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

 

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

 

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

 

新華財(cái)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(dǎo)體行業(yè)發(fā)展迎來重要節(jié)點(diǎn)。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，“新基建”將為第三代半導(dǎo)體材料帶來的新機(jī)遇，5G基建、新能源汽車充電樁、特高壓及軌道交通四大關(guān)鍵領(lǐng)域，將會(huì)給第三代半導(dǎo)體帶來更大的市場空間。但與此同時(shí)，第三代半導(dǎo)體面臨的成本高、技術(shù)人才匱乏等問題也將帶來一定風(fēng)險(xiǎn)。

 

 

“兩年時(shí)間，我們也從一個(gè)5個(gè)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(fù)責(zé)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(dǎo)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(yīng)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(dǎo)體材料是指以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，與前兩代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢，第三代半導(dǎo)體材料制備的半導(dǎo)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(yùn)行能力。

 

第一代半導(dǎo)體材料以硅和鍺等元素半導(dǎo)體為代表，其典型應(yīng)用是集成電路，主要應(yīng)用于低壓、低頻、低功率的晶體管和探測器中。第二代半導(dǎo)體材料是以砷化鎵為代表。由于第二代半導(dǎo)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(lǐng)域的應(yīng)用。

 

目前，從第三代半導(dǎo)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(dá)、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(dǎo)電型（6英寸為主）碳化硅襯底，已供應(yīng)至國內(nèi)碳化硅半導(dǎo)體行業(yè)的下游核心客戶，同時(shí)已被部分國外頂尖的半導(dǎo)體公司使用。

 

第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已開始由‘導(dǎo)入期’向‘成長期’過渡。”他認(rèn)為，隨著第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主可控能力的不斷增強(qiáng)、整體競爭實(shí)力的不斷提升以及產(chǎn)品體系的日益完善，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已迎來高質(zhì)量發(fā)展的風(fēng)口。

 

8月18日，2021年臨港新片區(qū)第三季度建設(shè)項(xiàng)目集中開工儀式舉行。集中開工24個(gè)項(xiàng)目，其中包括天岳半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地。未來，天岳半導(dǎo)體將成為瀚薪科技的上游供應(yīng)商。

 

 

在前不久國務(wù)院新聞辦公室舉行的新聞發(fā)布會(huì)上，國家發(fā)改委相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，在新型基礎(chǔ)設(shè)施方面，今年將出臺(tái)“十四五”新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃，大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，拓展5G應(yīng)用，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等建設(shè)。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(dǎo)體將有著廣闊的應(yīng)用空間。

 

“5G基站開始大規(guī)模建設(shè)以及快充市場的爆發(fā)，對第三代半導(dǎo)體的需求呈現(xiàn)出前所未有的增長趨勢。”于坤山認(rèn)為，除5G外，新能源汽車也正成為第三代半導(dǎo)體市場的主要拉動(dòng)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(gè)，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(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域的應(yīng)用示范項(xiàng)目已經(jīng)超過了1萬個(gè)。

 

目前，碳化硅功率器件已被國際知名車企應(yīng)用在其電動(dòng)汽車上。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，主逆變器負(fù)責(zé)控制電動(dòng)機(jī)，是汽車的關(guān)鍵元器件，特斯拉 Model 3 的主逆變器采用了意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的 24 個(gè)碳化硅 MOSFET 功率模塊，是全球第一家將碳化硅 MOSFET 應(yīng)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(dòng)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(shí)，上海不同區(qū)域也在積極布局以第三代半導(dǎo)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(qiáng)汽車電子尤其是汽車芯片領(lǐng)域的技術(shù)攻關(guān)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(shù)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(yīng)量和較高的價(jià)格一直是制約碳化硅基器件大規(guī)模應(yīng)用的主要因素之一，限制了產(chǎn)品在下游行業(yè)的應(yīng)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(yù)計(jì)未來三年至五年價(jià)格會(huì)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(yàn)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(lǐng)域的滲透率，使得碳化硅材料即使在部分相對優(yōu)勢領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用仍存較大挑戰(zhàn)。”

 

東興證券研報(bào)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(shù)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(dòng)下，碳化硅材料及相關(guān)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(shù)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(jià)格有望持續(xù)下降，其行業(yè)應(yīng)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(shù)、擴(kuò)大襯底產(chǎn)能等，共同推動(dòng)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(yīng)商擴(kuò)產(chǎn)制造，隨著規(guī)模擴(kuò)大和制造技術(shù)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(yīng)商與大客戶通過簽訂長期合作合同對市場進(jìn)行鎖定，供需雙方共同推進(jìn)市場滲透并形成良性循環(huán)。

 

賽迪顧問預(yù)測，到2025年，氮化鎵在射頻器件領(lǐng)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(dá)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(dòng)力。

 

另據(jù) Yole 報(bào)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(dòng)汽車、充電樁、光伏新能源等市場需求驅(qū)動(dòng)，預(yù)計(jì) 2025 年將增長至 25.62 億美元，復(fù)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(dǎo)體核心材料，碳化硅材料主要以在導(dǎo)電型碳化硅襯底上外延生長碳化硅外延層，應(yīng)用在各類功率器件上，近年來隨著技術(shù)工藝的成熟、制備成本的下降，在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)滲透。碳化硅材料將是未來新能源、5G通信領(lǐng)域中碳化硅、氮化鎵器件的重要基礎(chǔ)。

 

當(dāng)前，我國正處于加快產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型期，同時(shí)面臨著美國強(qiáng)勢的科技封鎖。而碳化硅、碳基復(fù)合材料是當(dāng)今世界科技界的新興領(lǐng)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(shí)，近年來國家高度重視顛覆性技術(shù)發(fā)展，十四五規(guī)劃草案及國家多次會(huì)議、文件提及碳化硅等產(chǎn)業(yè)。

 

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

 

據(jù)CASA Research不完全統(tǒng)計(jì)，截至2020年底，國內(nèi)有超過170家從事第三代半導(dǎo)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(shè)計(jì)、制造、封測到下游的應(yīng)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(dǎo)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(shù)、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(jìn)一步加強(qiáng)協(xié)作，統(tǒng)籌推進(jìn)補(bǔ)齊短板和鍛造長板，針對產(chǎn)業(yè)薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)施好關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)工程，盡快解決一批‘卡脖子’問題，強(qiáng)化我國第三代半導(dǎo)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(huì)對產(chǎn)業(yè)帶來全方位的帶動(dòng)，第三代半導(dǎo)體器件主要的應(yīng)用領(lǐng)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(jìn)行了配套和產(chǎn)業(yè)合作，國產(chǎn)器件逐漸導(dǎo)入終端產(chǎn)品供應(yīng)鏈，為國內(nèi)企業(yè)帶來更多試用、改進(jìn)的機(jī)會(huì)。碳化硅有望引領(lǐng)中國半導(dǎo)體進(jìn)入“黃金時(shí)代”。（綜合整理自：新華財(cái)經(jīng)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)等）