什么是第三代半导体？包你能看懂

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 。

随着对半导体产业重视程度的不断加深，近年来我国芯片产量也在不断创新高——2021年前两个月，芯片产量大幅增长至532.8亿块，同比增速更是高达79.8%，远超其他各国、地区的增速，领跑全球。

前三名：江苏、甘肃、广东

分地区来看，今年前2个月，江苏省的芯片产量依旧排在各省份之首——总量达到173.145亿块，与去年同期的107.399亿块相比，同比增速也达到了61.2%。据报道，进入21世纪后，江苏省抓住了国际半导体产业转移的历史机遇。

不仅相继引进了台积电、华虹无锡等重大项目，而且推动了国内相关企业的快速发展，使得江苏省成为全国最重要的集成电路（即芯片）产业聚集区，涉及设计、制造、测试、封装等完整产业链能力。

甘肃省继续排第二名。前2个月的芯片产量上涨至99.41亿块（如上图），与去年同期的42.24亿块相比，同比增速高达125.3%。其中的代表企业是“天水华天科技”和“天水天光集成电路厂”。此外还拥有10个国家重点实验室、5个国家工程技术研究中心等。

南生注意到，不仅是芯片，甘肃省的规模以上工业增加值在前2个月也实现了17.0%的同比增长，社会消费品零售总额同比增速也高达34.3%，全省固定资产投资同比增长28.8%……，一季度甘肃经济增速预计将很高啊。

第三名依然是广东省，前2个月的芯片产量达到83亿块，去年同期是36.6亿块，增速也高达126.7%——与甘肃省一样，芯片产量实现翻倍增长。南生注意到，广东省芯片优势更加集中在设计领域。

当前已经在布局毫米波芯片、太赫兹芯片等，将围绕芯片架构、优势芯片产品、第三代半导体、先进封装技术等方向开展关键核心技术攻关。但在制造领域相对不足，需要培养和引入更多先进生产线。

上海、浙江、北京、四川……

数据显示：2021年前2个月，上海市的芯片产量超过55亿块，去年同期是36.34亿块，同比增长52.3%；浙江省的芯片产量上涨至33.423亿块，去年同期是17亿块，同比大增96.5%；北京市的芯片产量超过了32亿块，去年同期是21.69亿块，同比增长48.3%。

四川省芯片产量超过20亿块，去年同期是11.12亿块，同比大增84.8%；重庆市的芯片产量超过8.4亿块，陕西省超过7.86亿块，天津市超过4.46亿块，山东省接近3.9亿块，福建省超过3亿块，湖南省超过2.4亿块……

总之，前两个月我国各省份的芯片产量均实现较大的增长，全球芯片产能进一步向我国聚集。相信，随着各项投入的不断提升，随着核心技术的不断突破，我国半导体产业将迎来发展的高峰期。本文由【南生】整理并撰写，无授权请勿转载、抄袭！

来源:人民政协网

编者按：中国共产党领导中国人民走过了百年辉煌路程。面对西方国家的半导体技术封锁与市场垄断，怀抱实干兴邦、产业报国理想的正威集团，在董事局主席王文银的带领下，以改革开放最前沿的深圳为据点，积极响应党和国家号召，在“十四五”开局起步、全面建设 社会 主义现代化国家新征程启航之际，以永无止境的创新和勇攀 科技 高峰的魄力，铸造“中国芯”，誓为中国半导体事业闯出一条康庄大道。

6月29日，四川海特高新技术股份有限公司（以下简称“海特高新”）发布公告称，深圳正威金融控股有限公司（以下简称“正威金控”）已完成向海特高新旗下控股子公司成都海威华芯 科技 有限公司（以下简称“海威华芯”）增资12.88余亿元，其中6.19亿元计入注册资本。本次增资扩股完成后，正威金控持有海威华芯34.01%股权，成为海威华芯第一大股东，海特高新是其第二大股东，中国电子 科技 集团公司第二十九研究所是其第三大股东。

据了解，海威华芯是国内半导体行业中的佼佼者，公司拥有完整的技术团队、先进的GaAs集成电路制造技术和生产设备，其打造的“六英吋GaAs集成电路Foundry线”是国家支持的重点产业项目。如今海威华芯已建成国内第一条6英寸氮化镓半导体晶圆生产线，成功申请核心专利255项，获得授权171项，其中发明专利76项，具备氮化镓600片/月的晶圆制造能力，是国内六英吋砷化镓集成电路（GaAs MMIC）纯晶圆代工（Foundry）最专业的服务制造商之一。

正威金控是正威控股集团旗下控股子公司，是正威集团产业战略布局的资本运作平台，服务于正威集团实体产业，整合正威集团资源。正威集团是一家以新一代电子信息和新材料完整产业链为主导的高 科技 产业集团，2020年实现营业额逾7000亿元，目前位列世界500强企业排名第91名、中国民营企业500强第3名、中国制造业民营企业500强第2名。

正威集团多年深耕半导体产业，拥有全球一流的专家技术团队，近年已在硅基半导体、半导体封装材料、5G新材料和智能终端等多领域产业布局。此次正威增资扩股海威华芯，将整合正威电子信息产业集群、高端新材料产业供应链、专业智能制造能力等，以强大的资金、技术、人才、品牌等全方位优势，助力与海威华芯实现产业协同，聚焦第三代半导体关键核心技术和重大应用突破，在军品和民品领域为国家 科技 创新贡献力量。

目前，正威集团在A股市场已控股了一家上市公司九鼎新材。在正威集团战略投资海威华芯的背景下，九鼎新材董事会亦在公开披露的定期报告中明确表示：“公司将积极获取主要股东在产业布局上的大力支持，梳理优化老资产，并购整合新资产，研发实现新突破，在微波、电子信息新材料和功能材料为核心的相关多元化发展战略上实现有效突破”。对海威华芯的战略投资，势必成为正威集团全面发力第三代半导体产业的重要引擎。

第三代半导体发展风口已至

据了解，芯片是国家的“工业粮食”，是信息产业的核心，是所有整机设备的“心脏”。我国作为目前全球最大的半导体消费市场，国产芯片供给率却不到10%。而随着美国为首的西方国家进一步对中国半导体等高端 科技 领域的技术封锁，中国半导体行业本土化的大发展势在必行。相较于第一、二代半导体，被誉微电子产业“新发动机”的第三代半导体，已成为全球半导体技术和产业新竞争焦点，有望成为我国与当今技术领先国家减少差距、实现换道超车的新路径。

为发展中国半导体产业，国家近来先后印发了《重点新材料首批次应用示范指导目录》《能源技术创新“十三五”规划》等支持性政策文件，将SiC、GaN和AlN等第三代半导体材料纳入重点新材料目录，推动支持SiC等第三代半导体材料的制造及应用技术的突破。《国民经济和 社会 发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》也将“碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展”写入了“ 科技 前沿领域攻关”部分。在国家政策扶持以及新兴产业的推动下，目前国内第三代半导体产业链已经初步形成，第三代半导体行业的发展风口悄然而至。

政策支持有力推动了中国各地半导体产业快速发展，其中深圳尤为显著。今年3月， 科技 部正式批复支持广东省和江苏省建设国家第三代半导体技术创新中心，将第三代半导体技术“国字号”重器落地深圳和苏州，统筹全国优势力量为第三代半导体产业提供源头技术供给，推动我国第三代半导体产业创新能力整体跃升。作为国家建设 科技 和产业创新高地，深圳已然形成发展国家第三代半导体的沃土。据深圳市国民经济和 社会 发展十四五规划和二〇三五年远景目标纲要显示，到2025年以半导体产业为首的战略性新兴产业增加值将超过1.5万亿元，占整个GDP近40%。对于扎根深圳的正威集团来说，进一步增强了其发展半导体产业的信心和决心，也创造了更好、更快、更优的新发展机遇。

发挥企业推动创新创造生力军作用

作为全国政协委员，正威集团董事局主席王文银今年提交了关于“建立粤港澳大湾区集成电路产业大学”和“推动第三代半导体产业落地，打开成长空间”等提案，引发 社会 广泛关注。

据了解，正威集团早于2008年便开始进军半导体领域，成为国内早期一批 探索 半导体产业发展的企业之一，通过成功收购韩国三星五厂全部半导体设备，建立了正威半导体制造1.0版本。如今，经过十余年发展，正威半导体制造已达到3.0版本。未来，正威集团拟投资百亿元，持续在中国核心城市布局第三代半导体产业，并逐步打造集半导体材料、装备、工业软件、制造技术、封装技术、测试技术、系统集成技术、产品应用软件等全产业链于一体的发展模式，助推中国半导体事业换道超车。王文银表示，做好半导体事业要具备真正的工匠精神，需要凝聚各方的智慧与力量。作为新时代的企业家，应担负起创新、责任、担当，要有心系国家发展和民族复兴的大情怀和大格局。

“当前国家第三代半导体产业发展面临着产品开发与市场终端应用需求不匹配、产业链短时间暴发带来的人才与资金压力、全国各地项目无序发展等问题。”王文银认为，“国家应从顶层设计入手，合理配置半导体领域资源，扶持和发展一批优秀企业，聚焦成熟产品，攻关关键技术，实现从跟跑到领跑。”

当前，伴随着第三代半导体行业的触角向大数据、物联网、人工智能、5G、航空航天、城际高铁交通、新能源 汽车 等关键领域延伸，以正威集团为代表的一批专注半导体制造和研发的企业正在迅速崛起，相信中国半导体事业发展的春天即将到来。（文/王婵）

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