被炒上天的第三代半导体

被炒上天的第三代半导体,第1张

近期半导体怎么就突然走强,要从下面这个政策说起:

一直以来美国依靠创始地位,在芯片设计、制造领域有巨大的优势。一个市场数据:美国设计的芯片占了54%的市场份额,中国仅仅占了3%。另外在芯片制造领域,美国EDA软件、材料、设备的优势更大。世界唯一的光刻机巨头荷兰ASML也受控于美国,所以此前中国采购最先进的EUV光刻机被迫中止。所以近年来芯片 科技 之战主要在于芯片,台积电、中芯国际都受到美国的影响。

随着物联网、大数据和人工智能驱动的新计算时代的发展,对半导体器件的需求日益增长,对器件可靠性与性能指标的要求也更加严苛。以碳化硅为代表的第三代半导体开始逐渐受到市场的重视,国际上已形成完整的覆盖材料,器件,模块和应用等环节的产业链,全球新一轮的产业升级已经开始。

目前,我国集成电路产业和软件产业快速发展。中国是世界最大的集成电路产品消费市场,也是全球集成电路产业的发展的重要支撑。

半导体是计算机、通信、电子等产品的核心组成部分。中国大陆已是全球最大的半导体市场,大力发展半导体产业成为中国的电子信息产业稳定发展的关键。

据了解,半导体第一代材料是硅(Si),如硅谷,是第一代产业园的代表;第二代材料是砷化镓(GaAs),是目前绝大部分通信设备的材料;第三代材料是指禁带宽度在2.3eV及以上的半导体材料,是未来5G时代的标配,同时在新能源 汽车 、消费电子、新一代显示、航空航天等领域也有重要应用。

针对基金分散投资的原则,部分公募会对投资全市场基金设置行业配置不超30%的上限要求。部分中小公司可能会在规模和业绩考核压力下,投资风格出现短期化和激进的表现。不过,从 历史 经验看,做行业轮动的基金长期业绩没有很好的。

还是建议投资者根据自身的风险偏好和投资偏好去选择市场上的投资工具,每个人的资产配置不一样,成长类基金面临高波动、高收益等特点,这很重要。

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

2021年12月6-8日,以“创芯生态 碳索未来”为主题的第七届国际第三代半导体论坛暨第十八届中国国际半导体照明论坛(IFWS&SSLCHINA2021)将在深圳召开。

本届论有百余位程序委员会专家提供智力支持,将全面聚焦前沿技术及行业热点,力邀国内外知名专家、领军企业、行业精英代表深度参与,把脉产业商机,共促产业 健康 有序发展。

当前,国际上第三代半导体材料、器件已实现了从研发到规模性量产的成功跨越,并进入产业化快速发展阶段,在新能源 汽车 、高速轨道交通、5G通信、光伏并网、消费类电子等多个重点领域实现了应用突破。

未来5年将是第三代半导体产业发展的关键期,全球资本加速进入第三代半导体材料、器件领域,产能大幅度提升,企业并购频发,正处于产业爆发前的“抢跑”阶段。5G、AI、物联网、大数据等市场提速,新能源 汽车 、PD快充、5G和新型显示时代的来临,应用市场对第三代半导体的需求已经开始呈现出前所未有的增长趋势。

据论坛组委会透露,面对新一轮 科技 革命与产业变革创造的 历史 性机遇,本届论坛特别邀请到中国工程院院士、清华大学电子工程系罗毅教授,中科院院士、南昌大学副校长、论坛程序委员会联合主席江风益教授,中国工程院院士、全球能源互联网研究院院长汤广福,厦门大学校长、论坛程序委员会主席张荣教授,诺贝尔物理学奖得主、美国加州大学圣塔芭芭拉分校材料系教授中村修二(ShujiNakamura),瑞典皇家理工学院教授Carl-Mikael Zetterling,博世苏州 汽车 部件总经理、博世 汽车 电子中国区总裁Georges Andary,京东方 科技 集团显示与传感器件研究院院长、半导体技术首席科学家袁广才等来自第三代半导体领域的代表性专家们与业界同仁共话第三代半导体的发展和机遇。

除了开幕大会、本届论坛设有功率电子器件与应用论坛、射频电子器件与应用论坛、半导体照明与应用论坛、Mini/Micro-LED及其他新型显示论坛、超越照明论坛、材料与装备论坛、固态紫外器件与应用论坛、车用半导体创新合作峰会、第三代半导体产教融合发展论坛、电力电子标准与检测研讨会等超30场次论坛活动。聚焦第三代半导体功率电子技术、光电子技术、射频电子技术的国内外前沿进展;第三代半导体功率电子技术、光电子技术、射频电子技术的产业发展战略与机遇;第三代半导体材料相关技术与新一代信息技术、新能源 汽车 、新一代通用电源、高端装备等产业的相互促进与深度融合;产业链、供应链多元化与核心技术攻关等。

国际第三代半导体论坛与中国国际半导体照明论坛同时同地举办,同台汇力,相映生辉,放眼LED+和先进电子材料更广阔的未来。

论坛长期与IEEE合作。投稿的录取论文会被遴选在IEEE Xplore 电子图书馆发表,IEEE是EI检索系统的合作数据库。目前,论坛同期论文已开启征集,论坛长期与IEEE合作。投稿的录取论文会被遴选在IEEE Xplore 电子图书馆发表,IEEE是EI检索系统的合作数据库。

2021先进半导体技术应用创新展(CASTAS 2021)也同时招展中,欢迎业界人士的参与其中,对接资源,洽谈商机,共商产业发展大计。


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