第三代半導(dǎo)體：市場規(guī)模穩(wěn)步增長

諸玲珍

新能源汽車、5G、綠色照明等行業(yè)的市場需求迅速增長，為以氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）為代表的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

第三代半導(dǎo)體突破了硅材料的瓶頸，更適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，在新能源汽車、新能源發(fā)電、軌道交通、航天航空、國防軍工等極端環(huán)境應(yīng)用有著不可替代的優(yōu)勢。

賽迪顧問分析師呂芄浩分析說，GaN器件的功放效率高、功率密度大、體積和質(zhì)量小、主要被應(yīng)用于軍工電子、通信基站等領(lǐng)域。2019年是5G的元年，GaN是實現(xiàn)5G的關(guān)鍵材料，在射頻器件領(lǐng)域GaN占比超過30%， GaN市場規(guī)模約5.6億美元。移動終端所需要的PA芯片數(shù)量與其支持的頻段數(shù)正相關(guān)，在4G時代，多模多頻手機(jī)所需要的PA芯片一般為5?7個，而5G時代，支持頻段數(shù)量更多，單個移動終端就需要14～16個PA芯片。隨著全球5G推進(jìn)提速預(yù)期強(qiáng)烈，從基站端到終端射頻需求都有望加速增長，預(yù)計2025年在射頻器件領(lǐng)域GaN占比超過50%，未來10年GaN市場將有望超過30億美元。

SiC能降低電能轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗、更容易實現(xiàn)小型化、更耐高溫高壓，主要作為高功率半導(dǎo)體材料應(yīng)用于汽車以及工業(yè)電力電子，在大功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中具有巨大的優(yōu)勢。呂芄浩認(rèn)為，目前，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。其中美國全球獨大，占了全球產(chǎn)量的70%?80%。2019年全球碳化硅市場規(guī)模約5.4億美元，在2025年有望達(dá)到30億美元。在未來的5到10年內(nèi)，SiC器件將大范圍地應(yīng)用于工業(yè)及電動汽車領(lǐng)域，汽車市場的增長正在重塑SiC市場生態(tài)系統(tǒng)，汽車領(lǐng)域的占比將達(dá)到50%。

近年來，我國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。北京泰科天潤半導(dǎo)體總經(jīng)理陳彤表示，由于第三代半導(dǎo)體有望從本質(zhì)上提高電力傳送效率和使用效率。因此，從各種市場預(yù)測看，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在未來幾年將穩(wěn)步增長，這為國內(nèi)從事第三代半導(dǎo)體制造的企業(yè)和供應(yīng)商提供了機(jī)會，讓他們能夠與國外大企業(yè)同臺競技。但是形勢嚴(yán)峻，國外企業(yè)布局速度之快，留給國內(nèi)企業(yè)的有利時間已經(jīng)不多了。為此，國內(nèi)第三代半導(dǎo)體企業(yè)應(yīng)及時抓住市場機(jī)遇，積極應(yīng)對挑戰(zhàn)。

客觀來講，我國第三代半導(dǎo)體在材料指標(biāo)、器件性能等方面與國外先進(jìn)水平存在一定差距。如何加速第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程？提高國內(nèi)產(chǎn)品的市場占有率？業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，有兩個因素非常重要：一個是成本，一個是整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。降低成本的路徑主要有：有效的商業(yè)模式、高效的制造工藝，以及一定的生產(chǎn)規(guī)模和配套的封裝測試環(huán)節(jié)，同時還要不斷提高產(chǎn)品的良率和推出新產(chǎn)品的頻率。而建立完善的生態(tài)系統(tǒng)最主要的就是合作，加強(qiáng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的合作，實現(xiàn)材料、設(shè)備、配套工藝的定制化，業(yè)內(nèi)企業(yè)眹手開發(fā)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

此外，要想發(fā)展好中國的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，還必須注意應(yīng)用牽引。射頻前端是5G的核心，核心元器件如濾波器、功放等大都基于第三代半導(dǎo)體。保障我國第三代半導(dǎo)體核心元器件的供應(yīng)鏈安全，實質(zhì)上就是為我國5G通信重大戰(zhàn)略實施保駕護(hù)航。

專家觀點

華潤微電子常務(wù)副董事長陳南翔：

功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)可信生態(tài)正在建立

功率半導(dǎo)體屬于電子行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中的通用基礎(chǔ)產(chǎn)品。作為電子系統(tǒng)中的最基本單元，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用十分廣泛，幾乎涵蓋了所有電子制造業(yè)。傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域包括消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)電機(jī)等。隨著制造業(yè)升級，工業(yè)自動化、家居市場變頻化智能化等需求，目前功率率半導(dǎo)體的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的工業(yè)控制和3C產(chǎn)業(yè)（計算機(jī)、通信、消費(fèi)類）擴(kuò)展到新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)、汽車電子、5G通信等熱點應(yīng)用領(lǐng)域。

我國功率半導(dǎo)體企業(yè)與國際一流企業(yè)相比，總體裝備和技術(shù)能力并不比國外差。但是，功率半導(dǎo)體尤其是高端市場被國外壟斷，主要在于質(zhì)量與可靠性、客戶信任以及市場競爭環(huán)境三個方面還存在問題。目前，中國整機(jī)企業(yè)已意識到供應(yīng)鏈安全的重要性，半導(dǎo)體企業(yè)和整機(jī)企業(yè)協(xié)同互動加強(qiáng)，可信生態(tài)正在建立中，給國內(nèi)功率半導(dǎo)體企業(yè)帶來了發(fā)展機(jī)會。在行業(yè)高成長以及自主可控大趨勢下，國內(nèi)高端功率半導(dǎo)體發(fā)展將迎來歷史機(jī)遇期?？梢灶A(yù)見，2020年功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)增長態(tài)勢。

上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司執(zhí)行副總裁孔蔚然：中國應(yīng)加快部署第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)

大力發(fā)展功率半導(dǎo)體制造，掌握核心技術(shù)、產(chǎn)品提升以及進(jìn)口替代，是我國功率半導(dǎo)體行業(yè)未來發(fā)展的必然選擇。中國是全球的制造中心且國內(nèi)應(yīng)用市場處于飛速發(fā)展中，國內(nèi)的功率半導(dǎo)體器件市場規(guī)模增長速度遠(yuǎn)超全球水平，維持著兩位數(shù)的成長表現(xiàn)。在市場需求依舊旺盛、動蕩的全球貿(mào)易局勢背景下，正是國內(nèi)企業(yè)進(jìn)入市場的好時機(jī)。從器件種類來看，二極管市場集中度低且國內(nèi)廠商的技術(shù)及質(zhì)量已具有競爭力，有望率先實現(xiàn)全面國產(chǎn)化;中低壓MOSFET實現(xiàn)大規(guī)模替代，高壓MOSFET取得決定性突破;IGBT則按電壓及應(yīng)用領(lǐng)域逐個突破;第三代化合物功率半導(dǎo)體大有可為，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)加快部署。

作為電子裝置電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，近幾年穩(wěn)健保持著約4%的年復(fù)合增長率，在工業(yè)、汽車、無線通信和消費(fèi)電子等終端應(yīng)用市場規(guī)模不斷增長。隨著節(jié)能減排要求不斷提高，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域已拓展到新能源汽車、智能電網(wǎng)、軌道交通、變頻家電等高端市場，并且高端領(lǐng)域的需求越來越多。

三安集成電路有限公司技術(shù)中心技術(shù)總監(jiān)葉念慈：2020年第三代半導(dǎo)體市場將翻番

縱觀近期全球SiC電力電子器件市場，高效率、高能量密度電源供應(yīng)和光伏逆變器越來越多地使用SiC電力電子器件。2018年以來，隨著電動汽車特斯拉MODEL3采用650V SiCMOSFET作為電驅(qū)的關(guān)鍵器件，SiC電力電子器件已在電動汽車應(yīng)用領(lǐng)域呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長，并引發(fā)全球襯底/器件供應(yīng)商的積極擴(kuò)產(chǎn)。2019年，GaN功率器件國際市場規(guī)模中，電源設(shè)備領(lǐng)域占比55%;其次是激光雷達(dá)，占比達(dá)到26%。2019年GaN功率器件特別是在個人手機(jī)/筆記本適配器市場展現(xiàn)熱潮。

展望2020年，第三代半導(dǎo)體功率器件市場需求將呈翻番增長，各廠商無不擴(kuò)產(chǎn)樂觀應(yīng)對。針對SiC，科銳、羅姆、英飛凌都已傳出擴(kuò)產(chǎn)消息。國內(nèi)則需加速開發(fā)SiC MOSFET的芯片制造技術(shù)，并朝著6英寸芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合的趨勢前進(jìn)。GaN功率器件在手機(jī)快充、筆記本適配器方面繼續(xù)提高滲透率，并向數(shù)據(jù)中心電源領(lǐng)域持續(xù)邁進(jìn)。整體看，第三代半導(dǎo)體功率芯片產(chǎn)業(yè)將向大規(guī)模制造、更大尺寸、更低成本、更高電流密度及專業(yè)代工方向發(fā)展。