电子发烧友网报道(文/程文智)在目前的中美贸易摩擦下,电子产业首当其冲,特别是芯片产业,据业内人士透露,现在跟美国的公司交易,周期一般都特别长,而且基本都需要提前付款和面临各种各样的审查。如果是跟华为有交易的话,还要求来自美国的技术不能超过25%。这迫使国内很多企业不得不考虑国内的供应链企业提供的产品。
在半导体行业方面,根据2018年的统计数据,美国在全球半导体市场占有的份额为48%、韩国为24%、中国除去外资企业的市场份额的话,仅占3%左右的市场份额,当然这两年这个比例可能有所提升。
即便美国已经占了如此多的市场份额,美国国防部在今年上半年,还调整了其12个重点发展的关键技术顺序,将微电子技术和5G军事技术调整到了前两位。在2019年的时候超高速、飞行器、生物技术排在前几位。
西安电子 科技 大学微电子学院副院长、宽禁带半导体国家工程研究中心马晓华在最近的一个论坛上分析称,半导体芯片的博弈是如此的激烈,主要原因是 一个技术密集型的企业,不管从材料、制造以及装备,甚至包括它的管理和运营都是非常专业的一个体系,基本上涵盖了所有技术,走在最先进的前沿。
根据整个集成电路发展规律,半导体进行已经进入了5纳米的技术节点,从常规的二维的器件向三维器件发展。技术节点的发展,带来了一个很大的挑战,就是整个加工的能力逐渐集中到极少数的企业。
对于美国来说,这几年他最大的一个优势是大量的研发投入,去年整个半导体收入有2260多亿美元,有17%的研发投入。正是因为美国的高投入,使得它能在半导体领域长期处于领导地位。不过这几年来,中国也开始加大了半导体基础方面的投入,这也是我们目前发展迅速的一个主要原因。
集成电路芯片技术发展趋势,除了常规的硅基,沿着制程不断缩小,实际上还有几个方面的发展趋势,从材料、器件和功能方面的高度融合,包括提供MEMS技术以及新型材料石墨烯的技术、光电以及通信一体化的芯片技术,甚至包括生物、传感、有源无源、功率射频如何融入一体的发展。所以未来的发展除了沿着摩尔定律制程的缩小以外,还有就是多功能的发展,以及个性化从新材料重新发展的体系。
在材料方面,除了硅基,第三代宽禁带半导体是这几年的热门技术,我国除了在硅基方面进行追赶外,在第三代半导体方面也做了很多投入,有了不少的创新研究。
其实,宽禁带半导体,经过LED照明和Micro LED的技术发展,它的市场已经比较成熟了,现在宽禁带半导体产业的产能已经有了很大的提升,成本也在逐渐下降。因此,宽禁带半导体在的电子器件,包括射频功率器件、 汽车 雷达、卫星通信,以及5G基站和雷达预警等应用领域开始得到应用。在电力电子方面,尤其是电动 汽车 应用领域,充电桩和手机充电器将是很大的一块市场。新能源 汽车 方面,特斯拉已经将碳化硅器件应用在了Model 3上,后续可能会有更多的 汽车 厂商跟进。
在未来的发展,包括未来6G通信,未来定义的业务它的频段更高,通信的速率更高,这一块未来主体的材料,硅基器件的性能已经不能满足要求,这对氮化镓器件的发展提供了更大的动力。
据马晓华介绍,西安电子 科技 大学在2000年初就开始了基于第三代半导体方面的研究。目前他们主要基于两个平台:一是宽禁带半导体器件与集成电路国家工程研究中心;二是两个国家级的重点实验室。
“我们在早期围绕着第三代半导体材料生长设备以及它解决材料生长过程中的一些关键技术问题,包括我们器件的设计、最终的应用和它的可靠性分析,整个实验室是一个非常完整的第三代半导体,材料和芯片研究的体系。目前我们实际上具备了整个小批量,可以实现大功率,或者毫米波芯片的设计和制造能力。”马晓华表示。
目前,他们主要的研发包括 面向高质量外延片的生产,包括基于碳化硅,大储存的硅寸,以及我们先进的氮化镓器件制造工艺,基于5G基站用的大功率芯片,以及高频和超高频的芯片,包括电源转换的电力电子芯片。 他还透露,“基于应用端我们也有一些功率研究以及MMIC电路的封装体系,我们也是希望和终端用户实现未来在芯片实际应用的全路径的体系。”
从2000年开始,马晓华他们的团队分别从设备、材料、芯片以及电路方面进行攻关,并取得了一定的成绩,2009年他们的设备获奖,2015年设计的器件获奖,2018、2019年在应用放,他们也获得了国家的 科技 发明,或者是 科技 进步奖。
第三代半导体方面的成果
一是氮化 镓 半导体设备。 在最开始,马晓华他们团队需要解决的是第三代半导体材料生产的设备问题,包括高温MOCVD,因为在早期,氮化镓的设备对我国的限制还比较大,但是目前问题已经基本得到了解决。国内这几年,整个MOCVD设备已经占了国内市场的50%以上。其2007年研发出的620型第三代MOCVD设备还获得了2009年国家发明二等奖。
二是氮化镓毫米波功率器件。 因为氮化镓一个很大的优势,它可以在高频条件下,实现大的功率输出。其团队研发的氮化镓毫米波功率器件实现了高频、高效率氮化镓微波功率器件的核心技术开发,其毫米波段器件和芯片技术指标达到了国际领先水平。马晓华透露说,目前他们的器件在6GHz频段能够满足5G毫米波的需求。
三是面向5G的C波段高效率氮化镓器件。 该类器件主要是面向基站使用的。目前基于4英寸或者6英寸大功率的氮化镓基站芯片,主要的应用场景是C波段,它可以实现更高的输出效率和更高的输出功率,“目前我们对100瓦基站用的芯片,效率可以到72%,这个效率相对于硅基MOCVD来讲,整个技术进展还是蛮快的。”马晓华指出。
他还进一步指出,对于脉冲方面,如果通过一些斜波的技术处理,他们也可以实现85%的效率,基本上快接近微波的极限效率。
四是低压氮化镓HEMT射频器件。 未来氮化镓器件除了在基站中使用外,能够在终端上也使用氮化镓技术呢?这就涉及到了低压氮化镓射频器件的发展了。也就是说要从新的材料体系方面去更新,实现氮化镓射频器件在终端上的应用,即在10V以下的工作电压下,是不是还能实现更高效率跟带宽的情况,“这块我们也做了前瞻的研究,在6V的工作条件下,它的效率可以达到65%以上,整个体系基本上已经接近砷化镓在目前手机中的应用效率。”马晓华透露。
五是氮化镓高线性毫米波器件。 这类器件主要解决的是快速的压缩问题。我们现在的通信对于线性主要是通过电路和系统去提升,它牺牲的是效率,马晓华指出,“我们能否从器件的结构,工作原理中提升它的线性,这个也是未来氮化镓在5G通信中非常有用的场景。”
六是氮化 镓 微波功率芯片。 他们团队在整个S波段以下,未来通信的频段都有一系列的研究成果。包括未来面向毫米波,在19-23GHz,或者23-25GHz等频段,即未来5G的毫米波通信芯片方面也做了相关的研究,他透露说,目前他们研发的芯片产品主要是基于氮化镓低噪运放、驱动功放以及功率放大器等。
七是异质结构新材料与多功能集成器件。 未来的器件,除了基于氮化镓的器件,还有很多基于异质结构,或者多功能的芯片,它的模型基于硅基的氮化镓,以及硅基CMOS器件异质集成,因为如果采用硅基的话能够大大降低氮化镓和砷化镓铟等芯片成本,实现与CMOS集成、多功能集成,大大降低功耗。“这块我们也做了一些研究,通过对不同材料的转移和建核的方法,目前也实现了对硅基材料和氮化镓材料两种器件的优势互补,在未来电力电子这块,可能它的应用场景比较高。”马晓华指出。
八是大尺寸硅基氮化镓射频技术。 如果要大量的展开应用,尤其我们的消费电子类产品,对成本的要求很高。因此,低成本、大尺寸、基于硅基的氮化镓射频技术,也是一个需要发展的产业。这些技术的发展,一定会促进氮化镓在整个产业链中的应用,同时也降低了它的应用成本。
九是氮化 镓 可靠性机理研究。 马晓华也坦承,虽然第三代半导体的研究取得了一定的成果,但目前还有很多问题需要解决,比如氮化镓的可靠性和一些机理性问题,还需要企业应用过程中逐步反映到研发机构,他们相互去解决。“目前很多基于氮化镓机理性的问题,包括它的可靠性方面,我们还有一些机理上不是那么清晰和明确,这一块可能还需要一段时间,从应用的层面和研究的层面去协同解决”。
结语
对于第三代半导体器件和集成电路未来产业的发展,目前在通信、 汽车 和智能化未来的应用方面有非常大的潜力。国内目前从事这方面研究的企业和研究机构也很多,我们需要考虑的是如何从全产业链方面布局,实现产业化的聚集,从设备、材料,芯片设计制造和封测应用、服务以及人才方面的布局。
第三代半导体是一个很好的产业,也有着很好的机遇,目前正好面临着通信的高度发展,可以说现在是发展第三代半导体最好的时代。
挖掘于板块个股机会于潜龙勿用时,历经见龙在田的试盘和或跃在渊的启动,直到飞龙在天的明牌启动,以及亢龙有悔之前的离场,这是我们的追求,也是一直趋于接近的。很难,但这并不是放弃的理由!
投资名言:顺应趋势,花全部的时间研究市场的正确趋势,如果保持一致,利润就会滚滚而来!--[美]江恩
什么是半导体?
半导体( semiconductor),指常温下 导电性 能介于 导体 (conductor)与 绝缘体 (insulator)之间的 材料 。半导体在 收音机 、 电视机 以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。 半导体 是指一种 导电性 可受控制,范围可从 绝缘体 至 导体 之间的材料。无论从 科技 或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品,如 计算机 、 移动电话 或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有 硅 、 锗 、 砷化镓 等,而硅更是各种半导体材料中,在商业应用上最具有影响力的一种。
昨天板块指数放量大涨,逼近前期 历史 高位,板块全线爆发,今日虽然板块会有个分化,但随着行业的景气度提升,接下来机构配置的仓位势必会提高,所以接下来需要特别重视中线级别的布局机会。
第三代半导体概念股:
300708 聚灿光电: 公司目前产品涉及氮化镓的研发和生产,外延片的技术就是研发氮化镓材料的生长技术,芯片的技术就是研发氮化镓芯片的制作技术,目前已经2个涨停,人气龙头位置显现。
300046台基股份: 公司积极布局 IGBT、固态脉冲开关及第三代半导体等前沿领域 昨日下午引爆板块的中军人气股。
688396 华润微: 第三代半导体方面,公司根据研发进程有序推进碳化硅(SiC)中试生产线建设,目前已按计划完成第一阶段建设目标,利用此建立的基础条件完成了1200V、650VSiCJBS产品开发和考核 领涨科创板人气股
300373扬杰 科技 : 公司主要从事碳化硅芯片器件及封装环节,不涉及材料领域。目前可批量供应650V、1200V 碳化硅SBD、JBS器件。放量上攻,挑战 历史 高点
300456赛微电子: 公司全资子公司微芯 科技 投资设立控股子公司海创微芯,主要从事氮化镓(GaN)器件的设计、开发,目的在于积极布局并把握第三代半导体产业的发展机遇,聚焦相关器件在5G通信、物联网、航空电子等领域的应用,与公司控股子公司聚能创芯优势互补并全面协作,提高综合竞争实力。概念万金油,接下来最强势的概念都有涉及。
300131 英唐智控: 英唐微技术生产线改造完成后还将兼备以 SIC-SBD 为主的第三代半导体功率器件的生产,并在持续升级设备和工艺后,逐渐拓展至其他的第三代半导体产品。 一阳盘出底部震荡区间。
688200华峰测控: 在宽禁带半导体测试方面,公司量产测试技术取得了重大进展,实现了晶圆级多工位并行测试,解决了多个GaN晶圆级测试的业界难题,并已成功量产。 向 历史 新高进军
300376 易事特: 易事特作为国家第三代半导体产业技术基地(南方基地)第二大股东及推动产业创新技术发展的核心成员单位,现主要负责碳化硅、氮化镓功率器件的应用技术研发工作。公司已经研发出基于碳化硅、氮化镓器件的高效DC/AC, 双向DC/DC新产品。 一阳盘出底部震荡
300102乾照光电: 公司与深圳第三代半导体研究院的合作是全方位多层次的深度合作,在该平台上研发的技术包括但不仅限于氮化镓和Micro-LED。 之前人气领涨股,连续异动2日,盘出震荡格局
600703三安光电:公司拟在长沙高新技术产业开发区管理委员会园区成立子公司投资建设包括但不限于碳化硅等化合物第三代半导体的研发及产业化项目,包括长晶—衬底制作—外延生长—芯片制备—封装产业链,投资总额 160 亿元。 涨停强势收复近期的调整,行业地位显著
002993奥海 科技 : 公司已自主研发出快充氮化镓产品。氮化镓充电器属于第三代半导体领域重要技术产品,公司深耕充电器行业十几载,具备平台优势。 超跌后止跌反d,2连板
002617 露笑 科技 :公司将与合肥市长丰县人民政府在合肥市长丰县共同投资建设第三代功率半导体(碳化硅)产业园,包括但不限于碳化硅等第三代半导体的研发及产业化项目,包括碳化硅晶体生长、衬底制作、外延生长等的研发生产,项目投资总规模预计 100 亿元。 主板最强的趋势票,创出 历史 新高
605111新洁能: 公司在第三代半导体方面,已获得 6 项专利授权,一项国际发明专利受理中。SiC 方面: 预计今年年底之前推出 SiC 二极管系列产品。新能源 汽车 是 SiC功率器件未来最大的应用领域之一, 也是公司未来市场重点布局的方向。 连续2日放量,冲击前期高点。
603290斯达半导: 公司拟在嘉兴斯达半导体股份有限公司现有厂区内,投资建设全碳化硅功率模组产业化项目,本项目计划总投资 22,947 万元, 投资建设年产 8 万颗车规级全碳化硅功率模组生产线和研发测试中心。 高价股,趋势开始形成,向 历史 高点蓄势!
002371北方华创:公司可以提供第三代半导体相关设备,其中碳化硅方面,可以提供长晶炉、外延炉、刻蚀、高温退火、氧化、PVD、清洗机等设备,氮化镓方面可以提供刻蚀、PECVD、清洗机等设备。 行业地位显著,创出 历史 新高。
600460士兰微: 公司已建成6英寸的硅基氮化镓集成电路芯片生产线,涵盖材料生长、器件研发、 GaN电路研发、封装、 系统应用的全技术链。 行业低位显著,创出 历史 新高。
002023海特高新: 海威华芯6吋第二代第三代半导体集成电路芯片生产线项目砷化镓、氮化镓半导体芯片生产线竣工环境保护自主验收工作已完成。 低位超跌首次异动,接下来有修复空间预期。
300623捷捷微电: 公司与中科院电子研究所、西安电子科大合作研发的是以Sic、GaN为代表第三代半导体材料的半导体器件,具有耐高压、耐高温、 高速和高效等优点,可大幅降低电能变换中的能量损失,大幅减小和减轻电力电子变换装置。 趋势形成,有冲击新高预期。
688138 清溢光电: 公司深圳工厂在现有产品结构的基础上积极布局半导体芯片用掩膜版产品,聚焦第三代半导体芯片用掩膜版。 超跌后企稳异动,接下来会有修复预期 。
600509天富能源: 公司已持有北京天科合达半导体股份有限公司 10.657%的股份,成为该公司第二大股东;该公司是从事第三代半导体材料-碳化硅晶片及相关产品研发、生产和销售的高新技术企业。 趋势形成,短期有继续调整前期新高预期。
688556 高测股份: 公司已针对第三代半导体研发了相应的切割设备和切割耗材,正在积极推广市场. 盘出底部,接下来有修复预期。
600745 闻泰 科技 : 公司将加大在第三代半导体领域投资,大力发展氮化镓和碳化硅技术。目前安世氮化镓功率器件已经通过车规级认证,开始向客户供货,碳化硅技术研发也进展顺利。 行业地位显著,盘出底部,有修复预期。
300484 蓝海华腾: 公司子公司新余华腾投资出资2,500万元参与比亚迪半导体的股权投资,有利于实现公司核心原材料如IGBT模块及晶圆、SiC模块及晶圆等关键技术领域的战略延伸,以及公司电动 汽车 电机控制器及相关产品的技术推动和产业布局。 盘出底部,有修复预期。
600360 华微电子: 公司积极布局以SiC和GaN为代表的第三代半导体器件技术,逐步具备向客户提供整体解决方案的能力。 底部异动2日,盘出底部,有修复预期。
300671富满电子: 在第三代半导体GaN(氮化镓)快充领域,公司目前有可搭配GaN的中高功率( 65W)主控芯片、PD协议芯片等产品。公司的相关芯片NF7307,具备更高集成度(集成启动电阻&X电容放电),更出色的性能(优良的Qr特性,更低待机功耗)及更高可靠性(全面的保护机制),已经上市。 最先启动的个股,底部起来已经三倍,并继续刷新新高。
300323 华灿光电: 在保持公司在LED领域的领先地位和竞争力的同时,公司持续加大产品研发投入和技术创新,积极布局第三代半导体材料与器件领域,发力GaN基电力电子器件领域 。 连续异动2日,盘出底部,有修复预期。
002079苏州固锝:公司目前已经有量产第三代半导体的产品。 震荡走高,有冲击前期高点预期。
603595 东尼电子: 新建年产12万片碳化硅半导体材料项目是本公司的项目。:新建年产12万片碳化硅半导体材料项目是本公司的项目。 震荡盘出底部,有修复预期。
002169智光电气: 公司认购的广州誉芯众诚股权投资合伙企业(有限合伙)份额,间接投资广州粤芯半导体技术有限公司。粤芯半导体有项目面向第三代半导体碳化硅芯片制造技术,开展“卡脖子”核心装备研制,重点解决高硬度材料的高平整度、低粗糙度高效加工技术等难题。 趋势形成,有望打开空间
002449 国星光电: 公司正布局第三代半导体器件与模组等新技术的开发与研究并已申请多项相关技术专利。 盘出底部,有修复预期。
300123 亚光 科技 : 都亚光子公司华光瑞芯主营产品为GaN/GaAs功率放大器芯片、GaN高功率功放管芯、低噪声放大器芯片、 幅相控制多功能芯片(Core-Chip)、数控移相器、数控衰减器、 混频器等射频微波芯片。 盘出底部,有修复预期。
002171 楚江新材: 公司子顶立 科技 积极参与相关的原材料制备技术研发,公司在碳化硅单晶方面主要从事SiC单晶中的高纯C粉的研制,目前已能实现小批量生产,且关键技术指标满足制备第三代半导体——碳化硅单晶的要求,掌握了将5N及以下的C粉提纯到6N及以上,各项关键指标满足高性能碳化硅单晶原料生产的需要,其设备与工艺技术处于国内领先水平。 盘出底部,有修复预期。
300870 欧陆通:氮化镓为第三代半导体主要材料之一,目前公司使用的氮化镓技术属于第三代半导体应用技术,主要应用于公司电源适配器产品中。 盘出底部,有修复预期
300316晶盛机电: 公司开发的碳化硅外延设备,有助于拓展在第三代半导体设备领域的市场布局。 行业地位显著,趋势形成, 有新高预期。
第三代半导体的风口已经形成,待震荡消化后,会走出独立的走势,行业地位显著的,会继续打开市场成长性,而超跌的个股则会在行业大蛋糕下迎来估值修复。
风已起,做好布局,持股待涨。
随着市场对半导体性能的要求不断提高,第三代半导体等新型化合物材料凭借其性能优势开始崭露头角,成为行业未来重要增长点。
相对于第一代(硅基)半导体,第三代半导体禁带宽度大,电导率高、热导率高。第三代半导体的禁带宽度是第一代和第二代半导体禁带宽度的近3倍,具有更强的耐高压、高功率能力。
氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)并称为第三代半导体材料的双雄,由于性能不同,二者的应用领域也不相同。
氮化镓、高电流密度等优势,可显著减少电力损耗和散热负载,迅速应用于变频器、稳压器、变压器、无线充电等领域,是未来最具增长潜质的化合物半导体。
与GaAs和InP等高频工艺相比,氮化镓器件输出的功率更大;与LDCMOS和SiC等功率工艺相比,氮化镓的频率特性更好。
随着行业大规模商用,GaN生产成本有望迅速下降,进一步刺激GaN器件渗透,有望成为消费电子领域下一个杀手级应用。
GaN主要应用于生产功率器件,目前氮化镓器件有三分之二应用于军工电子,如军事通讯、电子干扰、雷达等领域。
在民用领域,氮化镓主要被应用于通讯基站、功率器件等领域。氮化镓基站PA的功放效率较其他材料更高,因而能节省大量电能,且其可以几乎覆盖无线通讯的所有频段,功率密度大,能够减少基站体积和质量。
氮化镓在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。随着5G高频通信的商业化,GaN将在电信宏基站、真空管在雷达和航空电子应用中占有更多份额。
根据Yole估计,大多数Sub 6GHz的蜂窝网络都将采用氮化镓器件,因为LDMOS无法承受如此之高的频率,而砷化镓对于高功率应用又非理想之选。
同时,由于较高的频率会降低每个基站的覆盖范围,需要安装更多的晶体管,因此市场规模将迅速扩大。
Yole预测,GaN器件收入目前占整个市场20%左右,到2025年将占到50%以上,氮化镓功率器件规模有望达到4.5亿美元。
从产业链方面来看,氮化镓分为衬底、外延片和器件环节。
尽管碳化硅被更多地作为衬底材料(相较于氮化镓),国内仍有从事氮化镓单晶生长的企业,主要有苏州纳维、东莞中镓、上海镓特和芯元基等。
从事氮化镓外延片的国内厂商主要有三安光电、赛微电子、海陆重工、晶湛半导体、江苏能华、英诺赛科等。
从事氮化镓器件的厂商主要有三安光电、闻泰 科技 、赛微电子、聚灿光电、乾照光电等。
GaN技术的难点在于晶圆制备工艺,欧美日在此方面优势明显。由于将GaN晶体熔融所需气压极高,须采用外延技术生长GaN晶体来制备晶圆。
其中日本住友电工是全球最大GaN晶圆生产商,占据了90%以上的市场份额。GaN全球产能集中于IDM厂商,逐渐向垂直分工合作模式转变。美国Qorvo、日本住友电工、中国苏州能讯等均以IDM模式运营。
近年来随着产品和市场的多样化,开始呈现设计业与制造业分工的合作模式。
尤其在GaN电力电子器件市场,由于中国台湾地区的台积电公司和世界先进公司开放了代工产能,美国Transphorm、EPC、Navitas、加拿大GaN Systems等设计企业开始涌现。
在射频器件领域,目前LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)、GaAs(砷化镓)、GaN(氮化镓)三者占比相差不大,但据Yoledevelopment预测,至2025年,砷化镓市场份额基本维持不变的情况下,氮化镓有望替代大部分LDMOS份额,占据射频器件市场约50%的份额。
GaAs芯片已广泛应用于手机/WiFi等消费品电子领域,GaN PA具有最高功率、增益和效率,但成本相对较高、工艺成熟度略低,目前在近距离信号传输和军工电子方面应用较多。
经过多年的发展,国内拥有昂瑞微、华为海思、紫光展锐、卓胜微、唯捷创芯等20多家射频有源器件供应商。
根据2019年底昂瑞微董事长发表的题为《全球5G射频前端发展趋势和中国公司的应对之策》的报告显示,截至报告日,国内厂家在2G/3G市场占有率高达95%;在4G方面有30%的占有率,产品以中低端为主,销售额占比仅有10%。
目前我国半导体领域为中美 科技 等领域摩擦中的卡脖子方向,是中国 科技 崛起不可回避的环节,产业链高自主、高可控仍是未来的重点方向。第三代半导体相对硅基半导体偏低投入、较小差距有望得到重点支持,并具备弯道超车的可能。
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