第三代半导体进入爆发增长期？

2018年下半年，随着英特尔酷睿X处理器和英特尔至强W-3175X处理器陆续投入市场，“英特尔处理器缺货”情况得到缓解。随着产能的提升，市场需求得以满足，2019年第一季度服务器和PC出货量升高，同步带动了MOSFET等功率半导体的市场需求。在市场机遇打开的背景下，中国功率半导体厂商是否可以抓住机遇？

MOSFET需求反d

大中、杰力、尼克森等厂商运营惨谈的局面或将被打破。2019年，英特尔处理器出货量提升，带动MOSFET市场需求，大中、杰力、尼克森等厂商提升投片量。去年下半年，高性能细分市场内，英特尔至强和英特尔酷睿处理器出现供不应求，抑制了笔记本电脑与服务器的出货量，进而导致MOSFET供应商大中、杰力、尼克森等厂商显卡库存过多，业绩并不理想。随后，英特尔首席财务官兼临时首席执行官Bob Swan在公开信中表示，2018年英特尔资本支出创较年初计划增加了约10亿美元，主要用于14nm生产基地，提高出货量，应对市场不断增长的需求。2018年11月，英特尔酷睿X系列处理器正式上市。同年12月，英特尔至强W-3175X处理器出货，缺货情况得以缓解，带动2019年第一季度服务器和笔记本电脑出货量回升。

专家指出，服务器和笔记本电脑出货量的提升将同步拉动MOSFET投片，供应商第一季度将维持较高的MOSFET投片量。一时间，MOSFET等功率器件再次回到热点话题。2018年，包括MOSFET在内的功率器件涨价严重，电容甚至涨幅十几倍，供不应求的产能促使很多中小型企业难以取得货源。“涨价”过后，整个功率器件市场重新洗牌，很多以MOSFET为元器件的小厂商逐一倒闭。

产业化仍是难题

目前全球功率器件发展已经达到一定规模。美国、德国、日本、欧洲几家大公司的器件设计技术、芯片制造工艺、器件封装驱动技术陆续更新升级。与其相比，中国功率器件一直存在较大差距。但是随着宽禁带半导体的到来，全球碳化硅、氮化镓等技术和产业都尚未成熟，新兴市场在一定程度上给每个厂商同样的机遇，这或许是中国功率器件产业发展的机会。

根据Yolo公司的统计数据，预计到2020年，4英寸碳化硅晶圆的市场需求保持在10万片左右，单价将降低25%；6英寸碳化硅晶圆的市场需求将超过8万片。预计2020~2025年，4英寸碳化硅晶圆的单价每年下降10%左右，市场规模逐步从10万片市场减少到8万片，6英寸晶圆将从8万片增长到20万片；2025~2030年，4英寸晶圆逐渐退出市场，6英寸晶圆将增长至40万片。

重视标准和可靠性研究

首先是可靠性研究不深入的弊端。宽禁带功率器件作为新兴技术和产业，存在相当程度的沿用传统标准、可靠性研究不深入的弊端，严重制约了市场推广和产业化应用。中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟建议组织力量，开展符合宽禁带功率器件的标准和可靠性的研究，加快标准的制定和推广。此外，在开展国际视野下进行顶层设计和战略规划也是重要的一环。

相关人士表示，我国宽禁带功率器件产业的发展离不开国际上该领域的发展，其发展规律必须符合国际发展趋势，建议站在国际高 科技 产业的高度，对我国宽禁带半导体器件产业的发展进行科学的规划和合理的布局。

中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟建议，依托已有宽禁带半导体产业基础，加强科学规划，完善现有产业集聚区布局和配套产业链建设，推动垂直整合和横向合作，打造具备竞争力的产业集群。制定措施和优惠政策，推动企业实施更加积极自主的开放战略，鼓励企业坚持自主创新与“走出去”相结合，充分利用国际国内两种资源、两个市场，提高国际合作水平与质量，争取为该领域的国际发展做出积极的贡献。

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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