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 。
近期半导体板块走的不错,很多个股底部放量,走出了不错的气势。
可以回顾:
中美关税对抗即将结束,新机遇从 科技 股开始!
科技 股的逻辑不仅仅来自于光刻胶的行业消息。
更重要的是中美对抗的逻辑已发生根本的变化。
美国虽然依然会遏制 科技 的发展,但对于中端产品线会放开限制,只遏制高端,而不是前任的模式通杀。
这就给国内的产业链提供很大的发展机会。
但我们依然要看到,未来中国在自主化产业链上的投入,越来越多越来越深入
华为就是最好的自主投入产业链的案例。
从芯片设计,到全产业链的投资。
更少不了第三代半导体的大笔投入。
山东天岳先进准备冲击上市!
主要从事碳化硅衬底的研发,制造和销售。
为何华为亲自下场投了呢?
很简单,国际大厂已经在引领潮流。
特斯拉Model 3车型就使用了英飞凌和意法半导体的碳化硅单管。
碳化硅单管就是未来的大趋势,替代传统硅基IGBT。
当然除此之外,华为自己的5G基站,也要大量使用此类产品。
未来碳化硅百亿市场规模只是开始,国内各大厂商都已经开始投入研发和新的长线,争夺赛道领导权。
华为早早布局了这个产业,5G和新能源车,都是华为必争之战略要地。
看懂华为的布局,你就能先人一步看懂产业发展发现和逻辑!
这个时候,速度就是最重要的,谁先商业化量产,谁就先成功。
目前正在赛道上比拼的还有很多
传统有MOSFET技术优势的厂商:华润微,士兰微,扬杰 科技
之前写了一个科普文,介绍这些公司,可见前文:
汽车 缺芯预计长达半年!这七家公司闷声发财!
正在布局的厂商:三安光电,露笑 科技 ,楚江新材
据集微网消息:
露笑 科技 的主要产品为6英寸导电型碳化硅衬底片,设备已经进场安装调试,这意味着实验室早已成功做出样片,按理应该同步进行客户端验证,否则产品做出来卖给谁?目前导电型碳化硅最佳落地应用应该是 汽车 功率半导体领域,消息圈有传言露笑 科技 已经与国内某车企的工艺负责人有实质性接触,极有可能已经开始做产品验证
我去翻阅了官方的董秘问答内容。也看到了类似回复。
可见5月28日回复。
露笑 科技 答投资者提问碳化硅进展
答:公司经过多年艰苦卓绝的努力,在第三代半导体碳化硅这个颠覆性材料的技术方面取得突破,目前设备已经开始安装调试。
赛道刚刚发力,就有人抢跑。
现在有产品才是王道,筹划中和产品验证天差地别。
谁先拿出商业化战绩,谁就第一时间获取大量订单!
后续IGBT以及碳化硅的方向,会是市场游资和机构追逐的战场。
目前国际巨头美国CREE公司垄断了碳化硅70%的产能,且5年内的产能被意法,英飞凌,罗姆等公司长协订单绑定。
业绩和领先优势双驱动,就是最好的抱团标的,走过路过不要错过了!
风险提示:相关个股已经发力,追高有风险。
本文仅讨论行业基本面信息,请勿作为买入依据。
在电气化和智能化的推动下, 汽车 成为了半导体向前发展的新领域。 汽车 半导体作为一个新兴领域,也被众多企业所垂涎,因而,在近几年中发生在 汽车 半导体行业的并购越来越频繁,甚至还出现了几宗超百亿美元的超级收购。这些并购当中,不仅涉及了传统的 汽车 半导体厂商,还包括了一些计算芯片领域的巨头企业。在众多厂商纷纷开始布局 汽车 半导体的局势之下,是否也意味着 汽车 半导体领域的竞争进入到了加速阶段?
汽车 半导体领域的头把交椅发生变化
众所周知,2015年当中发生了很多并购案,其中,NXP收购飞思卡尔是当年半导体领域中的一大重大变化,而这也促使 汽车 半导体领域发生了变化。
根据市场研究机构IHS Technology在2014年发布的数据显示,在没有发生该笔并购之前,2013年全球 汽车 半导体供应商排名中,前十名供应商的名次与2012年完全相同,当时位居榜首的是瑞萨,紧随其后的是英飞凌和意法半导体。
(2013年全球 汽车 半导体供应商排名)
由于NXP收购飞思卡尔后,这两者的合并销售额得到了大幅度的提高,从而,NXP于2015年跃居 汽车 芯片市场龙头宝座。瑞萨则下滑到了第三的位置,有报告指出,瑞萨 科技 的下滑是由于受到美元对日圆汇率眨值而持续受挫。
在NXP蝉联 汽车 半导体榜首数年之后,伴随着英飞凌收购赛普拉斯的方案的敲定,这种格局再次发生了变化——在 汽车 半导体方面,英飞凌将以13.4%的市场份额超越其竞争对手恩智浦,成为最大的 汽车 半导体供应商。而在 汽车 微控制器领域,英飞凌也将跻身前三。
我们都是知道,无论是飞思卡尔还是赛普拉斯,他们在 汽车 半导体领域中的地位都不算低,但他们却都走向了被收购的结局。而收购他们的也都同样是在 汽车 半导体领域中享有盛名的企业,这种发生在细分领域巨头之间的并购,是否也意味着这个细分领域市场将要爆发?
在哪些方面展开竞速
根据 汽车 市场情况来看,在低碳经济的理念指引下,全球 汽车 产业正朝着能源多元化、智能化、绿色化三大方向不断催生出新的变革。在此驱动下, 汽车 半导体在 汽车 当中将扮演着越来越重要的角色。
根据德勤分析给出的数据来看,半导体成本(即电子系统零部件的成本)已经从2013年的每车312美元增加到了如今约400美元。 汽车 半导体供应商正获益于微控制单元、传感器、存储器等各类半导体设备需求的大幅上涨。到2022年,半导体成本预计将达到每车近600美元。
每量车所带来的600美元成本则来自于多种 汽车 半导体器件,包括MCU、功率半导体(IGBT、MOSFET等)、传感器及其他。这也是各大 汽车 半导体企业所抢夺的市场。就车用微控制器而言,它在传统燃油车和新能源 汽车 中均能发挥用处,而在NXP和英飞凌完成收购后,他们在车用微控制器方面的实力都有所提升。这也为他们追逐当下 汽车 市场利润提供了支持。
此外,新能源也是 汽车 发展过程中不可忽略的大方向。由传统内燃 汽车 向新能源 汽车 的转变意味着 汽车 要像电气化、电子化方向发展,而电气电子模块中最核心的就是半导体芯片。
根据中商产业研究院的报道显示,电气化和智能化为 汽车 半导体带来的影响主要包括以下三个方面:首先是摄像头雷达等感知层器件的搭载量上升,推动了CIS、激光器、MEMS等半导体器件的市场;其次,自动驾驶从L2向L4升级,带动了用于决策的 ASIC、GPU等计算芯片的用量增加;第三,动力传动系统从燃油引擎向混合动力及纯电动的升级大幅推高功率半导体用量的增加。
以上三个方面为 汽车 半导体领域带来了新的发展契机,也同样带来了新的竞争者。新的竞争者主要出现在车载计算芯片的应用上,计算领域芯片巨头英伟达、英特尔等,纷纷开始投入到自动驾驶领域,其中英特尔更是斥资153亿美元收购视觉ADAS主导厂商Mobileye,以布局 汽车 领域的发展。
除此之外,车载雷达也是 汽车 半导体企业在近些年来着力发展的市场之一,尤其是在车用毫米波市场上,多家企业已经推出了相关产品并展开了竞速,尤其是在77GHz毫米波雷达上竞速已经铺开了,参与其中的半导体企业包括NXP、英飞凌、TI等。
同时,在 汽车 感知层方面中所涉及的CIS领域也有了新的玩家参与。众所周知,安森美是 汽车 CIS领域的龙头,其市场占有率超过50%。而伴随着三星宣布其CIS发展后,它就成为了 汽车 CMOS图像传感器领域中的搅局者,ISOCELL Auto就是三星为强化其CMOS图像传感器在 汽车 领域的应用所推出的品牌。
第三代半导体器件的发展也推动着 汽车 半导体产业向前发展,尤其是在车用功率器件领域,第三代半导体将发挥着巨大的作用。对此,也有很多 汽车 半导体厂商在该领域中进行拓展。英飞凌、罗姆等企业在碳化硅领域中拥有着不错的成绩,同时,意法半导体在今年以来,也增加了其在氮化镓领域的布局,它从合作和收购两方面入手(意法半导体在今年3月收购了氮化镓创新企业Exagan的多数股权),力图未来在 汽车 电子方面取得成绩。
此外,车联网的大趋势也为 汽车 半导体提供了发展的动力,但就市场形势来看,车联网还处于发展阶段,其技术发展路线并没有统一。目前,车联网 V2X通信技术有 DSRC与LTE-V两大路线。NXP主推 DSRC 技术,高通则主推 LTEV 和 5G 标准。
从这些企业在 汽车 半导体领域中的布局,我们不难看出, 汽车 半导体市场的竞争正在加速。
主要营收市场发生变化
汽车 半导体需要依靠 汽车 来发挥它的作用,而 汽车 却不像消费类产品,大部分终端用户不会在短期进行更换,因此, 汽车 市场的需求量可能会极大地影响 汽车 半导体的发展。
根据Strategy Analytics的《2016年 汽车 半导体厂商市场份额》显示,在该年中, 汽车 半导体厂商的主要收益来源国首次由日本变为中国,这也意味着全球 汽车 电子产业结构转换。同时,根据前瞻研究院的报告显示,中国 汽车 产销量已经连续十年蝉联全球第一,属于全球 汽车 产销大国。
中国不仅是目前全球大的 汽车 市场,也是全球 汽车 制造中心之一。据德勤预计,轻型 汽车 产量在全球范围内的占比将达到近29%,而这些趋势均使亚太地区倍受半导体厂商的青睐。
对于传统 汽车 半导体巨头来说,他们比较熟悉车规的标准,凭借其多年的经验,他们在 汽车 半导体市场中占有着有利的位置。此外,对于类似英伟达和英特尔等通过利用计算芯片打入 汽车 市场的半导体企业来说,由于这类芯片也是 汽车 的新应用,因此,产品性能或许才是重要的。而凭借他们在半导体产业中多年的积累,他们则在技术实力上占据着优势(他们还可以通过积累的资本,以收购的方式来提升他们的实力)。
国产 汽车 芯片新势力
面对国际 汽车 半导体厂商的强劲实力,本土 汽车 半导体企业的发展之路并不平坦,他们不仅要面临着技术和法律壁垒,还要接受国内 汽车 电子产业上下游互动机制尚不完善的挑战。在这种情况下,我国本土仍有一些 汽车 半导体企业在该领域中默默耕耘,试图打破这种困局。这其中不仅包含本土半导体厂商向 汽车 领域进行拓展,还有一些Tire 1企业参与到了 汽车 半导体的研发中来。
就本土半导体企业而言,近期,我们发现有很多企业开始倾向 汽车 领域的发展,且他们所针对的应用也十分多样化,涉及了车控类芯片、CIS、车联网、毫米波雷达等多种领域。
具体来看,四图维新旗下的杰发 科技 就是在这期间成长起来的专注于 汽车 半导体等领域的企业,其车控类 汽车 电子芯片的表现尤为亮眼;大唐恩智浦则致力于于新能源 汽车 及传统 汽车 的电源管理和驱动,在 汽车 半导体领域大展拳脚;AI独角兽企业地平线也开展了 汽车 相关的业务,其地平线征程二代芯片已被一些整车厂商所采用;在车用毫米波雷达领域,也出现了一些初创企业致力于此,包括加特兰、隼眼 科技 、安智杰等企业;同时,还有一些半导体企业增加了 汽车 领域的投资,包括华为投资了车载以太网芯片研发商裕太车通。
此外,国内Tire 1也顺着 汽车 智能化和电气化的发展方向,开始与半导体厂商进行合作,或者自行研发相关的半导体器件。这当中包括,吉利集团控股的亿咖通 科技 与Arm中国合资建立了湖北芯擎 科技 ,规划建设车规级芯片及通讯模组的研发、测试及生产基地。此外,在车用IGBT方面取得了一定成绩的比亚迪也于今年宣布,其半导体业务已完成了拆分,并正式更名为比亚迪半导体有限公司。据悉,引入战略投资者完成后,该公司还将继续深耕于车用IGBT领域。
结语
汽车 半导体已经成为了半导体产业当中最具发展前景的领域之一。同时在电气化和智能化趋势的推动下,传统车厂也开始寻求能够助力其向这个方向发展的半导体供应链,这为半导体产业带来了新的发展机会,由此,也引起了半导体企业在 汽车 领域展开竞速。
同时,伴随着近些年来人工智能等技术的提升,与 汽车 相关的AI芯片也开始渗入到 汽车 中来,因此,也催生了一些专注于计算芯片和感知层芯片的企业能够有机会参与到 汽车 半导体芯片的竞争中来。
汽车 半导体的竞争不仅引起了半导体巨头的注意,在新应用中还吸引了一些初创企业参与其中。因此,我们也看到并购、收购股权这样的事发生在 汽车 半导体领域中。而这都加剧了 汽车 半导体行业的竞争。
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