“现在越来越多(duō)的企业在布局第三代半导體(tǐ)公司，購(gòu)置相关设备都比较紧张。”近日，一家LED供应链人士表示。

　　尽管设备抢手和供应链短缺大环境有(yǒu)关，但是第三代半导體(tǐ)(也称宽禁带半导體(tǐ))市场的火热可(kě)见一斑。在日前集邦咨询化合物(wù)半导體(tǐ)新(xīn)应用(yòng)前瞻分(fēn)析会上，集邦咨询化合物(wù)半导體(tǐ)分(fēn)析师龚瑞骄表示：“据我们统计，去年整个宽禁带半导體(tǐ)(功率和射频部分(fēn))的投资规模达到了709亿，比上一年翻了一倍多(duō)。”

　　同时，第三代半导體(tǐ)应用(yòng)需求也在增長(cháng)，随着碳化硅(SiC)进入新(xīn)能(néng)源汽車(chē)产业链、氮化镓(GaN)在快充上的规模化应用(yòng)，第三代半导體(tǐ)逐步进入消费端和工业端，在功率半导體(tǐ)领域崭露头角。

　　值得一提的是，碳中和相关政策正持续对第三代半导體(tǐ)发展带来东风，由于碳化硅和氮化镓都有(yǒu)助于提升能(néng)效，企业的投入意愿也在增强。12月8日，國(guó)家发改委等四部门印发的新(xīn)方案提出，到2025年，数据中心和5G基本形成绿色集约的一體(tǐ)化运行格局。根据天风证券的测算，若全球采用(yòng)硅芯片器件的数据中心都升级為(wèi)氮化镓功率芯片器件，将减少30%-40%的能(néng)源浪费。而氮化镓目前已经在5G基站中使用(yòng)，并且不少企业正在布局数据中心的氮化镓電(diàn)源产品。

　　眼下，第三代半导體(tǐ)正迎来黄金发展期，但同时也需要注意，产业仍处在初级阶段，整體(tǐ)规模较小(xiǎo)，众多(duō)企业涌入，更要关注实际的市场需求。

　　國(guó)内探索“直道超車(chē)”? 未来5年进入整合期

　　从产业链看，第三代半导體(tǐ)主要有(yǒu)衬底、外延、设计、制造、封测、应用(yòng)等环节，目前國(guó)外的半导體(tǐ)公司仍占据核心地位，而面对确定的市场前景，國(guó)内的企业也蜂拥而至。

　　其中，LED产业集群是一支重要力量，因為(wèi)在照明、显示等光電(diàn)器件中，原本就需要使用(yòng)氮化镓等材料，所以三安光電(diàn)、华灿光電(diàn)等企业已经具备材料和工艺的基础、以及相关生产的经验，这是他(tā)们的优势。当然光電(diàn)器件和功率IC之间的工艺差异明显，IC技术难度升级，产線(xiàn)拓展也存在着挑战。

　　对于氮化镓的布局，华灿光電(diàn)副总裁王江波向21世纪经济报道记者表示：“2020年华灿光電(diàn)募集约3亿元投向GaN電(diàn)力電(diàn)子器件领域。電(diàn)子電(diàn)力器件与公司深耕的光電(diàn)领域应用(yòng)市场有(yǒu)所不同，但材料體(tǐ)系相似，工艺制备方面有(yǒu)一定相通之处，電(diàn)力電(diàn)子器件产品工艺段更為(wèi)复杂，線(xiàn)宽控制和设备的要求更高。目前6英寸硅基GaN 電(diàn)力電(diàn)子器件工艺已通線(xiàn)，预计2022年推出650V cascode产品，2023年具备批量生产和代工能(néng)力。”

　　在未来的产品规划上，王江波表示，华灿光電(diàn)不仅仅针对快充领域，也会面向数据中心，電(diàn)动汽車(chē)、通讯等领域布局。

　　对于华灿光電(diàn)而言，切入第三代半导體(tǐ)一方面是产业的横向拓展，另一方面也符合公司探索高端化的路線(xiàn);再看三安光電(diàn)，版图更加完善，除了氮化镓产線(xiàn)，今年長(cháng)沙的碳化硅全产业链生产線(xiàn)一期投产。

　　LED之外，拥有(yǒu)功率半导體(tǐ)经验的企业们也在加速布局，比如闻泰科(kē)技，在氮化镓功率器件领域频频落子并出货，旗下安世半导體(tǐ)也和汽車(chē)企业进行合作。國(guó)内功率半导體(tǐ)龙头华润微积极布局第三代半导體(tǐ)，已有(yǒu)碳化硅产品量产，也研发了氮化镓器件。制造领域，以北方华创、中微為(wèi)代表的设备厂商(shāng)也迎来第三代半导體(tǐ)的增量市场。

　　同时，诸多(duō)专注于做第三代半导體(tǐ)的國(guó)内公司也在成長(cháng)中，比如氮化镓功率芯片领域迅速增長(cháng)的英诺赛科(kē);碳化硅领域的基本半导體(tǐ)、天科(kē)合达、天岳先进、同光晶體(tǐ)等等，并且聚焦在衬底环节的企业尤其多(duō)。

　　和國(guó)外相比，國(guó)内企业仍存在差距，龚瑞骄称：“第一个是碳化硅的衬底，海外目前是6英寸转8英寸，國(guó)内现在是4英寸转6英寸，有(yǒu)很(hěn)大差距;另一个海外商(shāng)用(yòng)碳化硅使用(yòng)了MOS管，而國(guó)内还在使用(yòng)二极管。”

　　有(yǒu)业内人士指出，碳化硅在中國(guó)100多(duō)个项目，几乎没有(yǒu)做車(chē)规级的，因為(wèi)行业门槛很(hěn)高，車(chē)规级和工业级、消费级相比，做可(kě)靠性实验的时间完全不一样，不是一个数量级，其表示：“消费级只需要几十小(xiǎo)时，工业级要几百小(xiǎo)时，而車(chē)规级要几千小(xiǎo)时，因為(wèi)坐(zuò)上車(chē)，最重要的是安全，一个車(chē)厂要采用(yòng)一个車(chē)规级的器件没有(yǒu)三五年是不行的。虽然國(guó)内的汽車(chē)厂也有(yǒu)跟一些企业合作，但是要長(cháng)期合作，國(guó)内的車(chē)厂采用(yòng)的車(chē)规级的进口的器件、芯片都存在供应紧张的问题。现在國(guó)内車(chē)厂的國(guó)产化有(yǒu)巨大的空间，我们首先要和國(guó)外的車(chē)规级芯片、器件首先做到同等水平，在此基础上再去发展新(xīn)的创新(xīn)。”

　　在近年的科(kē)技博弈中，國(guó)内对半导體(tǐ)产业关注空前，第三代半导體(tǐ)也被视為(wèi)弯道超車(chē)的一个方向，对此，上述业内人士谈道：“其实在弯道的时候跑快了容易摔跤，正确的做法是在直線(xiàn)的时候超車(chē)。现在國(guó)内是遍地的游击队，要直線(xiàn)超車(chē)就要打造军团，海外也是这么一个过程，有(yǒu)了资本的支持，可(kě)以把这些游击队整合起来，去实现直線(xiàn)超車(chē)。所以未来5年，我预测是一个整合的过程。”

　　碳化硅整合 氮化镓起步

　　虽然相比硅市场，第三代半导體(tǐ)的市场份额还很(hěn)小(xiǎo)，现在主要聚焦在功率半导體(tǐ)等领域，但是增長(cháng)空间巨大。

　　龚瑞骄谈道，受益于新(xīn)能(néng)源革命，下游的光伏、储能(néng)、新(xīn)能(néng)源汽車(chē)以及工业自动化的爆发，功率半导體(tǐ)行业迎来了新(xīn)的高景气周期，“整个功率半导體(tǐ)、分(fēn)立器件和模块的市场规模将从2020年的204亿美金增長(cháng)到2025年的274亿美金，宽禁带半导體(tǐ)的市场规模将从2020年的不到5%达到2025年的接近17%。”

　　第三代半导體(tǐ)材料目前产业化主要集中在碳化硅和氮化镓两个方向，其中碳化硅应用(yòng)已有(yǒu)十多(duō)年，产业化更加成熟。

　　“我们预测全球的SiC功率市场规模将从2020年的6.8亿美元增長(cháng)到2025年的33.9亿美元，其中新(xīn)能(néng)源汽車(chē)将成為(wèi)最主要的驱动力，SiC将在主逆变器、OBC、DCDC中取得主要的应用(yòng)，另外在車(chē)外的充電(diàn)桩和光伏储能(néng)领域有(yǒu)很(hěn)大的应用(yòng)。在这两年光伏储能(néng)领域SiC会有(yǒu)加速的渗透，当然它和汽車(chē)市场还是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能(néng)比。”龚瑞骄分(fēn)析道。

　　在全球碳化硅市场上，科(kē)锐、意法半导體(tǐ)、英飞凌、罗姆等一線(xiàn)厂商(shāng)持续加码，并进入到产业链一體(tǐ)化竞争的过程中。龚瑞骄谈道：“英飞凌、罗姆等等厂商(shāng)都在向上游延伸，涉及到材料领域，特别是对SiC衬底的争夺。主要是基于以下两点原因，第一是因為(wèi)SiC衬底的高产品附加值，第二是因為(wèi)SiC衬底的技术制程非常复杂，它的晶體(tǐ)生長(cháng)非常缓慢，也成為(wèi)SiC晶圆产能(néng)的关键制约点。未来我们认為(wèi)取得一个SiC衬底的资源也会成為(wèi)进入下一代電(diàn)动車(chē)功率器件的入场门票。”

　　再看近年来兴起的氮化镓市场，基于快充市场而崛起，这个赛道上既有(yǒu)纳微半导體(tǐ)等新(xīn)兴企业，也有(yǒu)PI等老牌公司。龚瑞骄表示：“GaN的市场还处于一个初期阶段，目前在消费市场快速起量，苹果今年推出了140瓦的GaN快充，我们也认為(wèi)GaN确实需要从消费電(diàn)子做一个过渡，反复验证它的可(kě)靠性，然后建立一个产能(néng)和生态的格局，方便以后推向工业级以及車(chē)规级。另外GaN整个市场规模将会从2020年的4800万美元增長(cháng)到2025年的13.2亿美元。除了消费電(diàn)子，我们认為(wèi)它会有(yǒu)很(hěn)大应用(yòng)的产品是新(xīn)能(néng)源汽車(chē)、電(diàn)信以及数据中心。”

　　在他(tā)看来，随着集成度的提升，氮化镓还是IDM和垂直分(fēn)工并存。IDM中，除了英诺赛科(kē)等极少数的初创企业，都是以传统大厂為(wèi)主;在垂直分(fēn)工领域基本上都是初创企业，也成為(wèi)行业关键的推动力。

　　不难看出，近5年内，第三代半导體(tǐ)规模将迎来数倍的扩张，这也體(tǐ)现在设备需求的增長(cháng)上。设备龙头AIXTRON(爱思强)副总经理(lǐ)方子文(wén)表示：“不少客户在积极扩产，整體(tǐ)来看，市场上第三代半导體(tǐ)等材料明确增長(cháng)，其中氮化钾、碳化硅，还有(yǒu)磷化铟三种材料增長(cháng)最為(wèi)明显。”

　　此外，方子文(wén)还谈道，由于受到全球产业链短缺的影响，目前相关设备的交付周期从6个月延長(cháng)至8-9个月左右，但是设备厂商(shāng)整體(tǐ)产能(néng)充足。

　　成本、良率、需求的多(duō)重挑战

　　碳化硅有(yǒu)了十多(duō)年的应用(yòng)发展，相比氮化镓更為(wèi)成熟，在和硅的竞争中，由于器件本身的特性，碳化硅替代的工艺更方便，相对而言氮化镓难度更大。但是就在近两三年，氮化镓在快充这一赛道得到了验证，650伏快充这一消费级市场起来后，产业迅速开始规模化，而不论良率提升还是成本下降都需要规模化来进行正循环。

　　由于硅工艺已经非常成熟，在单个芯片成本上具有(yǒu)优势，据了解，碳化硅或氮化镓的单个器件可(kě)以高达硅的4倍。“从汽車(chē)来说，单个的成本可(kě)能(néng)高到两倍左右，但是(碳化硅)降低了系统性成本，比如应用(yòng)到汽車(chē)上可(kě)以减轻汽車(chē)相关组件的體(tǐ)积，提高效率，进而就可(kě)以缩小(xiǎo)電(diàn)池成本，所以从整車(chē)系统看，成本还是下降的。”龚瑞骄举例道。

　　但是对于第三代半导體(tǐ)企业而言，依然面临成本的挑战，产业链的各个环节也在想方设法降本增效、提升良率，多(duō)位从业者向21世纪经济报道记者表示，随着量产推进，成本将会快速下降。

　　其中，设备商(shāng)扮演着重要角色，“产业发展起来，最关键的就是要节省成本，(碳化硅领域)今天相比竞争对手，爱思强有(yǒu)10%到15%的成本优势，我们预计在2023年还可(kě)以继续下降25%左右的成本，”方子文(wén)谈道，“在氮化镓领域，我们的生产成本到2023年会持续下降20%到30%左右，我们的产能(néng)也会提升20%到30%左右。”

　　这又(yòu)和自动化产線(xiàn)息息相关，众所周知硅芯片产線(xiàn)自动化程度已经非常高，产線(xiàn)上人力要素减少，可(kě)以全年无休运转，第三代半导體(tǐ)也将经历这一进化过程。方子文(wén)回顾道：“8年前就有(yǒu)客户表示，氮化镓材料非常好，但是没法用(yòng)，因為(wèi)当时产線(xiàn)还处在手工作坊的做法。所以他(tā)们对我们提出了设备自动化的要求，这样才能(néng)和现有(yǒu)的器件在工艺流程上进行竞争。于是我们很(hěn)早期的时候就进行了氮化镓设备的研发，之后快充市场爆发，市场崛起。”

　　导入全自动化的生产模式后，第三代半导體(tǐ)能(néng)以更低的成本进入市场，在方子文(wén)看来，第三代半导體(tǐ)SiC和GaN是一个非常大的市场，在和硅直接做竞争，这需要产业链上下游的配合，从Performance、到放量、终端客户验证都需要很(hěn)好的配合，才能(néng)让SiC、GaN最终走量，进入产业化的进程。

　　在不少业内人士看来，第三代半导體(tǐ)在技术层面并没有(yǒu)太大瓶颈，國(guó)内外的实验室能(néng)够进行技术攻关，但是最关键的在于量产，这就涉及到团队的生产经验、人才构成等因素。

　　生产之外，第三代半导體(tǐ)企业还面对着盈利、需求的考验，有(yǒu)产业链人士向记者表示：“功率器件生意很(hěn)难做，有(yǒu)时甚至要倒贴。比如在不少商(shāng)務(wù)合同中，如果出现产品赔偿的问题，功率器件企业还需要赔偿客户损失的利润，而非器件本身的成本，因此前端承受的风险较大，一些投资机构开始会优先选择封装环节企业来降低风险。”

　　因此，多(duō)位半导體(tǐ)资深人士也谈道，对于新(xīn)晋企业，一定要紧贴市场需求，不能(néng)只是投资驱动发展，更需要明确出海口，进行差异化的产业竞争。