第三代半導體材料市場(chǎng)分析

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

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

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

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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。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(cháng)、晶圓制造以及封裝測試等環(huán)節，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CASA數據，兩者占成本比例合計70%。其中，襯底制造技術(shù)壁壘最高，成本占比高達47%，是最核心環(huán)節。

國際層面，全球碳化硅器件市場(chǎng)格局仍由海外巨頭主導。2021年全球導電型碳化硅功率器件市場(chǎng)規模為10.90億美元，市場(chǎng)份額由海外巨頭意法半導體、Wolfspeed、羅姆、英飛凌、三菱電機、安森美等廠(chǎng)商壟斷，全球TOP 6占據99%的市場(chǎng)份額。

在2023年，從市場(chǎng)規模上看，第三代半導體行業(yè)市場(chǎng)正在快速增長(cháng)。全球SiC 產(chǎn)業(yè)格局呈現美國、歐洲、日本三足鼎立態(tài)勢。其中美國全球獨大，居于領(lǐng)導地位，占有全球SiC產(chǎn)量的70%~80%；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應用產(chǎn)業(yè)鏈，在全球電力電子市場(chǎng)擁有強大的話(huà)語(yǔ)權；日本則是設備和模塊開(kāi)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，為第三代半導體在其它方面的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應用打下了一定的基礎。

有消息預測，2028年中國市場(chǎng)市場(chǎng)規模將達到583.17億元，2023年到2028年復合增長(cháng)率為30.83%，隨著(zhù)市場(chǎng)的之間飽和，增速有所下降，但整體市場(chǎng)規模依然穩定持續增長(cháng)。

由于第三代半導體產(chǎn)品具有更低的功耗、更高的工作頻率和更穩定的性能，能夠滿(mǎn)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。且在傳統半導體市場(chǎng)飽和的背景下，第三代半導體產(chǎn)品的出現也將為行業(yè)帶來(lái)新的增長(cháng)點(diǎn)。

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

2026年全球導電型SiC襯底市場(chǎng)規模將達16億美元。2019年全球導電型SiC 襯底市場(chǎng)規模達2.3億美元，受新能源汽車(chē)等下游領(lǐng)域的持續景氣，預計2026年將增長(cháng)至16.2億美元，2019-2026年年復合增長(cháng)率達32%。2026 年全球半絕緣型SiC襯底市場(chǎng)規模將達4億美元。2019 年全球半絕緣型SiC 襯底市場(chǎng)規模達1.5億美元，受益于5G滲透加速以及全球地緣政治動(dòng)蕩，預計2026年將增長(cháng)至4.3億美元，2019-2026 年年復合增長(cháng)率達16%。

2027年全球車(chē)用SiC 功率器件市場(chǎng)規模有望達50億美元?？紤]到未來(lái)新能源汽車(chē)存在續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(chǎng)規模也有望從2021年的7億美元增加至2027 年的50億美元，2021-2027 年年復合增長(cháng)率將達到39%，其中，逆變器為主要應用領(lǐng)域，2027 年全球市場(chǎng)規模將達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)展狀況

目前中國第三代半導體需求遠大于供給。2022年中國對第三代半導體的需求為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)口大量第三代半導體。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和成熟，第三代半導體的單價(jià)逐漸降低，2022年單價(jià)為3.97元每個(gè)，預計在將來(lái)技術(shù)的完善和產(chǎn)品的迭代，第三代半導體單價(jià)將會(huì )持續走低。

中國開(kāi)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，阻礙國內第三代半導體研究進(jìn)展的重要因素是原始創(chuàng )新問(wèn)題。國內新材料領(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(cháng)期“只投入，不產(chǎn)出”的現狀。因此，以第三代半導體材料為代表的新材料原始創(chuàng )新舉步維艱。

半導體行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈上游支撐產(chǎn)業(yè)、中游制造產(chǎn)業(yè)以及下游應用產(chǎn)業(yè)構成，其中上游支撐產(chǎn)業(yè)主要有半導體材料和設備構成。半導體材料是指電導率介于金屬和絕緣體之間的材料，半導體材料是制作晶體管、集成電路、光電子器件的重要材料。半導體材料主要應用在晶圓制造和芯片封測階段。在半導體材料市場(chǎng)構成方面，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、建設靶材，占比分別為7.2%、6.9%、6.1%、4% 和3%。

由于半導體材料領(lǐng)域高端產(chǎn)品技術(shù)壁壘高，而中國企業(yè)長(cháng)期研發(fā)和累計不足，中國半導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，中國半導體材料企業(yè)集中在6 英寸以下的生產(chǎn)線(xiàn)，少量企業(yè)開(kāi)始打入8 英寸、12 英寸生產(chǎn)線(xiàn)。

目前，我國“十四五”規劃已將碳化硅半導體納入重點(diǎn)支持領(lǐng)域，隨著(zhù)國家“新基建”戰略的實(shí)施，碳化硅半導體將在5G基站建設、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車(chē)充電樁、大數據中心等新基建領(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體材料是微波射頻、功率電子、光電子的“核芯”，滿(mǎn)足國防安全、信息安全、智能制造、節能減排、產(chǎn)業(yè)升級等國家重大戰略需求。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、高端設備制造業(yè)轉型發(fā)展的步伐。

中國碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈下游應用領(lǐng)域主要為汽車(chē)、LED及射頻器件、能源、工業(yè)、電信及基礎設施領(lǐng)域，根據數據顯示，碳化硅在LED及射頻器件及汽車(chē)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%、電信及基礎設施領(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(chē)市場(chǎng)，電動(dòng)汽車(chē)的廣泛推廣促使碳化硅在電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電子領(lǐng)域的需求迅速增長(cháng)。中國在太陽(yáng)能和風(fēng)能領(lǐng)域也取得了顯著(zhù)進(jìn)展，碳化硅作為關(guān)鍵材料在太陽(yáng)能電池和風(fēng)力發(fā)電設備中得到廣泛應用。隨著(zhù)中國制造業(yè)的不斷發(fā)展，碳化硅在冶金、化工、半導體制造等工業(yè)領(lǐng)域中的應用也在增加。根據數據顯示，中國碳化硅行業(yè)市場(chǎng)規模呈現快速上漲態(tài)勢，2022年中國碳化硅市場(chǎng)規模約為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)達地區，占比分別為32.78%、16.74%。

未來(lái)，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體產(chǎn)業(yè)規模。聚焦材料、外延、芯片、器件、封裝、設備和應用等第三代半導體產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)環(huán)節，加強產(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)第三代半導體在電力電子、微波電子和半導體照明等領(lǐng)域的應用，打造第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展高地。

（本文來(lái)源于《EEPW》2024.4）