第3代半導(dǎo)體材料企業(yè)發(fā)展?fàn)顩r初探

第3代半導(dǎo)體材料是以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氮化鋁（AlN）金剛石為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料。相比第1、2代半導(dǎo)體，第3代半導(dǎo)體材料禁帶寬度較寬（禁帶寬度>2.2eV），導(dǎo)熱率更高、擊穿電場更高、抗輻射能力更強(qiáng)、電子飽和速率更大，基于它們制作的電子器件適合應(yīng)用于高溫、高頻、抗輻射及大功率場合。

目前SiC和GaN材料的生長與應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)比較成熟，AlN和金剛石材料的研究還處于剛起步的階段。

一、SiC半導(dǎo)體材料企業(yè)概況

全球SiC半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)商主要分布在美國、歐洲和中國。主要包括美國的科銳（Cree）公司、道康寧（Dow Corning）公司和II-VI Incorporated，德國SiCrystal公司，以及我國的北京天科合達(dá)藍(lán)光半導(dǎo)體有限公司（以下簡稱“北京天科合達(dá)”）、天岳晶體材料有限公司（以下簡稱“天岳晶體”）、東莞市天域半導(dǎo)體科技有限公司（以下簡稱“天域半導(dǎo)體”）、瀚天泰成電子科技（廈門）有限公司（以下簡稱“廈門瀚天泰成”）。其中，Cree公司是全球最大的SiC襯底供應(yīng)商，占全球SiC襯底的85%以上，SiCrystal公司則是歐洲地區(qū)的主要供應(yīng)商。

1.Cree公司

Cree公司是全球領(lǐng)先的照明革新者與半導(dǎo)體制造商。Cree的優(yōu)勢來源于其SiC和GaN獨(dú)一無二的材料和先進(jìn)技術(shù)。Cree公司一直引領(lǐng)著全球LED照明革命。Cree公司在技術(shù)和市場上幾乎壟斷了全球LED的SiC優(yōu)質(zhì)襯底供應(yīng)，其SiC襯底的供應(yīng)占全球市場85%以上。Cree的LED產(chǎn)品現(xiàn)主要應(yīng)用在手電筒、射燈、筒燈、球泡燈、燈管、臺燈、路燈、天景燈、蠟燭燈、工礦燈、舞臺照明、珠寶燈等各種照明領(lǐng)域。2016年7月，Cree公司旗下的子公司W(wǎng)olfspeed被德國Infineon收購，其中包括相關(guān)的功率和射頻功率器件碳化硅晶圓襯底業(yè)務(wù)。10月，Cree在美國中北部威斯康辛州拉辛市的LED工廠進(jìn)行小幅度裁員，Cree的LED照明業(yè)務(wù)進(jìn)入關(guān)鍵一年。根據(jù)Cree近期財(cái)報(bào)表現(xiàn)，Cree第2季度營收提高2%，達(dá)到3.88億美元，比底1季度的衰退10%要好。Cree針對該公司2017會(huì)計(jì)年度第1季度的財(cái)測，營收落在3.56億～3.78億美元之間，比上一個(gè)會(huì)計(jì)年度同期的4.255億美元要少很多。面對產(chǎn)業(yè)的變局，Cree已經(jīng)在2015年有減產(chǎn)的動(dòng)作，2016年Cree公司提升了營銷地位，目前已經(jīng)收到亞洲公司的競爭。2013-2016財(cái)年（到每年6月）Cree公司的經(jīng)營狀況如圖1所示。

產(chǎn)品方面，2016年10月6日，Cree公司推出全球首個(gè)1 000V SiC金屬-半導(dǎo)體-氧化物場效應(yīng)管（MOSFET）。該產(chǎn)品主要用于快速充電和工業(yè)電源領(lǐng)域，能讓系統(tǒng)減少30%元器件數(shù)量，充電速度提升3倍，輸出功率提高33%。

2.Dow Corning公司

Dow Corning成立于1943年，公司總部位于美國密歇根州米德蘭德市，長期致力于開發(fā)有機(jī)硅的各種潛能，是康寧玻璃公司（現(xiàn)康寧公司）和陶氏化學(xué)公司合資而成。道康寧2015年銷售額56.5億美元，相比2014年下降了9%。2015年凈利潤達(dá)到5.63億美元，較2014年上升了10%。2014、2015年公司銷售情況如表1所示。公司產(chǎn)品主要包括Dow Corning 和XIAMETER 品牌。公司提供150mm，4°斜角的SiC襯底材料以及用于半導(dǎo)體器件制作的4Hn型SiC晶圓。

3.II-VI Incorporated

II-VI公司是全球領(lǐng)先的工程材料與光電器件企業(yè)，能為工業(yè)、光通信、軍事、生命科學(xué)、半導(dǎo)體儀器創(chuàng)新型產(chǎn)品，具備從設(shè)計(jì)，到生產(chǎn)、銷售的垂直能力。公司總部位于Pennsylvania的Saxonburg，在世界范圍內(nèi)廣泛擁有加工工廠。公司2016財(cái)年（至2016年6月30日）的凈銷售額為8.27億美元，相比2014年實(shí)現(xiàn)12.5%的增長（見圖2）。凈利潤6 550萬美元，與2014年持平，略微下降。SiC產(chǎn)品方面，公司已經(jīng)能提供成熟8英寸SiC晶圓產(chǎn)品。

4.SiCrystal

德國SiCrystal公司是為全球范圍內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)和銷售高質(zhì)量單晶4H-SiC晶圓的廠家。公司在SiC的數(shù)學(xué)模擬、晶體生長、切片、表征與質(zhì)量控制方面都達(dá)到世界領(lǐng)先水平。目前已經(jīng)成為歐洲SiC襯底的主要提供商。公司已于2016年8月開始出貨直徑3英寸的碳化硅晶圓，這些晶圓將用于生產(chǎn)功率器件，射頻以及光電子器件等。公司目前已經(jīng)開發(fā)出6英寸4H-SiC晶圓，即將量產(chǎn)。

5.國內(nèi)SiC材料與器件公司

國內(nèi)SiC半導(dǎo)體材料的主要公司包括北京天科合達(dá)、天岳晶體、天域半導(dǎo)體以及廈門瀚天泰成等企業(yè)，均將SiC晶圓供應(yīng)作為主要銷售業(yè)務(wù)，SiC半導(dǎo)體國內(nèi)市場份額領(lǐng)先。這幾家公司的概況如表2所示。

二、GaN半導(dǎo)體材料與器件企業(yè)概況

LED產(chǎn)業(yè)的快速擴(kuò)張使得GaN材料也獲得了迅猛發(fā)展。自20世紀(jì)90年代以來，GaN材料市場規(guī)模增長率超過30%。GaN材料的生產(chǎn)與器件廠商主要分布于美國、歐洲和日本，包括美國的RF Micro Device公司、Freescale semiconductor公司，德國Infineon公司、Azzurro公司，英國的Plessey Semiconductors公司，日本的富士通公司和松下公司，加拿大的GaN Systems公司等。目前我國GaN襯底材料處于4英寸的研發(fā)階段，尚未形成產(chǎn)業(yè)化。

1.RF Micro Device

RF Micro Devices公司是全球領(lǐng)先的高性能射頻元件和化合物半導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)計(jì)者和制造商。RFMD是一家基于設(shè)計(jì)、開發(fā)及生產(chǎn)射頻集成電路元件的美國公司。這些產(chǎn)品用于無線通訊的射頻集成電路放大裝置（RFICs）和信號處理傳輸設(shè)備。2015年6月，RF Micro Devices公司與TriQuint公司合并組成Qorvo公司。Qorvo公司2016年第2季度財(cái)報(bào)顯示，公司實(shí)現(xiàn)營收7.08億美元，相比第1季度增長了5.2%。凈利潤440萬美元。公司最新推出了650V GaN SSFET 功率開關(guān)等產(chǎn)品。

2.Freescale semiconductor

飛思卡爾半導(dǎo)體（Freescale Semiconductor）是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，全球總部位于美國德州的奧斯汀市。專注于嵌入式處理解決方案。飛思卡爾面向汽車、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)和消費(fèi)電子市場，提供的技術(shù)包括微處理器、微控制器、傳感器、模擬集成電路和連接。GaN材料射頻通信器件與系統(tǒng)是飛思卡爾半導(dǎo)體的一個(gè)主要發(fā)展方向。

2015年2月，飛思卡爾與NXP達(dá)成合并協(xié)議，合并后整體市值400億美元。并購將在2015年下半年徹底完成。交易完成后，飛思卡爾股東將獲得6.25美元+0.3521NXP股份/每股的回報(bào)，占合并后公司32%股權(quán)。同時(shí)，飛思卡爾市值將達(dá)到118億美金，合并后實(shí)體整體市值達(dá)到含債167億美金。

2015年飛思卡爾半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)營收61.01億美元，相比2014年增長了8.0%。2015年凈利潤15.26億美元，較2014年上升183.1%。2012-2015年飛思卡爾半導(dǎo)體銷售情況如圖3所示。

飛思卡爾半導(dǎo)體的GaN最新產(chǎn)品包括：3.4G～3.6GHz手機(jī)基站器件A2G35S200-01S；125W C W，1M～2.7G H z，50V S i C上GaN晶體管MMRF5015N；2.7G～3.5GHz，60W，50V寬帶射頻GaN晶體管MMRF5300N等。

3.英飛凌（Infineon）科技公司

英飛凌科技公司于1999年4月1日在德國慕尼黑正式成立，是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司之一。其前身是西門子集團(tuán)的半導(dǎo)體部門。Infineon于2014年收購美國前國際整流器公司。主要分為汽車電子、工業(yè)功率控制、電源管理與多元化市場、智能卡與安全4個(gè)部門。其功率半導(dǎo)體產(chǎn)品在全球占據(jù)18.6%份額居世界首位。

2015年Infineon公司銷售額57.95億歐元，相比2014年提高15.5%。2012-2015年英飛凌公司銷售額及增長率情況如圖4所示。

4.Plessey Semiconductors

Plessey半導(dǎo)體公司是照明、傳感器、測量、控制領(lǐng)域全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體制造企業(yè)。公司擁有獨(dú)一無二的MaGICTM（硅上GaN I/C）LED技術(shù)，當(dāng)前正引領(lǐng)著固態(tài)照明領(lǐng)域的技術(shù)革命。普萊思的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用包括通信，制造，醫(yī)療，國防，航空航天和汽車等市場領(lǐng)域。是歐洲半導(dǎo)體產(chǎn)品的主要提供商。Plessey公司的技術(shù)主要依托Swindon大學(xué)和劍橋大學(xué)，在普利茅斯擁有一座世界最先進(jìn)的GaN LED工廠。

5.GaN系統(tǒng)公司（GaN Systems）

GaN Systems是為個(gè)人消費(fèi)者、企業(yè)、工業(yè)，太陽能/風(fēng)能/智能電網(wǎng)、能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域提供各種參數(shù)的GaN高功率晶體管的專業(yè)公司，技術(shù)達(dá)到全球領(lǐng)先。其GaN晶體管具有極低的電容和開態(tài)電阻。這些器件相比普通的硅基器件能提供更高的開關(guān)效率，被廣泛應(yīng)用于電源開關(guān)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)汽車、電池管理以及電源適配系統(tǒng)中。這些器件都是在硅上GaN（GaN on Silicon）襯底上制備，其成本與硅基器件相當(dāng)，但性能上卻更加優(yōu)越。GaN系統(tǒng)公司核心技術(shù)包括：Island Technology，一種獨(dú)創(chuàng)的島狀結(jié)構(gòu)，能減小GaN器件尺寸與成本，并且能實(shí)現(xiàn)電流在片上金屬和其他載體間的傳輸；GaNPX pachaging技術(shù)，該封裝技術(shù)使GaN器件獲得高電流密度、優(yōu)秀的散熱、極低的電感，并且該封裝技術(shù)不需要進(jìn)行引線鍵合。GaN Systems擁有業(yè)界最廣泛且最全面的GaN功率晶體管產(chǎn)品組合，并且100V和650V GaN FET都在批量出貨。

6.三重富士通半導(dǎo)體股份有限公司

三重富士通半導(dǎo)體股份有限公司是日本一家為數(shù)不多的300mm晶圓專業(yè)代工公司。公司未來發(fā)展方向在于汽車半導(dǎo)體以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備領(lǐng)域。公司致力于依靠深耗盡溝道（deeply depleted channel，DDC）晶體管實(shí)現(xiàn)最高級“超低功耗制程”以及“嵌入式系統(tǒng)”平臺的構(gòu)建，并不斷推進(jìn)RF及毫米波技術(shù)的研發(fā)，以滿足物聯(lián)網(wǎng)市場的需求。公司最新GaN產(chǎn)品包括Discretes 600V系列和650V系列的GaN晶體管。

富士通公司擁有DDC、插入式閃存和射頻3大核心技術(shù)，如表3所示。

2015年富士通公司實(shí)現(xiàn)營收 4.74萬億日元，與2014年基本持平。日本地區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與個(gè)人電腦業(yè)務(wù)衰退，但系統(tǒng)集成服務(wù)有所增加。國際貿(mào)易方面，公司受惠于貨幣匯率的變動(dòng)。2015年公司凈利潤1 200億日元，相比2014年下降了32%，主要由于商業(yè)模型的轉(zhuǎn)移成本增加，以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的升級（見圖5）。

7.松下電器半導(dǎo)體有限公司

松下半導(dǎo)體是全球首屈一指的半導(dǎo)體供應(yīng)商，也是日本GaN器件的主要提供廠商。松下半導(dǎo)體的技術(shù)研發(fā)主要圍繞消費(fèi)電子、智能家居、智能汽車、以及商家對商家的（business to business，B2B）電子商務(wù)解決方案與器件供應(yīng)展開。松下半導(dǎo)體的GaN晶體管產(chǎn)品基于其X-GaNTM技術(shù)。2016年將量產(chǎn)用于電源和馬達(dá)控制的GaN半導(dǎo)體產(chǎn)品。

2015年松下半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)營收7.7萬億日元，較2014年持平。其中日本國內(nèi)營收3.6萬億日元，國際營收4萬億日元。2015年凈利潤4 157億日元，較2014年增加了5.5%。2011-2015年松下半導(dǎo)體的經(jīng)營情況如圖6所示。

8.國內(nèi)GaN材料與器件公司

國內(nèi)GaN襯底及器件廠商主要有東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司（簡稱“中鎵半導(dǎo)體”）、蘇州晶湛半導(dǎo)體有限公司（簡稱“蘇州晶湛”）、晶能光電有限公司（簡稱“晶能光電”）等，其概況與主要GaN產(chǎn)品情況如表4所示。

三、結(jié)語

總之，目前是第3代半導(dǎo)體材料進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用和生產(chǎn)關(guān)鍵時(shí)期，通過對第3代半導(dǎo)體材料生產(chǎn)商分析可以發(fā)現(xiàn)，在SiC半導(dǎo)體材料方面，美國、歐洲和中國的公司占有較為主要的市場份額，中國的生產(chǎn)企業(yè)在技術(shù)研發(fā)與市場占有等領(lǐng)域處于與世界先進(jìn)國家并行的地位，但主要是以國內(nèi)市場為主。而我國的GaN襯底材料處于4英寸的研發(fā)階段，尚未形成產(chǎn)業(yè)化，需要在技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面做更大的努力。

而對于器件制造廠商而言，根據(jù)市場應(yīng)用需求及技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，需要進(jìn)一步適應(yīng)目前第3代半導(dǎo)體材料的多種技術(shù)共同發(fā)展的狀況，加快對新材料的應(yīng)用與市場開發(fā)，從而進(jìn)一步推動(dòng)第3代半導(dǎo)體材料的應(yīng)用發(fā)展。