作者/朱公子
第三代半导体
我估摸着只要是炒股或者是关注二级市场的朋友们，这几天一定都没少听这词儿，如果不是大盘这几天实在是太惨了，估计炒作行情会比现在强势的多得多。
那到底这所谓的第三代半导体，到底是个什么玩意？值不值得炒？未来的逻辑在哪儿？
接下来，只要您能耐着性子好好看，我保证给它写的人人都能整明白，这可比你天天盯着大盘有意思的多了！
一、为什么称之为第三代半导体？
1、重点词
客官们就记住一个关键词—— 材料 ，这就是前后三代半导体之间最大的区别。
2、每一代材料的简述
①第一代半导体材料： 主要是指硅（Si）、锗元素（Ge）半导体材料。
兴起时间： 二十世纪五十年代。
代表材料： 硅（Si）、锗（Ge）元素半导体材料。
应用领域： 集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业。
历史 意义： 第一代半导体材料引发了以集成电路（IC）为核心的微电子领域迅速发展。
对于第一代半导体材料，简单理解就是：最早用的是锗，后来又从锗变成了硅，并且几乎完全取代。
原因在于： ①硅的产量相对较多，具备成本优势。②技术开发更加完善。
但是，到了40纳米以下，锗的应用又出现了，因为锗硅通道可以让电子流速更快。现在用的锗硅在特殊的通道材料里会用到，将来会涉及到碳的应用，下文会详细讲解。
②第二代半导体材料： 以砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）为代表，是4G时代的大部分通信设备的材料。
兴起时间： 20世纪九十年代以来,随着移动通信的飞速发展、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起,以砷化镓、锑化铟为代表的第二代半导体材料开始崭露头角。
代表材料： 如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）；三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP；还有一些固溶体半导体，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半导体（又称非晶态半导体），如非晶硅、玻璃态氧化物半导体；有机半导体，如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。
应用领域： 主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。
因信息高速公路和互联网的兴起，还被广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信和 GPS 导航等领域。
性能升级： 以砷化镓为例，相比于第一代半导体，砷化镓具有高频、抗辐射、耐高温的特性。
总结： 第二代是使用复合物的。也就是复合半导体材料，我们生活中常用的是砷化镓、磷化铟这一类材料，可以用在功放领域，早期它们的速度比较快。
但是因为砷含剧毒！所以现在很多地方都禁止使用，砷化镓的应用还只是局限在高速的功放功率领域。而磷化铟则可以用来做发光器件，比如说LED里面都可以用到。
③第三代半导体材料： 以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）、金刚石为四大代表，是5G时代的主要材料。
起源时间： M国早在1993年就已经研制出第一支氮化镓的材料和器件。而我国最早的研究队伍——中国科学院半导体研究所，在1995年也起步了该方面的研究。
重点： 市场上从半年前炒氮化镓的充电器时，市场的反应一直不够强烈，那是因为当时第三代半导体还没有被列入国家“十四五”这个层级的战略部署上，所以单凭氮化镓这一个概念，是不足以支撑整个市场逻辑的！
发展现状： 在5G通信、新能源 汽车 、光伏逆变器等应用需求的明确牵引下，目前，应用领域的头部企业已开始使用第三代半导体技术，也进一步提振了行业信心和坚定对第三代半导体技术路线的投资。
性能升级： 专业名词咱们就不赘述了，通俗的说，到了第三代半导体材料这儿，更好的化合物出现了，性能优势就在于耐高压、耐高温、大功率、抗辐射、导电性能更强、工作速度更快、工作损耗更低。
有一点我觉得需要单独提一下：碳化硅与氮化镓相比较，碳化硅的发展更早一些，技术成熟度也更高一些；两者有一个很大的区别是热导率：在高功率应用中，碳化硅占据统治地位；氮化镓具有更高的电子迁移率，因而能够比碳化硅具有更高的开关速度，所以在高频率应用领域，氮化镓具备优势。
第三代半导体的应用
咱们重点说一说碳化硅 。碳化硅在民用领域应用非常广泛：其中电动 汽车 、消费电子、新能源、轨道交通等领域的直流、交流输变电、温度检测控制等。
咱先举两个典型的例子：
1.2015年，丰田 汽车 运用碳化硅MOSFET的凯美瑞试验车，逆变器开关损耗降低30%。
2.2016年，三菱电机在逆变器上用到了碳化硅，开发出了全世界最小马达。
而其他军用领域上，碳化硅更是广泛用于喷气发动机、坦克发动机、舰艇发动机、风洞、航天器外壳的温度、压力测试等。
为什么我说要重点说说碳化硅呢？因为半导体产业的基石正是 芯片 ，而碳化硅，正因为它优越的物理性能，一定是将来 最被广泛使用在制作半导体芯片上的基础材料 ！
①优越的物理性能：高禁带宽度（对应高击穿电场和高功率密度）、高电导率、高热导率。而且，碳化硅MOSFET将与硅基IGBT长期共存，他们更适合应用在高功率和高频高速领域。
②这里穿插了一个陌生词汇：“禁带宽度”，这到底是神马东西？
这玩意如果解释起来，又得引申出如“能带”、“导带”等一系列的概念，如果不是真的喜欢，我觉得大家也没必要非去研究这些，单说在第三代半导体行业板块中，能知道这一个词，您已经跑赢90%以上的小散了。
客观们就主要记住一个知识点吧： 对于第三代半导体材料，越高的禁带宽度越有优势 。
③主要形式：“衬底”。半导体芯片又分为：集成电路和分立器件。但不论是集成电路还是分立器件，其基本结构都可划分为“衬底 -外延-器件”结构，而碳化硅在半导体中存在的主要形式是作为衬底材料。
④生产工艺流程：
原料合成——晶体生长——晶锭加工——晶体切割——晶片研磨——晶片抛光——晶片检测——晶片清洗
总结：晶片尺寸越大，对应晶体的生长与加工技术难度越大，而下游器件的制造效率越高、单位成本越低。目前国际碳化硅晶片厂商主要提供4英寸至6英寸碳化硅晶片，CREE、II-VI等国际龙头企业已开始投资建设8英寸碳化硅晶片生产线。
⑤应用方向：科普完知识、讲完生产制造，最终还是要看这玩意儿怎么用，俩个关键词：功率器件、射频器件。
功率器件： 最重要的下游应用就是—— 新能源 汽车 ！
现有技术方案：每辆新能源 汽车 使用的功率器件价值约700美元到1000美元。随着新能源 汽车 的发展，对功率器件需求量日益增加，成为功率半导体器件新的增长点。
新能源 汽车 系统架构中，涉及到功率器件包括——电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载DC/DC）和非车载充电桩。碳化硅功率器件应用于电机驱动系统中的主逆变器。
另外还应用领域也包括——光伏发电、轨道交通、智能电网、风力发电、工业电源及航空航天等领域。
射频器件： 最重要的下游应用就是—— 5G基站 ！
微波射频器件，主要包括——射频开关、LNA、功率放大器、滤波器。5G基站则是射频器件的主要应用方向。
未来规模：5G时代的到来，将为射频器件带来新的增长动力！2025年全球射频器件市场将超过250亿美元。目前我国在5G建设全球领先，这也是对岸金毛现在狗急跳墙的原因。
我国未来计划建设360万台-492万台5G宏基站，而这个规模是4G宏基站的1.1-1.5倍。当前我国已经建设的5G宏基站约为40万台，未来仍有非常大的成长空间。
半导体行业的核心
我相信很多客官一定有这样的疑问： 芯片、半导体、集成电路 ，有什么区别？
1.半导体：
从材料方面说 ，教科书上是这么描述的：Semiconductor，是常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的一类材料；
按功能结构区分， 半导体行业可分为：集成电路（核心）、分立器件、光电器件及传感器四大类。
2.集成电路（IC， integrated circuit）：
最经典的定义就是：将晶体管、二极管等等有源元件、电阻器、电容器等无源元件，按照一定的电路互联，“集成”在一块半导体单晶片上，从而完成特定的电路或者系统功能。
3.芯片：
半导体元件产品的统称 ，是指内含集成电路的硅片，是集成电路的载体，由晶圆分割而成。硅片是一块很小的硅，内含集成电路，它是计算机或者其他电子设备的一部分。
为什么说集成电路，是半导体行业的核心？ 那是因为集成电路的销售比重，基本保持在半导体销售额的80%。
比如，2018年全球4700亿美元的半导体销售额中，集成电路共计3900亿美元，占比达84%。
第三代半导体的未来方向
中国半导体业进入IDM模式是大势所趋，其长久可持续性我非常认可。但是讲到IDM，又有一堆非常容易混淆的概念，篇幅实在是太长了，咱们就不再拆分来讲了，你只要知道IDM最牛逼就完事了！
IDM： 直译：Integrated Design and Manufacture， 垂直整合制造 。
1.IDM企业： IDM商业模式，就是国际整合元件制造商模式。其厂商的经营范围涵盖了IC设计、IC制造、封装测试等各个环节，甚至也会延伸到下游电子终端。典型厂商：Intel、三星、TI（德州仪器）、东芝、ST（意法半导体）等。
2.IDM模式优势：
（1）IDM模式的企业，内部有资源整合优势，从IC设计到IC制造所需的时间较短。
（2）IDM企业利润比较高。根据“微笑曲线”原理，最前端的产品设计、开发与最末端的品牌、营销具有最高的利润率，中间的制造、封装测试环节利润率较低。
（3）IDM企业具有技术优势。大多数的IDM企业都有自己的IP（知识产权），技术开发能力比较强，具有技术领先优势。
3.IDM重要性
IDM的重要性是不需要用逻辑去判断的，全球集成电路市场的60%由IDM企业所掌握。比如三星电子、恩智浦、英飞凌、NXP等。
4.中国为什么要发展IDM模式？
IDM模式的优势： 产业链内部直接整合、具备规模效应、有效缩短新产品上市时间、并将利润点留在企业内部。
市场的自然选择： 此外，中国已成为全球最大的集成电路消费市场，并具有丰富的劳动力资源，对于发展自有品牌的IDM具有市场优势和成本优势。
现在，无论是被M国的封锁倒逼出来，还是我们自主的选择，我们都必须开拓出一条中国IDM发展之路！
现状： 目前国内现有的所谓IDM，其制造工艺水平和设计能力相当低，比较集中在功率半导体，产品应用面较窄，规模做不大。我知道，这些事实说出来挺让人沮丧的，但这就是事实。
但正因为我们目前处在相对落后的阶段，才更加需要埋头苦干、咬牙追赶，然后一举拿下！
本来写这篇文章的时候不想说股的，但还是提几只吧，也算是给咱们国家的半导体事业做一点点微小的贡献。
射频类相关优质标的：卓胜微、中天 科技 、和而泰、麦捷 科技 ；
IDM相关优质标的：中环股份、上海贝岭、长电 科技 。
半导体技术主要是以半导体为材料，制作成组件及集成电路的技术，它非常重要的发展趋势就是降低成本和能量的消耗，这就要求晶体管微小化，使集成度变高。根据尺度可以，分为两个阶段微电子阶段和纳米电子阶段，刚开始IC都叫微电子技术，因为晶体管的大小是在微米（10-6米）等级；但是根据摩尔定律尺寸一直在减小（大约在 15 年前，半导体开始进入次微米，即小于微米的时代，尔后更有深次微米，比微米小很多的时代。到了 2001 年，晶体管尺寸甚至已经小于 0.1 微米，也就是小于 100 奈米。）现在尺寸达到纳米级别（由于量子尺寸效应，表现出很多特殊性质。）
只是个人观点，请批判接受！
半导体行业的产业链主要是由芯片设计 、 代工制造 、 封装测试三部分 ， 以及产业链外部的材料 ， 设备供应商组成 。
半导体细分领域
【设计工具】
EDA软件
半导体设计： 民德电子、欧比特（IC设计）、寒武纪（SOC芯片设计）、格科微、华微电子、力合微（芯片设计原厂）
【芯片设计】
集成电路包括存储芯片（NANDFlash、NORFlash、DRAM）、CPU、GPU、MCU、FPGA、DSP、触控与指纹识别芯片、射频前端芯片、模拟芯片。
存储芯片： 兆易创新、北京君正、国科微、聚辰股份（NORFlash）
CPU（中央处理器）： 、中科曙光、长电 科技
GPU（图形处理器）： 景嘉微
MCU（微控制器）： 兆易创新、富满微、芯海 科技 、*ST大唐、力合微
FPGA（半定制电路芯片）： 紫光国微、复旦微电、安路 科技
DSP（数字信号处理器）： 国睿 科技 、四创电子、力合微
触控与指纹识别芯片： 汇顶 科技 、兆易创新
射频前端芯片： 卓胜微、三安光电、富满微、立昂微（6英寸砷化镓微波射频芯片）、艾为电子
模拟芯片： 圣邦股份、韦尔股份、汇顶 科技 、北京君正、芯海 科技 （模拟信号链）、亚光 科技 （孙公司华光瑞芯是模拟芯片研发生产商）、艾为电子
数字芯片： 晶晨股份、乐鑫 科技 、瑞芯微、全志 科技
功率芯片： 斯达半导、捷捷微电、晶丰明源
WiFi芯片： 华胜天成、博通集成
2.光电器件
LED： 三安光电（砷化镓、氮化镓、碳化硅、磷化铟、氮化铝、蓝宝石等半导体新材料所涉及的外延片、芯片）、洲明 科技 、华灿光电（LED外延片及全色系LED芯片）、聚灿光电（GaN基高亮度LED外延片、芯片）、乾照光电（全色系LED外延片和芯片）、利亚德
Miniled： 京东方A、TCL
3.分立器件包含IGBT、MOSFET、功率二极管、晶闸管、晶振、电容电阻
IGBT： 斯达半导、时代电气、台基股份、士兰微、扬杰 科技 、紫光国微、华微电子、新洁能
MOSFET： 华润微、士兰微、富满微、立昂微、扬杰 科技 、银河微电、捷捷微电、苏州固锝、新洁能
功率二极管： 扬杰 科技 、台基股份（整流管）、士兰微（快恢复二极管FRD、瞬态抑制二极管TVS、发光二极管）、银河微电、华微电子、苏州固锝
晶闸管： 捷捷微电、台基股份、捷捷微电、派瑞股份（高压直流阀用晶闸）
晶振： 泰晶 科技
电容电阻： 风华高科
4.传感器
敏芯股份（MEMS传感器）、华润微（智能传感器）、士兰微（MEMS传感器）、光莆股份（半导体光电传感器）
【代工制造】
晶圆加工： 中芯国际
开放式晶圆制造： 华润微
MEMS晶圆制造： 赛微电子
【封装测试】
长电 科技 、通富微电、华天 科技 、晶方 科技 、康强电子、华润微、大港股份、气派 科技 、华微电子、兴森 科技 （半导体测试板）、苏州固锝
【晶圆制作材料】
硅片： 沪硅产业、中环股份、立昂微（半导体硅片）、神工股份（单晶硅材料）、中晶 科技
光刻胶： 南大光电、容大感光、飞凯材料、晶瑞股份、雅克 科技 、安泰 科技
特种气体： 华特气体、雅克 科技
湿电子化学品： 江化微
靶材： 江丰电子、隆华 科技 、有研新材、阿石创（溅射靶材）、江丰电子（高纯溅射靶材）
CMP抛光材料： 安集 科技 、鼎龙股份
高纯试剂： 上海新阳、晶瑞股份、
【第三代半导体】
氮化镓GaN ：富满电子、奥海 科技 （氮化镓充电器）、聚灿光电（GaN基高亮度LED外延片、芯片）、闻泰 科技 、赛微电子[6-8英寸硅基氮化镓（GaN-on-Si）、碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）]、海能实业（快充氮化镓产品）、兆驰股份[兆驰半导体生产蓝绿光（GaN）与红黄光（GaAs）外延及芯片]、亚光 科技
碳化硅Sic： 露笑 科技 （碳化硅衬底片、外延片）、楚江新材、闻泰 科技 、天富能源（Sic衬底环节，参股天科合达）、三安光电（砷化物、氮化物、磷化物及碳化硅等化合物半导体新材料所涉及的外延片、芯片）、时代电气、捷捷微电、温州宏丰(碳化硅单晶研发)、紫光国微、晶盛机电（碳化硅长晶设备）、甘化科工（参股苏州锴威特半导体）、东尼电子、易事特
【设备】
光刻机：
刻蚀机： 中微公司（等离子体刻蚀设备、CPP，ICP）、芯源微（湿法刻蚀机）、北方华创
离子注入设备： 万业企业
炉管设备： 北方华创、晶盛机电
清洗设备： 北方华创、至纯 科技 （半导体湿法清洗设备研发）、芯源微
检测设备： 精测电子、华峰测控、长川 科技
物理气相沉积设备PVD： 北方华创、华亚智能（半导体设备领域结构件）
化学气相沉积设备CVD： 北方华创、晶盛机电、华亚智能（半导体设备领域结构件）
涂胶/显影机： 芯源微
喷胶机： 芯源微
原子层沉积设备ALD： 北方华创
MOCVD设备： 中微公司
半导体微组装设备： 易天股份
【其他】
华为海思半导体供应商： 铭普光磁
掩膜版： 清溢光电
PVD镀膜材料： 阿石创
镀膜设备： 立霸股份（参股拓荆 科技 ）
印刷电路板PCB： 澳弘电子、协和电子、华正新材[覆铜板（CCL）]、兴森 科技 、金安国纪、迅捷兴、本川智能、胜宏 科技 、四会富仕、超声电子、奥士康、沪电股份、明阳电路、广东骏亚
单晶拉制炉热场系统： 金博股份
工业视觉装备： 天准 科技
石英晶体： 惠伦晶体、东晶电子
电容器： 江海股份、艾华集团、铜峰电子
FPC线路板： 风华高科、*ST丹邦
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