? ? 第(di)三代半(ban)導(dao)體(ti)是以碳化硅SiC、氮化鎵(jia)GaN為主(zhu)的寬(kuan)禁帶(dai)半(ban)導(dao)體(ti)材料，具有高擊穿電場、高飽和電子(zi)速度(du)、高熱導(dao)率(lv)(lv)、高電子(zi)密度(du)、高遷(qian)移(yi)率(lv)(lv)、可承受大功率(lv)(lv)等(deng)特點。
一、材料：
? ? 第一(yi)代半(ban)導體材(cai)料，發明并實用(yong)于(yu)20世紀50年代，以硅（Si）、鍺（Ge）為代表，特別(bie)是Si，構(gou)成(cheng)了(le)一(yi)切邏輯器件(jian)的基礎。我們的CPU、GPU的算力，都離(li)不開(kai)Si的功勞(lao)。? ? 第(di)二代(dai)半導(dao)體(ti)材(cai)料，發明(ming)并實(shi)用于20世紀80年代(dai)，主要是(shi)指化合(he)物半導(dao)體(ti)材(cai)料，以砷化鎵(jia)（GaAs）、磷化銦（InP）為(wei)代(dai)表。其中GaAs在射頻功放(fang)器件中扮演重要角色，InP在光(guang)通信器件中應(ying)用廣泛……? ? 而第三代半(ban)(ban)導(dao)體，發明并實用于本世紀初(chu)年，涌現出了(le)碳化(hua)硅（SiC）、氮(dan)化(hua)鎵（GaN）、氧化(hua)鋅（ZnO）、金剛(gang)石（C）、氮(dan)化(hua)鋁（AlN）等具(ju)有寬禁(jin)(jin)帶（Eg＞2.3eV）特性(xing)的新興半(ban)(ban)導(dao)體材(cai)料，因此(ci)也被(bei)成為(wei)寬禁(jin)(jin)帶半(ban)(ban)導(dao)體材(cai)料。
? ? 第(di)一代半導體材料，屬于(yu)間接(jie)(jie)帶(dai)(dai)(dai)隙(xi)(xi)，窄(zhai)帶(dai)(dai)(dai)隙(xi)(xi)；第(di)二代半導體材料，直接(jie)(jie)帶(dai)(dai)(dai)隙(xi)(xi)，窄(zhai)帶(dai)(dai)(dai)隙(xi)(xi)；第(di)三代半導體材料，寬禁帶(dai)(dai)(dai)，全組分(fen)直接(jie)(jie)帶(dai)(dai)(dai)隙(xi)(xi)。? ? 和傳統半導(dao)體材料相比(bi)，更(geng)寬的(de)禁帶寬度(du)允許(xu)材料在(zai)更(geng)高的(de)溫(wen)度(du)、更(geng)強的(de)電(dian)壓與更(geng)快的(de)開關頻率下運行(xing)。? ? 第一代半導體材料(liao)主要用于分立器件和芯片(pian)制造；? ? 第二代半導(dao)體材料(liao)主要(yao)用于制(zhi)作高(gao)速(su)、高(gao)頻、大功率以及(ji)發(fa)光電子器件(jian)，也是制(zhi)作高(gao)性能微波(bo)(bo)、毫米波(bo)(bo)器件(jian)的優良材料(liao)，廣(guang)泛應用在微波(bo)(bo)通信、光通信、衛(wei)星(xing)通信、光電器件(jian)、激光器和衛(wei)星(xing)導(dao)航等領域。? ? 第(di)(di)三代半導體材料廣泛用于制作(zuo)高溫、高頻、大功率(lv)和抗輻射電子(zi)(zi)器件(jian)，應用于半導體照明、5G通信(xin)(xin)(xin)、衛(wei)星(xing)通信(xin)(xin)(xin)、光通信(xin)(xin)(xin)、電力電子(zi)(zi)、航空航天等領域。第(di)(di)三代半導體材料已(yi)被認為是當今電子(zi)(zi)產業發(fa)展的新動力。? ? 碳化(hua)硅（SiC）（第(di)三代(dai)）具有高(gao)(gao)(gao)(gao)臨界磁(ci)場(chang)、高(gao)(gao)(gao)(gao)電(dian)子(zi)(zi)飽(bao)和速度(du)與(yu)極(ji)高(gao)(gao)(gao)(gao)熱導率等特點(dian)，使得(de)其器件(jian)(jian)適(shi)用于(yu)(yu)高(gao)(gao)(gao)(gao)頻高(gao)(gao)(gao)(gao)溫的應用場(chang)景，相較于(yu)(yu)硅器件(jian)(jian)（第(di)一代(dai)），可(ke)以顯著降低開關(guan)損耗。因此，SiC可(ke)以制(zhi)造高(gao)(gao)(gao)(gao)耐壓、大功(gong)率電(dian)力電(dian)子(zi)(zi)器件(jian)(jian)如(ru)MOSFET、IGBT、SBD等，用于(yu)(yu)智能(neng)(neng)電(dian)網(wang)、新(xin)能(neng)(neng)源汽車等行業。與(yu)硅元器件(jian)(jian)（第(di)一代(dai)）相比，氮化(hua)鎵（GaN）（第(di)三代(dai)）具有高(gao)(gao)(gao)(gao)臨界磁(ci)場(chang)、高(gao)(gao)(gao)(gao)電(dian)子(zi)(zi)飽(bao)和速度(du)與(yu)極(ji)高(gao)(gao)(gao)(gao)的電(dian)子(zi)(zi)遷移(yi)率的特點(dian)，是(shi)超高(gao)(gao)(gao)(gao)頻器件(jian)(jian)的極(ji)佳選擇，適(shi)用于(yu)(yu)5G通信、微(wei)波射頻等領域的應用。? ? 第三代(dai)半導體(ti)材料具(ju)有抗高(gao)溫、高(gao)功率、高(gao)壓、高(gao)頻以(yi)及高(gao)輻射等特(te)性，相比第一代(dai)硅（Si）基半導體(ti)可以(yi)降低50%以(yi)上(shang)的能(neng)量(liang)損失(shi)，同時使裝備(bei)體(ti)積減小75%以(yi)上(shang)。
? ? 第三代半導體屬于后摩爾定律概念，制程和設備要求相對不高，難點在于第三代半導體材料的制備，同時在設計上要有優勢。
? ? 由于制造設(she)備(bei)、制造工(gong)藝以(yi)及成(cheng)本的劣(lie)勢(shi)，多年(nian)來第(di)三代半(ban)導體材料只是在小(xiao)范圍內應用，無法挑戰Si基半(ban)導體的統治地位。? ? 目前(qian)碳化硅(gui)（SiC）襯底技術(shu)相對簡(jian)單，國(guo)內已(yi)實現4英寸量產，6英寸的研發也已(yi)經完成。氮化鎵（GaN）制備技術仍有(you)待(dai)提升，國內企業目前可以小批量生產(chan)2英(ying)寸襯(chen)底(di)，具備了4英(ying)寸襯(chen)底(di)生產(chan)能力(li)，并開(kai)發出6英(ying)寸樣品(pin)。? ? 在5G和新能源汽車等新市場需求的驅動下，第三代半(ban)導(dao)體(ti)材料有望迎(ying)來加速發展。
? ? 隨著5G、新能(neng)(neng)源汽(qi)車(che)等新市場出(chu)現，硅(gui)（Si）基半導體的(de)性能(neng)(neng)已無法完(wan)全滿足需(xu)求，碳化硅(gui)（SiC）和氮(dan)化鎵（GaN），即第三代(dai)半導體的(de)優勢被放大。
? ? 另外，制備技術進步使得碳(tan)化(hua)硅（SiC）和(he)(he)氮化(hua)鎵（GaN）器件成本不斷下降(jiang)，碳(tan)化(hua)硅（SiC）和(he)(he)氮化(hua)鎵（GaN）的性價(jia)比優勢將充(chong)分顯現，? ? 第三(san)代半導體(ti)未來核(he)心增長點碳化硅(gui)（SiC）和氮化鎵（GaN）有各自的優勢領(ling)域。一(yi)、碳化(hua)硅（SiC）
? ? 常被用于(yu)功率(lv)(lv)器(qi)件(jian)，適用于(yu)600V下的(de)高(gao)壓場(chang)景(jing)，廣泛應用于(yu)新能(neng)源汽車、充電(dian)樁(zhuang)、軌(gui)(gui)道交通、光伏、風電(dian)等電(dian)力(li)電(dian)子領域。新能(neng)源汽車以及軌(gui)(gui)道交通兩個領域復合增(zeng)(zeng)速較快，有(you)望成為(wei)SiC市場(chang)快速增(zeng)(zeng)長(chang)的(de)主(zhu)要驅(qu)動力(li)。預(yu)計(ji)到2023年，SiC功率(lv)(lv)器(qi)件(jian)的(de)市場(chang)規模(mo)將超過15億美(mei)元，年復合增(zeng)(zeng)長(chang)率(lv)(lv)為(wei)31%。? ? 在新能源汽車(che)領(ling)域，碳化硅(gui)（SiC）器件主要可以應用于功率控(kong)制單元(yuan)、逆變器、車(che)載充(chong)電器等方面。SiC功率器件輕(qing)量化、高效(xiao)率、耐高溫的特性有(you)助于有(you)效(xiao)降低新能源汽車(che)系統成本。? ? 2018年特斯拉Model 3采用了意(yi)法半(ban)導(dao)體生產的SiC逆(ni)變(bian)器(qi)，是第(di)一家在主逆(ni)變(bian)器(qi)中集成全SiC功率(lv)模塊的車企(qi)。? ? 以(yi)Model 3搭載的SiC功率(lv)(lv)器件為例，其輕量(liang)化的特(te)性(xing)節省了(le)(le)電動(dong)汽車(che)內部空間(jian)，高效(xiao)率(lv)(lv)的特(te)性(xing)有(you)效(xiao)降低(di)了(le)(le)電動(dong)汽車(che)電池成本，耐高溫的特(te)性(xing)降低(di)了(le)(le)對冷(leng)卻(que)系統的要(yao)求，節約了(le)(le)冷(leng)卻(que)成本。? ? 此外(wai)，近期(qi)新上市(shi)的比亞迪漢EV也搭載(zai)了比亞迪自主研發并制(zhi)造的高(gao)性能SiC-MOSFET 控制(zhi)模塊(kuai)。2、【軌(gui)道交(jiao)通(tong)】? ? 在軌道交(jiao)通(tong)領域，SiC器(qi)件主要應用于(yu)軌交(jiao)牽引變流器(qi)，能(neng)大(da)幅(fu)提升牽引變流裝置(zhi)的效率，符合軌道交(jiao)通(tong)綠色化(hua)(hua)、小型化(hua)(hua)、輕量化(hua)(hua)的發展趨勢。? ? 近(jin)日完成調試的(de)蘇州3號線0312號列車是(shi)國內首個(ge)基于SiC變流技(ji)術(shu)的(de)牽引(yin)系(xi)統項目。采用完全的(de)SiC半導(dao)體技(ji)術(shu)替(ti)代傳統IGBT技(ji)術(shu)，在提高系(xi)統效率的(de)同時(shi)降低了噪(zao)聲，提升了乘客(ke)的(de)舒適度(du)。? ? 側重(zhong)高(gao)頻性(xing)能，廣泛(fan)應用于基站、雷(lei)達(da)、工(gong)業、消費電子領(ling)域：? ? GaN射(she)頻器件更能有效滿足5G高(gao)功(gong)率、高(gao)通信頻段的(de)(de)(de)要求。5G基(ji)站以及(ji)快充兩個(ge)領域復合增(zeng)(zeng)速(su)較(jiao)快，有望成為GaN市場快速(su)增(zeng)(zeng)長的(de)(de)(de)主要驅動力。基(ji)于GaN工藝(yi)的(de)(de)(de)基(ji)站占比將由(you)50%增(zeng)(zeng)至58%，帶來大量GaN需求。預計到2022年，氮化鎵（GaN）器(qi)件的市場規模將(jiang)超過25億美(mei)元，年復合增長(chang)率為17%。? ? GaN具備導通電阻小、損耗低以及能(neng)源轉換(huan)效率高等優(you)點，由(you)GaN制成的(de)充(chong)電器還(huan)可(ke)以做到(dao)較小的(de)體積。安(an)卓端率先將GaN技術導入到(dao)快充(chong)領(ling)域，隨(sui)著GaN生產(chan)成本(ben)迅速下降，GaN快充(chong)有望成為消費電子領(ling)域下一個(ge)殺手級(ji)應用。預計全(quan)球GaN功率半導體市場規(gui)模從(cong)2018年的(de)873萬(wan)美(mei)元增長到(dao)2024年的(de)3.5億美(mei)元，復合(he)增長率達到(dao)85%。? ? 2019年9月，OPPO發布國內首款GaN充(chong)電(dian)器SuperVOOC 2.0，充(chong)電(dian)功率為65W；2020年2月，小(xiao)(xiao)米(mi)推出65W GaN充(chong)電(dian)器，體積比(bi)小(xiao)(xiao)米(mi)筆記本(ben)充(chong)電(dian)器縮(suo)小(xiao)(xiao)48％，并且售價(jia)創下業內新低。? ? 隨著GaN技術逐(zhu)步提(ti)升，規模效(xiao)應(ying)會(hui)帶動(dong)成本越(yue)來(lai)越(yue)低，未來(lai)GaN充電(dian)器的滲(shen)透率會(hui)不(bu)斷提(ti)升。一、中國在第一代(dai)半(ban)導體材料，以(yi)硅（Si）為代(dai)表(biao)和全球的差距最(zui)大。
1、生產設(she)備：幾乎(hu)所有(you)的(de)(de)晶圓代工(gong)廠都會用到(dao)美國(guo)(guo)公司(si)的(de)(de)設(she)備(bei)(bei)，2019年全球(qiu)前5名芯片(pian)設(she)備(bei)(bei)生(sheng)產商3家(jia)來自美國(guo)(guo)；而(er)中(zhong)國(guo)(guo)的(de)(de)北方華創、中(zhong)微半(ban)導體、上(shang)海微電子等中(zhong)國(guo)(guo)優(you)秀(xiu)的(de)(de)芯片(pian)公司(si)只(zhi)是在(zai)刻蝕設(she)備(bei)(bei)、清洗設(she)備(bei)(bei)、光刻機等部(bu)分(fen)細分(fen)領(ling)(ling)域實現突破，設(she)備(bei)(bei)領(ling)(ling)域的(de)(de)國(guo)(guo)產化率還不到(dao)20%。2、應用材料：美(mei)國(guo)(guo)已連續多(duo)年位列第一(yi)，我國(guo)(guo)的高端光刻膠幾乎(hu)依賴進口，全球5大硅晶(jing)圓的供應(ying)商占據了高達92.8%的產能，美(mei)國(guo)(guo)、日(ri)本、韓國(guo)(guo)的公司具(ju)有壟斷地位。3、生(sheng)產代工：2019年(nian)臺積電市場占(zhan)有率高達52%，韓國三星占(zhan)了18%左右，中國最優秀的(de)芯片制造公(gong)司中芯國際只占(zhan)5%，且在制程上前面兩個相差30年(nian)的(de)差距。二、中(zhong)國第二代半導(dao)體(ti)材料(liao)代表(biao)的砷化(hua)鎵（GaAs）已(yi)經有(you)突破的跡象。1、砷(shen)化鎵晶圓環節：根據Strategy Analytics數據，2018年前四大(da)砷化鎵外延片(pian)廠商為IQE（英國）、全(quan)新(xin)光電(dian)（VPEC，臺(tai)灣）、住友化學（Sumitomo Chemicals，日本(ben)）、英特(te)磊（IntelliEPI，臺(tai)灣），市場占有(you)率分別為54%、25%、13%、6%。CR4高(gao)達98%。2、在砷化鎵(jia)晶圓制造環節（Foundry+IDM）：臺灣(wan)系代(dai)(dai)工廠為主(zhu)流，穩懋（臺灣(wan)）一家獨大，占(zhan)據(ju)了砷化鎵晶圓代(dai)(dai)工市場的 71%份額，其次為宏捷（臺灣(wan)）與環宇（GCS，美國），分(fen)別為9%和8%。3、從砷(shen)化鎵(jia)產(chan)品(pin)來看（PA為主(zhu)），全球競爭格局也是(shi)以歐美(mei)產商為主，最大(da)Skyworks（思佳(jia)訊），市場(chang)占有(you)率為30.7%，其次(ci)為Qorvo（科沃，RFMD和(he)TriQuint合(he)并而成(cheng)），市場(chang)份額為28%，第三名(ming)為Avago（安華高，博通收(shou)購）。這三家都(dou)是(shi)美(mei)國企業。? ? 在砷化鎵三(san)大產業鏈環節：晶圓、晶圓制造代工、核心元器件環節，目前都以歐美、日(ri)本和臺灣廠(chang)商為主(zhu)導(dao)。中(zhong)國企業起(qi)步晚，在產業鏈中(zhong)話語權不強。? ? 不過(guo)從三(san)個環節來看(kan)，已經有突破(po)的(de)跡象。如華為就是將手機(ji)射頻關鍵部件PA通過(guo)自(zi)己研發然后轉(zhuan)單給(gei)三(san)安光電代工的(de)。4、中國在以氮化鎵（GaN）和(he)碳化硅（SiC）為代(dai)表第三代(dai)半導(dao)體(ti)材料方面有追趕和(he)超車的良機。? ? 由于第三代半導體(ti)材(cai)料及應用產業(ye)(ye)發(fa)明并實(shi)用于本世紀初年，各(ge)國(guo)的(de)研究和水平相差不遠(yuan)，國(guo)內產業(ye)(ye)界和專(zhuan)家認為第三代半導體(ti)材(cai)料成(cheng)了我們擺(bai)脫(tuo)集成(cheng)電路（芯(xin)片）被動(dong)局(ju)面，實(shi)現芯(xin)片技術追(zhui)趕(gan)和超(chao)車的(de)良機。就(jiu)(jiu)像汽(qi)車產業(ye)(ye)，中國(guo)就(jiu)(jiu)是利用發(fa)展(zhan)新能源汽(qi)車的(de)模式來拉近和美、歐、日系等汽(qi)車強(qiang)國(guo)的(de)距離(li)的(de)，并且在(zai)某些領(ling)域實(shi)現了彎道超(chao)車、換道超(chao)車的(de)局(ju)面。三代半材(cai)料性能優異、未(wei)來應用廣泛，如果從(cong)這方面趕(gan)超(chao)是存在(zai)機會的(de)。