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 。
远川 科技 评论近日从产业链人士处独家获悉，北纬三十八度集成电路制造有限公司（以下简称“北纬公司”）为国内芯片设计商深圳新声半导体（以下简称“新声”）代工的声表面波滤波器产品（以下简称SAW滤波器），已投入量产且达到发货水准。双方合作的SAW滤波器主打难度较高的射频模组。
这标志着，北纬公司成为国内极少数具备滤波器制造能力的射频芯片代工厂。结合我们此前发布的BAW滤波器量产消息，可以说，中国芯片产业界的射频短板已悉数补齐，向全自主射频模组又迈出了一大步。
梳理最近国内射频芯片界的动作，不难发现，纯晶圆代工+独立芯片设计商，在当下的时点，成为一个越来越具代表性的产业路线。回顾全球范围内的射频芯片产业发展史就会发现，这一路线响应了当下中国 科技 产业的需要。无论是突破关键芯片卡脖子，还是在商业上可持续发展，都是一个大胆且值得称道的尝试。
本文从全球射频芯片发展史出发，试图梳理前后三代的发展路径：
1. 第一代：买、买、买
2. 第二代：代工，还是IDM？
3. 第三代：组合式创新
射频领域的国际巨头，都是通过并购成长而来。
首先是博通。博通前身安华高（Avago）脱胎于惠普的半导体部门，2008年收购英飞凌BAW滤波器业务，为其在高端滤波器市场的垄断地位打下坚实的基础。2015年，安华高“小鱼吃大鱼”，以370亿美元代价收购体量比自己更大的旧博通，这场“入赘”式的收购完成后，安华高索性把公司更名为“博通”。
然后是思佳讯（Skyworks）。2006年，思佳讯分拆基带业务专注射频，之后接连并购两家PA厂商，成为全球第一大PA供应商。2014年，思佳讯与松下合资成立FilterCo涉足BAW滤波器业务，其后收购松下剩余股权，至此填上了最后一块业务短板。
至于科沃（Qorvo），其本身就是龙头联姻的结果。2008年后，PA和天线开关大厂RFMD业务接连受挫，先是2G市场增长乏力，然后是PA市场被思佳讯超越。到了2014年，RFMD与擅长SAW和BAW滤波器的TriQuint合并。如此，Qorvo诞生之初，便打通了全产业链。
最后是村田（Murata）。村田本来主营被动元器件，2012年4G爆发之际重金加注SAW滤波器，并在这一市场中高端产品占据统治地位。即便到了BAW滤波器占优的高频领域，村田也率先研发出TC-SAW（温度补偿型）滤波器与之对抗。为了补足PA短板，村田之后并购了瑞萨PA部门和美国Peregrine半导体。
总结国际射频巨头的并购之路，可以发现三条规律：
其一，并购发起者多有一个特别长的长板，在优势领域并购有利于保证产品竞争力，迅速扩大市场占有率。思佳讯收购两家PA公司成为全球第一个PA供应商，是一个典型的案例。
其二，射频前端模组化要求不能有短板。思佳讯收购BAW滤波器公司，村田收购PA公司，是同样的道理。如果射频模组中有一类关键器件需要外购，成本端就是不可控的，不利于做高毛利率。
其三，移动通信制式升级换代是射频行业洗牌的关键节点。思佳讯在3G前夜切入PA，村田在4G发展初期重金加注SAW滤波器，都为后来分别占据细分射频市场头把交椅奠定了基础。
在跨国巨头纷纷通过并购手段，自建大而全的IDM的时候，中国射频公司早早开始了 探索 。三家公司最具代表性，一家是中国台湾地区的稳懋，纯代工模式；另外两家是中国大陆地区的好达和三安，分别为IDM和代工。
先看稳懋。
稳懋1999年成立，一开始跨过4英寸砷化镓产线直接建6英寸，但彼时工艺极不成熟，破片率高达10% 20%，稳定量产难度极大。在外部股东输血支持下，稳懋坚持技术攻关，终于在2006年攻克PHEMT、HBT等关键技术，产线生产效率提高同时，破片率也大大降低到0.5%以下。2007年，稳懋扭亏为盈。目前，稳懋在砷化镓晶圆代工领域占据了接近八成的市占率。
因在砷化镓代工领域的绝对优势，稳懋赢得了两类客户的支持。一类是大陆的PA公司，另一类则是博通和苹果等业务规模庞大、有射频芯片委外制造需求的美国公司。这些客户支撑了稳懋高达上千亿新台币的建厂计划。
既然是代工，有一条还格外重要，那就是严守中立，诚信可靠。2017年，博通旗下的安华高入股稳懋，却同意不进入董事会，就是为了保证其独立可靠。没有这一点，苹果恐怕也很难选择稳懋为自研射频元件的代工商。
从稳懋的案例可见，射频代工也是一个可持续的大生意。要做好，关键在于两点，一个是要在研发上死磕，制造技术要有一个很长的长板，能够提供先进的、全方位的服务；另一个就是在经营上不抢客户的生意，让客户放心。长此以往，便能形成正循环。
相比于稳懋，大陆地区的两个玩家则分别有着明显的短板。
好达成立于1999年，是大陆 历史 最为悠久的射频IDM。2005年，好达研发出手机滤波器。但直到2015年，村田SAW滤波器缺货，好达才迎来一波发展机遇。
相比于好达，三安是射频芯片业界的新生，2014年才切入射频业务，但发展迅速。2021年，三安的SAW滤波器客户已达数十家，产量也从原先的季产1000万跃升至最近的月产1000万颗，由此成为好达在中低端市场的强大对手。
在一些业内人士看来，三安的问题和好达有些类似——在中高端射频产品领域表现乏力，比如没有BAW滤波器。这会衍生一个较大的问题，即模组化的时候面临掣肘，向别人外购成本较高。
总结好达和三安的经验，有两条规律值得注意：
其一，射频工厂一定要有一个特别长的长板，如果没有做到一条产品线的中高端，往下走会比较吃力。在自身禀赋不足的条件下投资很多设计公司，可能限制未来的发展。
其二，模组化是终局，无论是自身的制造能力，还是投资布局，一定要能拼起来射频模组。面向射频模组的器件技术壁垒高、利润率高、竞争不那么激烈，谁在射频模组领域领先，谁就站在了有利的战略位置上。
在吸取了第一代和第二代射频芯片公司的发展经验后，2018年，北纬三十八度集成电路制造有限公司（以下简称“北纬公司”）落户忻州半导体产业园，定位为SAW滤波器和PA晶圆代工厂。
2021年6月份，北纬公司4英寸SAW滤波器产线投产，迅速吸引了国内领先的滤波器设计公司——新声与之深度合作。双方合作的产品为面向射频模组的SAW滤波器。
北纬公司的合作方和产品都经过深思熟虑。
就合作方，新声是国内少数能够同时正向设计SAW和BAW滤波器的设计公司，创始人科班毕业，拥有在博通的丰富工作经验。优秀的设计公司能够很好牵引制造端，帮助工厂打磨工艺。而且，新声设计的BAW滤波器已经出货，与其绑定有利于将来在中高端射频模组的布局。
就产品选择，射频模组化的趋势已经十分明显，北纬公司选择了一开始就做能够放进模组中的滤波器。从产品定义开始，模组化对器件提出一系列更高的要求，在国内的射频芯片业是一个很好的占位。北纬公司聚集了一批来自日本、新加坡的资深专家，团队老中青结合，有能力接住。
经过短时间的磨合，新声在北纬公司代工的SAW滤波器迅速完成产品定型。双方的合作进展如此迅速，源于北纬公司的两点优势：
其一，北纬公司团队自身掌握大量的know-how。虽然是一个新公司，但是以尾藤为首的日本专家曾在NEC等大厂工作，有二十多年的芯片从业经验。SAW滤波器一个很大的难点在于一致性要求高，不能说这一次做出来的产品符合要求，下一次再做参数都变了。尾藤的解决办法是“反复看数据，让数据说话”，可见芯片老师傅的功底。
其二，北纬公司坚守代工服务的定位。SAW滤波器的另外一个难点在于射频信号很容易失真，给仿真领域建模带来较大困难。这就要求工厂工艺工程师需要与芯片设计工程师紧密配合，快速解决设计公司的问题。北纬公司最短48小时、平均一周、最长两周更新一版工艺，而国内某大厂一版工艺的更新时间一般是两个月。
绑定优秀的设计公司、选择面向模组的高产品定位、扎扎实实做好代工服务，北纬公司完成了三步走，下线的SAW滤波器产品在带宽、差损等性能指标上优于同业。
工艺难度更高的TC-SAW滤波器，则是已完成工艺研发，其样片品质因数（即Q值，衡量滤波器信号频率识别准确性的一个核心指标）更是数倍于国内同业竞争对手。
SAW和TC-SAW组合销售，有望成为北纬公司的独特竞争优势，也将使北纬公司在高难度射频芯片领域有一个特别长的长板，为之后扩展商业布局打下坚实的基础。
一个难以想象的事实是，本文所叙述的第三代射频芯片产业的代表——北纬公司，生长于山西省忻州市。
忻州是山西的一个特例——煤炭资源相对贫乏，主打农业。几年前，地方政府决心转型，为半导体产业园“量身定制”了一套特殊政策：为外籍人才提供人才公寓，解决职工子女就学问题，补贴高耗能的半导体原材料厂，电费低至不到两毛一度。
北纬公司生长于一个大环境悄然改善的山西，也的确为这片土地做出了自己的贡献：
首先是一个初具雏形的上下游芯片产业链。本地丰富的铝矾土资源，经过园区企业的处理，成为射频芯片所需的砷化镓晶圆。忻州半导体产业园不只是一个芯片工厂，而是一个芯片生态。
然后是一个极为整洁的冷暖水工程，除了服务于芯片制造，冬天还能给周围的居民区供暖，节省了数以亿计的能源成本。
最后是转型的勇气和方法。山西经济素来倚重煤炭，向 科技 产业转型，不可能凭空诞生一个天才的想法。正是北纬公司数十名驻扎在忻州的异国他乡的科学家和工程师，带动了更多富有才智的山西人回乡建设，最终将 科技 产业的梦想和方法灌输进几百万人心。
全文完，感谢您的耐心阅读。
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