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21深度丨资本蜂拥第三代半导体:新能源拱火，直道超车下机遇风险并存

21世纪经济报道记者倪雨晴 深圳报道现在越来越多的企业在布局第三代半导体公司，购置相关设备都比较紧张最近几天，一家LED供应链人士向21世纪经济报道记者表示

尽管设备抢手和供应链短缺大环境有关，但是第三代半导体市场的火热可见一斑在日前集邦咨询化合物半导体新应用前瞻分析会上，集邦咨询化合物半导体分析师龚瑞骄表示:据我们统计，去年整个宽禁带半导体的投资规模达到了709亿，比上一年翻了一倍多

同时，第三代半导体应用需求也在增长，伴随着碳化硅进入新能源汽车产业链，氮化镓在快充上的规模化应用，第三代半导体逐步进入消费端和工业端，在功率半导体领域崭露头角。

值得一提的是，碳中和相关政策正持续对第三代半导体发展带来东风，由于碳化硅和氮化镓都有助于提升能效，企业的投入意愿也在增强日前，国家发改委等四部门印发的新方案提出，到2025年，数据中心和5G基本形成绿色集约的一体化运行格局根据天风证券的测算，若全球采用硅芯片器件的数据中心都升级为氮化镓功率芯片器件，将减少30%—40%的能源浪费而氮化镓目前已经在5G基站中使用，并且不少企业正在布局数据中心的氮化镓电源产品

眼下，第三代半导体正迎来黄金发展期，但同时也需要注意，产业仍处在初级阶段，整体规模较小，众多企业涌入，更要关注实际的市场需求。

国内探索直道超车 未来5年进入整合期

从产业链看，第三代半导体主要有衬底，外延，设计，制造，封测，应用等环节，目前国外的半导体公司仍占据核心地位，而面对确定的市场前景，国内的企业也蜂拥而至。

其中，LED产业集群是一支重要力量，因为在照明，显示等光电器件中，原本就需要使用氮化镓等材料，所以三安光电，华灿光电等企业已经具备材料和工艺的基础，以及相关生产的经验，这是他们的优势当然光电器件和功率IC之间的工艺差异明显，IC技术难度升级，产线拓展也存在着挑战

对于氮化镓的布局，华灿光电副总裁王江波向21世纪经济报道记者表示:2020年华灿光电募集约3亿元投向GaN电力电子器件领域电子电力器件与公司深耕的光电领域应用市场有所不同，但材料体系相似，工艺制备方面有一定相通之处，电力电子器件产品工艺段更为复杂，线宽控制和设备的要求更高目前6英寸硅基GaN 电力电子器件工艺已通线，预计2022年推出650V cascode产品，2023年具备批量生产和代工能力

在未来的产品规划上，王江波表示，华灿光电不仅仅针对快充领域，也会面向数据中心，电动汽车，通讯等领域布局。

对于华灿光电而言，切入第三代半导体一方面是产业的横向拓展，另一方面也符合公司探索高端化的路线，再看三安光电，版图更加完善，除了氮化镓产线，今年长沙的碳化硅全产业链生产线一期投产。

LED之外，拥有功率半导体经验的企业们也在加速布局，比如闻泰科技，在氮化镓功率器件领域频频落子并出货，旗下安世半导体也和汽车企业进行合作国内功率半导体龙头华润微积极布局第三代半导体，已有碳化硅产品量产，也研发了氮化镓器件制造领域，以北方华创，中微为代表的设备厂商也迎来第三代半导体的增量市场

同时，诸多专注于做第三代半导体的国内公司也在成长中，比如氮化镓功率芯片领域迅速增长的英诺赛科，碳化硅领域的基本半导体，天科合达，天岳先进，同光晶体等等，并且聚焦在衬底环节的企业尤其多。

和国外相比，国内企业仍存在差距，龚瑞骄告诉记者:第一个是碳化硅的衬底，海外目前是6英寸转8英寸，国内现在是4英寸转6英寸，有很大差距，另一个海外商用碳化硅使用了MOS管，而国内还在使用二极管。。

有业内人士指出，碳化硅在中国100多个项目，几乎没有做车规级的，因为行业门槛很高，车规级和工业级，消费级相比，做可靠性实验的时间完全不一样，不是一个数量级，其表示:消费级只需要几十小时，工业级要几百小时，而车规级要几千小时，因为坐上车，最重要的是安全，一个车厂要采用一个车规级的器件没有三五年是不行的虽然国内的汽车厂也有跟一些企业合作，但是要长期合作，国内的车厂采用的车规级的进口的器件，芯片都存在供应紧张的问题现在国内车厂的国产化有巨大的空间，我们首先要和国外的车规级芯片，器件首先做到同等水平，在此基础上再去发展新的创新

在最近几年的科技博弈中，国内对半导体产业关注空前，第三代半导体也被视为弯道超车的一个方向，对此，上述业内人士谈道:其实在弯道的时候跑快了容易摔跤，正确的做法是在直线的时候超车现在国内是遍地的游击队，要直线超车就要打造军团，海外也是这么一个过程，有了资本的支持，可以把这些游击队整合起来，去实现直线超车所以未来5年，我预测是一个整合的过程

碳化硅整合 氮化镓起步

虽然相比硅市场，第三代半导体的市场份额还很小，现在主要聚焦在功率半导体等领域，但是增长空间巨大。

龚瑞骄谈道，受益于新能源革命，下游的光伏，储能，新能源汽车以及工业自动化的爆发，功率半导体行业迎来了新的高景气周期，整个功率半导体，分离器件和模块的市场规模将从2020年的204亿美金增长到2025年的274亿美金，宽禁带半导体的市场规模将从2020年的不到5%达到2025年的接近17%。

第三代半导体材料目前产业化主要集中在碳化硅和氮化镓两个方向，其中碳化硅应用已有十多年，产业化更加成熟。

我们预测全球的SiC功率市场规模将从2020年的6.8亿美元增长到2025年的33.9亿美元，其中新能源汽车将成为最主要的驱动力，SiC将在主逆变器，OBC，DCDC中取得主要的应用，另外在车外的充电桩和光伏储能领域有很大的应用在这两年光伏储能领域SiC会有加速的渗透，当然它和汽车市场还是远远不能比龚瑞骄分析道

在全球碳化硅市场上，科锐，意法半导体，英飞凌，罗姆等一线厂商持续加码，并进入到产业链一体化竞争的过程中龚瑞骄谈道:英飞凌，罗姆等等厂商都在向上游延伸，涉及到材料领域，特别是对SiC衬底的争夺主要是基于以下两点原因，第一是因为SiC衬底的高产品附加值，第二是因为SiC衬底的技术制程非常复杂，它的晶体生长非常缓慢，也成为SiC晶圆产能的关键制约点未来我们认为取得一个SiC衬底的资源也会成为进入下一代电动车功率器件的入场门票

再看最近几年来兴起的氮化镓市场，基于快充市场而崛起，这个赛道上既有纳微半导体等新兴企业，也有PI等老牌公司龚瑞骄表示:GaN的市场还处于一个初期阶段，目前在消费市场快速起量，苹果今年推出了140瓦的GaN快充，我们也认为GaN确实需要从消费电子做一个过渡，反复验证它的可靠性，然后建立一个产能和生态的格局，方便以后推向工业级以及车规级另外GaN整个市场规模将会从2020年的4800万美元增长到2025年的13.2亿美元除了消费电子，我们认为它会有很大应用的产品是新能源汽车，电信以及数据中心

在他看来，伴随着集成度的提升，氮化镓还是IDM和垂直分工并存IDM中，除了英诺赛科等极少数的初创企业，都是以传统大厂为主，在垂直分工领域基本上都是初创企业，也成为行业关键的推动力

不难看出，近5年内，第三代半导体规模将迎来数倍的扩张，这也体现在设备需求的增长上设备龙头AIXTRON副总经理方子文向21世纪经济报道记者表示:不少客户在积极扩产，整体来看，市场上第三代半导体等材料明确增长，其中氮化钾，碳化硅，还有磷化铟三种材料增长最为明显

此外，方子文还谈道，由于受到全球产业链短缺的影响，目前相关设备的交付周期从6个月延长至8—9个月左右，但是设备厂商整体产能充足。

成本，良率，需求的多重挑战

碳化硅有了十多年的应用发展，相比氮化镓更为成熟，在和硅的竞争中，由于器件本身的特性，碳化硅替代的工艺更方便，相对而言氮化镓难度更大但是就在近两三年，氮化镓在快充这一赛道得到了验证，650伏快充这一消费级市场起来后，产业迅速开始规模化，而不论良率提升还是成本下降都需要规模化来进行正循环

由于硅工艺已经非常成熟，在单个芯片成本上具有优势，根据消息显示，碳化硅或氮化镓的单个器件可以高达硅的4倍从汽车来说，单个的成本可能高到两倍左右，但是降低了系统性成本，比如应用到汽车上可以减轻汽车相关组件的体积，提高效率，进而就可以缩小电池成本，所以从整车系统看，成本还是下降的龚瑞骄向记者举例道

但是对于第三代半导体企业而言，依然面临成本的挑战，产业链的各个环节也在想方设法降本增效，提升良率，多位从业者向21世纪经济报道记者表示，伴随着量产推进，成本将会快速下降。

其中，设备商扮演着重要角色，产业发展起来，最关键的就是要节省成本，今天相比竞争对手，爱思强有10%到15%的成本优势，我们预计在2023年还可以继续下降25%左右的成本，方子文谈道，在氮化镓领域，我们的生产成本到2023年会持续下降20%到30%左右，我们的产能也会提升20%到30%左右。该院官网资料显示，深圳第三代半导体研究院是面向2030国家第三代半导体战略需求，围绕建设世界科技强国的战略目标，依托第三代半导体产业技术创新战略联盟，通过资源整合，优势互补，错位发展，创新体制机制打造的开放式，国际化，全链条的第三代半导体协同创新平台。

这又和自动化产线息息相关，众所周知硅芯片产线自动化程度已经非常高，产线上人力要素减少，可以全年无休运转，第三代半导体也将经历这一进化过程方子文回顾道:8年前就有客户表示，氮化镓材料非常好，但是没法用，因为当时产线还处在手工作坊的做法所以他们对我们提出了设备自动化的要求，这样才能和现有的器件在工艺流程上进行竞争于是我们很早期的时候就进行了氮化镓设备的研发，之后快充市场爆发，市场崛起

导入全自动化的生产模式后，第三代半导体能以更低的成本进入市场，在方子文看来，第三代半导体SiC和GaN是一个非常大的市场，在和硅直接做竞争，这需要产业链上下游的配合，从Performance，到放量，终端客户验证都需要很好的配合，才能让SiC，GaN最终走量，进入产业化的进程。

在不少业内人士看来，第三代半导体在技术层面并没有太大瓶颈，国内外的实验室能够进行技术攻关，但是最关键的在于量产，这就涉及到团队的生产经验，人才构成等因素。

生产之外，第三代半导体企业还面对着盈利，需求的考验，有产业链人士向记者表示:功率器件生意很难做，有时甚至要倒贴比如在不少商务合同中，如果出现产品赔偿的问题，功率器件企业还需要赔偿客户损失的利润，而非器件本身的成本，因此前端承受的风险较大，一些投资机构开始会优先选择封装环节企业来降低风险

因此，多位半导体资深人士也向记者谈道，对于新晋企业，一定要紧贴市场需求，不能只是投资驱动发展，更需要明确出海口，进行差异化的产业竞争。研究院立足深圳，覆盖粤港澳大湾区，面向全国，力争成为国家第三代半导体技术创新中心，推动中国第三代半导体全产业链进入世界先进行列。