第三代半導(dǎo)體材料市場分析

第三代半導(dǎo)體行業(yè)是指基于新型材料和技術(shù)的半導(dǎo)體產(chǎn)品，具有更高的性能和更低的功耗，有望在多個(gè)領(lǐng)域取得突破性的應(yīng)用。在當(dāng)前全球科技發(fā)展的背景下，第三代半導(dǎo)體行業(yè)市場具有巨大的潛力和發(fā)展空間。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一代半導(dǎo)體材料以硅（Si）為代表，以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代半導(dǎo)體材料和以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO）等寬禁帶為代表的第三代半導(dǎo)體材料。相較前兩代產(chǎn)品，第三代半導(dǎo)體的性能優(yōu)勢非常顯著且受到業(yè)內(nèi)廣泛好評。

以GaN、SiC為代表的第三代半導(dǎo)體材料最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠適應(yīng)高壓，高頻和高溫的極端環(huán)境，性能大幅提升。由于SiC和GaN的禁帶寬度遠(yuǎn)大于Si和GaAs，相應(yīng)的本征載流子濃度小于Si和GaAs，寬禁帶半導(dǎo)體的最高工作溫度要高于第一、第二代半導(dǎo)體材料。擊穿場強(qiáng)和飽和熱導(dǎo)率也遠(yuǎn)大于Si和GaAs。因此，它們是5G時(shí)代基站建設(shè)的理想材料。

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碳化硅襯底技術(shù)壁壘高，為價(jià)值鏈條核心環(huán)節(jié)。碳化硅器件的生產(chǎn)流程與硅基器件基本一致，包括襯底制備、外延 生長、晶圓制造以及封裝測試等環(huán)節(jié)，但碳化硅器件價(jià)值量存在倒掛，其成本主要集中在襯底和外延，根據(jù)CASA數(shù)據(jù)，兩者占成本比例合計(jì)70%。其中，襯底制造技術(shù)壁壘最高，成本占比高達(dá)47%，是最核心環(huán)節(jié)。

國際層面，全球碳化硅器件市場格局仍由海外巨頭主導(dǎo)。2021年全球?qū)щ娦吞蓟韫β势骷袌鲆?guī)模為10.90億美元，市場份額由海外巨頭意法半導(dǎo)體、Wolfspeed、羅姆、英飛凌、三菱電機(jī)、安森美等廠商壟斷，全球TOP 6占據(jù)99%的市場份額。

在2023年，從市場規(guī)模上看，第三代半導(dǎo)體行業(yè)市場正在快速增長。全球SiC 產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國、歐洲、日本三足鼎立態(tài)勢。其中美國全球獨(dú)大，居于領(lǐng)導(dǎo)地位，占有全球SiC產(chǎn)量的70%~80%；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈，在全球電力電子市場擁有強(qiáng)大的話語權(quán)；日本則是設(shè)備和模塊開發(fā)方面的絕對領(lǐng)先者。中國由于在LED 方面已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平，為第三代半導(dǎo)體在其它方面的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用打下了一定的基礎(chǔ)。

有消息預(yù)測，2028年中國市場市場規(guī)模將達(dá)到583.17億元，2023年到2028年復(fù)合增長率為30.83%，隨著市場的之間飽和，增速有所下降，但整體市場規(guī)模依然穩(wěn)定持續(xù)增長。

由于第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品具有更低的功耗、更高的工作頻率和更穩(wěn)定的性能，能夠滿足人們對于高速通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域的需求。且在傳統(tǒng)半導(dǎo)體市場飽和的背景下，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品的出現(xiàn)也將為行業(yè)帶來新的增長點(diǎn)。

從發(fā)展趨勢上看，第三代半導(dǎo)體行業(yè)市場呈現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)。首先，新材料的研發(fā)和應(yīng)用成為行業(yè)的核心競爭力。當(dāng)前，氮化鎵、碳化硅等材料已經(jīng)成為主流，但仍然存在著性能和成本等方面的局限性。因此，新材料的研發(fā)和應(yīng)用將是行業(yè)發(fā)展的重要方向。其次，技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)市場進(jìn)一步擴(kuò)大。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷突破，第三代半導(dǎo)體行業(yè)市場將進(jìn)一步擴(kuò)大，涉及到更多的應(yīng)用領(lǐng)域。再次，國際競爭日益激烈。隨著全球范圍內(nèi)對于科技創(chuàng)新的重視程度不斷提高，第三代半導(dǎo)體行業(yè)面臨著來自國內(nèi)外企業(yè)的激烈競爭。

2026年全球?qū)щ娦蚐iC襯底市場規(guī)模將達(dá)16億美元。2019年全球?qū)щ娦蚐iC 襯底市場規(guī)模達(dá)2.3億美元，受新能源汽車等下游領(lǐng)域的持續(xù)景氣，預(yù)計(jì)2026年將增長至16.2億美元，2019-2026年年復(fù)合增長率達(dá)32%。2026 年全球半絕緣型SiC襯底市場規(guī)模將達(dá)4億美元。2019 年全球半絕緣型SiC 襯底市場規(guī)模達(dá)1.5億美元，受益于5G滲透加速以及全球地緣政治動(dòng)蕩，預(yù)計(jì)2026年將增長至4.3億美元，2019-2026 年年復(fù)合增長率達(dá)16%。

2027年全球車用SiC 功率器件市場規(guī)模有望達(dá)50億美元。考慮到未來新能源汽車存在續(xù)航里程以及充電效率提升的需求，SiC功率器件滲透率將進(jìn)一步提升，市場規(guī)模也有望從2021年的7億美元增加至2027 年的50億美元，2021-2027 年年復(fù)合增長率將達(dá)到39%，其中，逆變器為主要應(yīng)用領(lǐng)域，2027 年全球市場規(guī)模將達(dá)46億美元，OBC 和DC/DC分別為3.4億美元和0.6億美元。

中國發(fā)展?fàn)顩r

目前中國第三代半導(dǎo)體需求遠(yuǎn)大于供給。2022年中國對第三代半導(dǎo)體的需求為28.16億個(gè)，而產(chǎn)量只有2.66億個(gè)，需求缺口巨大，常年進(jìn)口大量第三代半導(dǎo)體。隨著技術(shù)的進(jìn)步和成熟，第三代半導(dǎo)體的單價(jià)逐漸降低，2022年單價(jià)為3.97元每個(gè)，預(yù)計(jì)在將來技術(shù)的完善和產(chǎn)品的迭代，第三代半導(dǎo)體單價(jià)將會(huì)持續(xù)走低。

中國開展SiC、GaN 材料和器件方面的研究工作比較晚，與國外相比水平較低，阻礙國內(nèi)第三代半導(dǎo)體研究進(jìn)展的重要因素是原始創(chuàng)新問題。國內(nèi)新材料領(lǐng)域的科研院所和相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)大都急功近利，難以容忍長期“只投入，不產(chǎn)出”的現(xiàn)狀。因此，以第三代半導(dǎo)體材料為代表的新材料原始創(chuàng)新舉步維艱。

半導(dǎo)體行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈上游支撐產(chǎn)業(yè)、中游制造產(chǎn)業(yè)以及下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)構(gòu)成，其中上游支撐產(chǎn)業(yè)主要有半導(dǎo)體材料和設(shè)備構(gòu)成。半導(dǎo)體材料是指電導(dǎo)率介于金屬和絕緣體之間的材料，半導(dǎo)體材料是制作晶體管、集成電路、光電子器件的重要材料。半導(dǎo)體材料主要應(yīng)用在晶圓制造和芯片封測階段。在半導(dǎo)體材料市場構(gòu)成方面，大硅片占比最大，占比為32.9%，其次為氣體，占比為14.1%，光掩膜排名第三，占比為12.6%，其后分別為拋光液和拋光墊、光刻膠配套試劑、光刻膠、濕化學(xué)品、建設(shè)靶材，占比分別為7.2%、6.9%、6.1%、4% 和3%。

由于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域高端產(chǎn)品技術(shù)壁壘高，而中國企業(yè)長期研發(fā)和累計(jì)不足，中國半導(dǎo)體材料在國際中處于中低端領(lǐng)域。中國大部分產(chǎn)品的自給率較低，主要是技術(shù)壁壘較低的封裝材料，而晶圓制造材料主要依靠進(jìn)口。目前，中國半導(dǎo)體材料企業(yè)集中在6 英寸以下的生產(chǎn)線，少量企業(yè)開始打入8 英寸、12 英寸生產(chǎn)線。

目前，我國“十四五”規(guī)劃已將碳化硅半導(dǎo)體納入重點(diǎn)支持領(lǐng)域，隨著國家“新基建”戰(zhàn)略的實(shí)施，碳化硅半導(dǎo)體將在5G基站建設(shè)、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心等新基建領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

以氮化鎵、碳化硅等為代表的第三代半導(dǎo)體材料是微波射頻、功率電子、光電子的“核芯”，滿足國防安全、信息安全、智能制造、節(jié)能減排、產(chǎn)業(yè)升級等國家重大戰(zhàn)略需求。大力發(fā)展碳化硅產(chǎn)業(yè)，可引領(lǐng)帶動(dòng)原材料與設(shè)備兩個(gè)千億級產(chǎn)業(yè)，將助力我國加快向高端材料、高端設(shè)備制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的步伐。

中國碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用領(lǐng)域主要為汽車、LED及射頻器件、能源、工業(yè)、電信及基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，碳化硅在LED及射頻器件及汽車領(lǐng)域占比較重，占比分別為39.49%、36.30%。能源領(lǐng)域占比為8.50%、工業(yè)領(lǐng)域占比為6.97%、電信及基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域占比為5.73%、其它領(lǐng)域占比為 3.01%。

中國是全球最大的電動(dòng)汽車市場，電動(dòng)汽車的廣泛推廣促使碳化硅在電動(dòng)汽車動(dòng)力電子領(lǐng)域的需求迅速增長。中國在太陽能和風(fēng)能領(lǐng)域也取得了顯著進(jìn)展，碳化硅作為關(guān)鍵材料在太陽能電池和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。隨著中國制造業(yè)的不斷發(fā)展，碳化硅在冶金、化工、半導(dǎo)體制造等工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用也在增加。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，中國碳化硅行業(yè)市場規(guī)模呈現(xiàn)快速上漲態(tài)勢，2022年中國碳化硅市場規(guī)模約為43.45億元，產(chǎn)值約為20.43億元。中國碳化硅行業(yè)主要分布在華東、華南等發(fā)達(dá)地區(qū)，占比分別為32.78%、16.74%。

未來，我國將以技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展相對成熟的SiC、GaN材料為切入點(diǎn)，迅速做大第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模。聚焦材料、外延、芯片、器件、封裝、設(shè)備和應(yīng)用等第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，以合資、合作方式培育和吸引高水平企業(yè)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集聚和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，推動(dòng)第三代半導(dǎo)體在電力電子、微波電子和半導(dǎo)體照明等領(lǐng)域的應(yīng)用，打造第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展高地。

（本文來源于《EEPW》2024.4）