会后解读:揭秘第三代半导体新赛道

2020-10-22 15:19:27 来源: 国星光电官微

  目前,国家2030计划和“十四五”国家研发计划已明确第三代半导体是重要发展方向。在上周五(10月16日),国星光电002449)举办了2020第一届国星之光论坛,而论坛的主角之一,就是第三代半导体。那么到底什么是第三代半导体呢?为什么说第三代半导体有望成为国产替代希望?

  第三代半导体也被称为宽带隙半导体,主要是以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的宽带隙半导体材料,其带隙宽度大于2.2eV,是5G、人工智能、工业互联网等多个“新基建”产业的重要材料,同时也是世界各国半导体研究领域的热点。

  与以硅(Si)材料为代表的第一代半导体材料,和以砷化镓(GaAs)为代表的第二代半导体材料相比,以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料具备「五高」特性:高光效、高功率、高电压、高频率、高工作温度。

  Si作为集成电路最基础的材料,构筑了整个信息产业的最底层支撑。人类对Si性能的探索已经非常成熟,然而一些固有的缺点却无法逾越,如光学性能、高压高频性能等。与此同时第三代半导体以其恰好弥补Si的不足而逐步受到半导体行业青睐,成为继Si之后最有前景的半导体材料。

  第三代半导体材料主要可应用于光电、电力电子、和微波射频三大领域。从当前来看,碳化硅目前主要是用在650V以上的高压功率器件领域,而氮化镓主要是用在650V以下的中低压功率器件领域及微波射频和光电领域。不过未来,氮化镓也有机会进一步往600~900V发展。

  具体而言

  光电方向是截至目前应用最为成熟的领域,已被验证是一场成功的技术革命。LED从无到有,快速发展,直至现在发展为千亿美元的规模,是一个新材料开发推动社会变革的典范。目前应用于包括显示、背光、照明等领域,其中Micro LED与UVC LED因仍然存在技术挑战,且具备新的市场想象空间,被产业寄予厚望。

  功率器件方向广泛用于智能电网、新能源汽车、轨道交通、可再生能源开发、工业电机、数据中心、家用电器、移动电子设备等国家经济与国民生活的方方面面,是工业体系中不可或缺的核心半导体产品。其中SiC 功率器件被认为未来最大的应用市场在新能源汽车,主要是功率控制单元(PCU)、逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等方面;GaN功率器件因其高频高效率的特点而在消费电子充电器、新能源充电桩、数据中心等领域有着较大的应用潜力。

  微波射频方向包括汽车雷达、卫星通讯、5G基站、预警探测等应用。相较于已经发展十多年的SiC,GaN功率器件是后进者,但它拥有类似SiC性能优势的宽禁带材料,且拥有更大的成本控制潜力,目前是射频器件最合适的材料,这在5G时代非常重要。GaN最大的拉动力也被认为是5G基站。

  据Omdia《2020年SiC和GaN功率半导体报告》[1]显示,2020年底,全球SiC和GaN功率半导体的销售收入预计将达到8.54亿美元,以未来十年年均两位数的增长率,预计2029年将超过50亿美元。

  在未来十年,受到汽车、航天电子600879)、电源、太阳光电(PV)逆变器以及工业马达的需求驱动,以SiC和GaN为代表的新兴的第三代功率半导体器件市场将以18%的速度稳步成长。预计在2022年以前,SiC和GaN功率元件的全球销售额将从2012年的1.43亿美元大幅增加到28亿美元[2]。

  可以说,第三代半导体大势所趋!

  目前,我国在光电大部分领域实现领跑,而在功率器件及射频器件方面的发展还处于跟跑和并跑阶段,因此,我国对第三代半导体器件的研究极其迫切,需加快其产业发展。

  第三代半导体材料主要以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为主,生产过程分为单晶生长、外延层生长及器件制造三大步骤,对应的是产业链衬底、外延、器件与模组等大环节。

  目前,在光电领域,国星光电在外延、芯片、封装领域均有布局,经过多年发展,已经成为国内LED封装龙头,且在目前仍然具备技术挑战和市场想象空间的Micro LED与UVC LED领域中拔得头筹。

  而在第三代半导体领域,LED+第三代半导体研究机构-行家说产业研究中心认为:在第三代半导体产业上,除了原本赛道上的玩家,拥有LED制造经验、人才储备以及资金实力的LED领军企业,切入第三代半导体也具备一定的先发优势。在LED产业工艺日趋成熟,价格竞争激烈的情况下,提前布局未来前景开阔的蓝海市场不失为极具前瞻性的战略选择。

  而基于前瞻性的战略布局与人才队伍建设,国星光电期望在国家第三代半导体的发展中能添砖加瓦,创造新的辉煌。

  参考来源:

  [1]Omdia. 2020年SiC和GaN功率半导体报告[R]. Omdia.

  [2]机械工程材料. 第三代半导体异军突起,硅基材料所面临的“危”与“机” [EB/OL]. https://www.sohu.com/a/349545659_472917.

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