體管的源極、柵極、漏極均在同一個平面，能夠克服這樣的損耗。
受技術(shù)與工藝水平限制，GaN材料作為襯底實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)，目前主要是以藍(lán)寶石、硅晶片或碳化硅晶片為襯底，通過外延生長GaN以制造GaN器件。藍(lán)寶石襯底一般用于制造藍(lán)光LED，通常采用MOCVD法外延生長GaN；SiC襯底一般用于射頻器件；Si則用于功率器件居多。
GaN的下游應(yīng)用與襯底材料相對應(yīng)，主要應(yīng)用于低壓高頻領(lǐng)域。2000年起以藍(lán)寶石為襯底，2014年出現(xiàn)藍(lán)光LED，主要用于LED領(lǐng)域；射頻領(lǐng)域中，以SiC為襯底材料；功率器件中，由于成本敏感，且注重實用和美觀，主要以Si襯底為主，2020年快充市場發(fā)展。
在軍事領(lǐng)域中，GaN基微波功率器用于雷達(dá)、電子對抗、導(dǎo)彈和無線通信；在民用和商業(yè)領(lǐng)域，主要用于基站、衛(wèi)星通信、有線電視、手機(jī)充電器等小家電，特別是各種快速充電領(lǐng)域。
縮小代差，彎道超車
從SIC、GaN下游應(yīng)用來看，第三代半導(dǎo)體幾乎可以覆蓋我國關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用，第三代半導(dǎo)體行業(yè)目前整體處于產(chǎn)業(yè)化起步階段，相較于第一代、第二代半導(dǎo)體尚處于發(fā)展初期，國內(nèi)和國際巨頭基本處于同一起跑線。
雖然國際大廠起步早，還不斷加速在SiC領(lǐng)域的布局，持續(xù)推動碳化硅材料的市場滲透率加速，并加速搶占碳化硅晶片市場份額。而且國內(nèi)本土SiC廠家在與國外同行相比仍有一定差距，但仍有希望能夠迎頭趕上。
因為第三代半導(dǎo)體核心難點在材料制備，其他環(huán)節(jié)可實現(xiàn)國產(chǎn)化程度非常高。而且我國未來5年發(fā)展規(guī)劃中，已經(jīng)將科技創(chuàng)新從企業(yè)主導(dǎo)升級為國家主導(dǎo)，無論是政策還是資金支持有望在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升，故此研發(fā)進(jìn)度有望快速提升。
值得注意的是，第三代半導(dǎo)體對比此前兩代建廠資本支出更低。因為第三代半導(dǎo)體工藝產(chǎn)線對工藝尺寸要求不高，從而對設(shè)備要求低，所以第三代半導(dǎo)體工廠的投資額度大約只有第一代硅基半導(dǎo)體的五分之一。況且MOCVD領(lǐng)域我國有國際一線設(shè)備廠商，覽富財經(jīng)網(wǎng)曾對此領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)企業(yè)中微公司（688012）專題跟進(jìn)，另外還有北方華創(chuàng)（002371）等。
另外，結(jié)合我國對半導(dǎo)體企業(yè)各項扶持力度持續(xù)提升，國內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來5年快速發(fā)展的確定性較強(qiáng)。而且第三代半導(dǎo)體整體市場空間較為充足，相對處于藍(lán)海賽道。
據(jù)Omdia的《2020年SiC和GaN功率半導(dǎo)體報告》，到2020年底，全球SiC和GaN功率半導(dǎo)體的銷售收入預(yù)計8.54億美元。未來10年有可能保持年均兩位數(shù)的增長率，到2029年將超過50億美元。
根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，到2024年SiC功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將增長至20億美元，其中汽車市場占SiC功率半導(dǎo)體市場比重到2024年預(yù)計將達(dá)50%。
而且我國作為全球唯一擁有666個小類的完整工業(yè)體系的國家，有能力為第三代半導(dǎo)體應(yīng)用提供充足空間。這意味著我們可以根據(jù)市場定義產(chǎn)品，而不是像以前一樣跟著國際巨頭做國產(chǎn)化替代，即有希望實現(xiàn)彎道超車。
尤為重要的一點，如前所述，第三代半導(dǎo)體生產(chǎn)難點不在設(shè)備，而是邏輯電路設(shè)計。我國IC設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)涌現(xiàn)出以華為海思為代表的優(yōu)質(zhì)企業(yè)，有能力和國際頭部企業(yè)一較高下，伴隨第三代半導(dǎo)體研制進(jìn)程提速，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有望在2021年開始迎來抬頭仰望蒼穹的那一天。
