電子設(shè)備、儀器和元件行業(yè)：從器件類型與材料性能看功率半導(dǎo)體未來前景

1、目錄 HYPERLINK l _TOC_250016 從器件類型與材料性能看功率半導(dǎo)體未來前景5 HYPERLINK l _TOC_250015 功率半導(dǎo)體：關(guān)注 IGBT 與 MOSFET6 HYPERLINK l _TOC_250014 IGBT 性能優(yōu)越，應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大10 HYPERLINK l _TOC_250013 IGBT 行業(yè)基本情況介紹10 HYPERLINK l _TOC_250012 IGBT 芯片技術(shù)的發(fā)展10 HYPERLINK l _TOC_250011 IGBT 行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11 HYPERLINK l _TOC_250010 MOSFET 穩(wěn)定可靠，汽車

2、和工業(yè)領(lǐng)域成為增長(zhǎng)點(diǎn)13 HYPERLINK l _TOC_250009 MOSFET 基本情況介紹13 HYPERLINK l _TOC_250008 MOSFET 市場(chǎng)情況與競(jìng)爭(zhēng)格局13 HYPERLINK l _TOC_250007 產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)的梳理15 HYPERLINK l _TOC_250006 IGBT 行業(yè)公司15 HYPERLINK l _TOC_250005 主要功率半導(dǎo)體公司16 HYPERLINK l _TOC_250004 化合物半導(dǎo)體將全面提升器件性能18 HYPERLINK l _TOC_250003 SiC 功率器件受益于新能源車需求加速20 HYPERLINK

3、l _TOC_250002 GaN 功率器件在電源領(lǐng)域空間廣闊23產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)的梳理26SiC 行業(yè)公司26 HYPERLINK l _TOC_250001 GaN 行業(yè)公司29 HYPERLINK l _TOC_250000 行業(yè)趨勢(shì)疊加國(guó)產(chǎn)化，產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)遇期來臨34圖表目錄圖 1：功率半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方向5圖 2：2017 年功率半導(dǎo)體市場(chǎng)主要產(chǎn)品構(gòu)成6圖 3：功率半導(dǎo)體主要應(yīng)用領(lǐng)域6圖 4：火力、風(fēng)力、光伏發(fā)電中功率半導(dǎo)體的應(yīng)用7圖 5：汽車半導(dǎo)體成本拆分7圖 6：汽車需要多種半導(dǎo)體技術(shù)8圖 7：具備負(fù)載開關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備電路示意圖8圖 8：全球分立器件的市場(chǎng)規(guī)模與增速，功率器件占大部分（百萬美元）

4、9圖 9：全球功率器件的市場(chǎng)占比（按地區(qū)，2016）9圖 10：全球功率器件的市場(chǎng)占比（按廠商，2016）9圖 11：IGBT 產(chǎn)品示意圖10圖 12：按電壓分布的 IGBT 應(yīng)用領(lǐng)域10圖 13：2017 年全球功率 IGBT 市場(chǎng)份額分布12圖 14：按電壓分布的 IGBT 產(chǎn)品主要品牌12圖 15：2016-2022 年全球 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模（億美元）12圖 16：2008-2018 年中國(guó) IGBT 市場(chǎng)規(guī)模（億元）12圖 17：2020 年中國(guó) IGBT 市場(chǎng)不同領(lǐng)域需求預(yù)計(jì)（億元）13圖 18：2020 年中國(guó)細(xì)分領(lǐng)域 IGBT 需求結(jié)構(gòu)13圖 19：功率 MOSFET 器件示意

5、圖13圖 20：MOSFET 市場(chǎng)規(guī)模（包含模組）及增速（百萬美元）14圖 21：2022 年功率 MOSFET 及其模組下游應(yīng)用占比14圖 22：2017 年全球功率 MOSFET 廠商市場(chǎng)份額15圖 23：三代主要半導(dǎo)體材料物理性質(zhì)對(duì)比18圖 24：化合物半導(dǎo)體功率器件與硅基器件的對(duì)比18圖 25：SiC 和 GaN 的應(yīng)用領(lǐng)域不同20圖 26：SiC 功率器件的 Timeline 及相關(guān)廠商20圖 27：英飛凌新一代 SiC 二極管推出，性價(jià)比越來越高21圖 28：各家廠商的 SiC 模組21圖 29：SiC 的功率密度更高22圖 30：SiC 材料的電池更輕、更小、續(xù)航里程更長(zhǎng)22圖

6、31：Tesla Model 3 逆變器由 24 個(gè) 1-in-1 功率模塊組成22圖 32：?jiǎn)蝹€(gè) SiC 功率模塊22圖 33：SiC 應(yīng)用領(lǐng)域及其市場(chǎng)空間（百萬美元）23圖 34：SiC 電力電子器件產(chǎn)業(yè)鏈23圖 35：GaN 器件的分類及應(yīng)用領(lǐng)域24圖 36：按照 Yole 爆發(fā)式模型預(yù)測(cè)，2023 年 GaN 功率器件市場(chǎng)將達(dá)到 4.3 億美元24圖 37：2018 年 10 月 ANKER 發(fā)布 GaN 充電器25圖 38：寶馬 iVentures 戰(zhàn)略投資 GaN System25圖 39：GaN 應(yīng)用領(lǐng)域及其市場(chǎng)空間（億美元）25圖 40：GaN 功率器件產(chǎn)業(yè)鏈26圖 41：20

7、17 年全球功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)分布34表 1：IGBT 芯片發(fā)展的主要技術(shù)節(jié)點(diǎn)11表 2：國(guó)內(nèi) IGBT 產(chǎn)業(yè)鏈主要公司及主要產(chǎn)品15表 3：大陸主要功率器件廠商（百萬元）16表 4：全球推動(dòng)第三代半導(dǎo)體功率器件產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的國(guó)家計(jì)劃18表 5：中國(guó)第三代半導(dǎo)體功率器件發(fā)展目標(biāo)19表 6：2014 年-2017 年第三代半導(dǎo)體行業(yè)重要并購(gòu)事件19表 7：SiC 功率器件分類及相應(yīng)優(yōu)勢(shì)21表 8：SiC 襯底企業(yè)26表 9：SiC 外延企業(yè)27表 10：SiC 器件設(shè)計(jì)企業(yè)28表 11：SiC 器件制造企業(yè)28表 12：SiC 器件 IDM 企業(yè)28表 13：GaN 襯底企業(yè)29表 14：GaN

8、 外延企業(yè)30表 15：GaN 器件設(shè)計(jì)企業(yè)31表 16：GaN 器件制造企業(yè)31表 17：GaN 器件 IDM 企業(yè)32從器件類型與材料性能看功率半導(dǎo)體未來前景功率半導(dǎo)體屬于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一個(gè)分支。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主要分為集成電路和分立器件兩大類，集成電路是把基本的電路元件如晶體管、二極管、電阻、電容、電感等壓縮在一個(gè)小型晶片上然后封裝起來形成具有多功能的單元，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換。而分立器件是指具有單一功能的電路基本元件，如晶體管、二極管、電阻、電容、電感等，主要實(shí)現(xiàn)電能的處理與變換。功率半導(dǎo)體器件是電力電子變化技術(shù)的基礎(chǔ)，也是電力電子變化裝置的核心組件。分立器件中功率器件占據(jù)主要地位

9、，典型的功率半導(dǎo)體處理功能包括變頻、變壓、變流、功率放大和功率管理等。一般我們將額定電流超過 1 安的半導(dǎo)體器件歸類為功率半導(dǎo)體器件，這類器件的阻斷電壓低則幾伏，高可超過 10000 伏。功率半導(dǎo)體幾乎用于所有的電子制造業(yè)，包括計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制等一系列電子領(lǐng)域。在車用市場(chǎng)與能源效率觀念推動(dòng)下，全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模不斷攀升。在車用部分， 一方面隨著原本配備在豪華汽車中的先進(jìn)電動(dòng)化功能，朝中端汽車滲透，推動(dòng)了該部分車用功率半導(dǎo)體銷售額的成長(zhǎng)；另一方面，配備有啟動(dòng)-停車(start-stop)電力逆變器系統(tǒng)的車型與混合動(dòng)力系統(tǒng)車型的增加，同樣拉動(dòng)功率離散元件與功率模組

10、的成長(zhǎng)。而功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心成長(zhǎng)關(guān)鍵是對(duì)改善能源效率的重視，因此在再生能源、建筑和家庭能源控制，以及工廠自動(dòng)化等方面都衍生出新需求。我們認(rèn)為功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的成長(zhǎng)是由其性能決定的，從器件類型角度看，普通二極管逐步向高性能的 IGBT、MOSFET 跨越；從材料角度看，碳化硅和氮化鎵將通過突破硅的性能極限來開拓功率半導(dǎo)體的新市場(chǎng)。小信號(hào)功率半導(dǎo)體圖 1：功率半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方向二極管晶閘管升級(jí)方向GTO、GTR等MOSFET、IGBT有吸引力的未來方向資料來源：功率半導(dǎo)體器件與應(yīng)用，傳感器光電子器件碳化硅、氮化鎵等寬禁帶功率半導(dǎo)體集成電路半導(dǎo)體分立器件綜上，本文將從功率半導(dǎo)體器件類型與化合物半導(dǎo)體材

11、料兩個(gè)角度來闡述功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，并梳理產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)標(biāo)的以供參考。功率半導(dǎo)體：關(guān)注 IGBT 與 MOSFET從器件類型上看，主要的功率半導(dǎo)體器件主要包括：二極管、PIN 二極管、雙極性晶體管、晶閘管、MOSFET、IGBT 等，其中二極管、MOSFET 和 IGBT 是應(yīng)用最廣泛及性能指標(biāo)先進(jìn)的功率器件之一。圖 2：2017 年功率半導(dǎo)體市場(chǎng)主要產(chǎn)品構(gòu)成33%37%8%22%電源管理器件MOSFET IGBT其他分立器件資料來源：中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，功率半導(dǎo)體器件應(yīng)用范圍十分廣泛。在小功率（幾 W 至幾千 W）領(lǐng)域，從計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等電器的電源中均有使用；在中等功率范圍

12、（10000W 到幾兆瓦），功率器件向機(jī)車、工業(yè)驅(qū)動(dòng)、冶煉爐等設(shè)備中的電機(jī)提供電能；在吉瓦的大功率范圍內(nèi)，高壓直流輸電系統(tǒng)中需要超高電壓功率半導(dǎo)體器件。圖 3：功率半導(dǎo)體主要應(yīng)用領(lǐng)域輸電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電軌道交通汽車電子光伏發(fā)電白色家電GTO/IGCT不間斷電源變頻器開關(guān)式晶電源閘管硅基二極管IGBT/IPMMOSFET音頻設(shè)備頻率（Hz）kW（ 轉(zhuǎn)換） 功率資料來源：Yole Dveloppement，根據(jù) Y ole 的數(shù)據(jù)表明，2017 年全球功率器件市場(chǎng)規(guī)模為 181.5 億美元，伴隨著清潔能源行業(yè)、電動(dòng)汽車行業(yè)以及物聯(lián)網(wǎng)行的需求不斷增長(zhǎng)，預(yù)計(jì) 2023 年達(dá)到 221 億美元。清潔能源行業(yè)對(duì)

13、功率半導(dǎo)體需求顯著。未來 5-10 年，新能源發(fā)電主要以光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電為代表。根據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2017 年，我國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)容量繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)，新增裝機(jī) 53.06GW，連續(xù)五年位居世界第一，同比增長(zhǎng) 53.6%，截至 2017 年底，全國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到 130GW。根據(jù)“十三五”規(guī)劃，風(fēng)電、光伏裝機(jī)總量將從2015 年的1.9 億千瓦時(shí)提升至2020 年的4 億千瓦時(shí)，復(fù)合增長(zhǎng)率約為16%，由于新能源發(fā)電輸出的電能不符合電網(wǎng)要求，需通過光伏逆變器或風(fēng)力發(fā)電逆變器將其整流成直流電，再逆變成符合電網(wǎng)要求的交流電后輸入并網(wǎng)，將大幅提高功率半導(dǎo)體的用量。圖 4：火力、風(fēng)力、光

14、伏發(fā)電中功率半導(dǎo)體的應(yīng)用資料來源：電動(dòng)汽車行業(yè)將是功率半導(dǎo)體的另一大買家。汽車中傳動(dòng)、安全、車身控制均需要大量的半導(dǎo)體器件，大多數(shù)為功率半導(dǎo)體器件。而電動(dòng)車的的到來，又將在動(dòng)力方面增加大量功率半導(dǎo)體器件。根據(jù) Strategy Analytics 測(cè)算，輕混車（MHEV）、混動(dòng)車/插電混動(dòng)車（HEV/PHEV）、純電動(dòng)車（BEV）相比燃油車 71 美元的功率半導(dǎo)體用量分別增長(zhǎng)106%、398%、433%，至 146 美元、354 美元與 384 美元。圖 5：汽車半導(dǎo)體成本拆分$710$704$372其他 $338$33821%C 13%電 源 23%43%傳感器C55% 7% 其 他電源 1

15、1% 傳感器76%其他4%C 4%電源27%16%傳感器內(nèi)燃機(jī)車通過插電進(jìn)行充電的混合動(dòng)力汽車電動(dòng)車資料來源：Strategy Analytics，2016 年 11 月國(guó)務(wù)院印發(fā)的“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的通知指出，到 2020 年，新能源汽車實(shí)現(xiàn)當(dāng)年產(chǎn)銷 200 萬輛以上，累計(jì)產(chǎn)銷超過 500 萬輛，對(duì)應(yīng)2017-2020 年新能源汽車產(chǎn)量每年平均 40%的增速。根據(jù)美國(guó) WardsA 統(tǒng)計(jì)，2017 年全球汽車銷量超過 9000 萬輛，隨著新能源汽車替代率逐步上升，將持續(xù)拉動(dòng)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的需求。圖 6：汽車需要多種半導(dǎo)體技術(shù)汽車電子傳動(dòng)系統(tǒng)車身底盤安全系統(tǒng)信息系統(tǒng)車身電子系

16、統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)M CUD SP AD C/D ACInterfaceCAN LIN D C/D CInverterInjector G ate D river Solenold傳感器M CUD SP AD C/D ACInterfaceCAN LIN BLD CPre-driver傳感器M CUD SP AD C/D ACInterfaceCAN /LINReader RFD C/D C傳感器M CUAP/BBG PS W IFI U SB BTEthernet顯示 D C/D C傳感器M CUD SP AD C/D ACInterfaceN FC CAN /LINFlexRay RFD C M ot

17、or W L-C harger D C/D C傳感器M CUD SP AD C/D ACInterface 充電器Regulator 燃油量表LED 驅(qū)動(dòng)傳感器M CUCAN LINFlexRay M O ST RF驅(qū)動(dòng)器Interface D C/dc傳感器eN VM邏輯/M MM M RFeH VBCDC IS，M EM S資料來源：聯(lián)華電子，半導(dǎo)體行業(yè)觀察，如果物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，一方面會(huì)通過新增的數(shù)據(jù)收集與數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)產(chǎn)生更多的用電需求，自然帶來了功率半導(dǎo)體的增長(zhǎng)空間；另一方面，由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備高精密度和低功耗的需求，在實(shí)現(xiàn)同樣功能的設(shè)備中，可能需要通過加裝負(fù)載開關(guān)等功率半導(dǎo)體元件來實(shí)

18、現(xiàn)每一用電終端的單獨(dú)控制，從而節(jié)省設(shè)備功耗。圖 7：具備負(fù)載開關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備電路示意圖資料來源：GLF Integrated Power，全球功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)規(guī)模近 200 億美元，其中歐美日的廠商占據(jù)了全球功率半導(dǎo)體器件大部分市場(chǎng)份額。在國(guó)內(nèi)，雖然中國(guó)是全球最大的功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)，不過產(chǎn)業(yè)鏈自主能力有限，大功率、耐高壓等高端產(chǎn)品幾乎全部依賴于進(jìn)口。全球功率半導(dǎo)體巨頭主要集中美國(guó)、歐洲、日本三個(gè)地區(qū)。大陸、臺(tái)灣地區(qū)廠商主要集中在二極管、晶閘管、低壓 MOSFET 等低端功率器件領(lǐng)域，IGBT、中高壓 MOSFET 等高端器件主要由歐美日廠商占據(jù)。21%43%9%13%14%圖 8：全球分立

19、器件的市場(chǎng)規(guī)模與增速，功率器件占大部分（百萬美元圖 9：全球功率器件的市場(chǎng)占比（按地區(qū)，2016）30,00025,00020,00015,00010,0005,0000分立器件銷售額（億美元）增長(zhǎng)率50%40%30%20%10%0%-10%-20%19992000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018-30%中國(guó)美洲歐洲、中東、非洲日本亞洲與大洋洲（除中日） 資料來源：WSTS，資料來源：Yole Dveloppement，中國(guó)是功率半導(dǎo)體最大的市場(chǎng)，占據(jù)了全球 43%的需求。中國(guó)作為全

20、球的電子終端加工中心，國(guó)內(nèi)廠商與下游客戶的距離更近，與本土客戶的溝通交流更加順暢，能夠?qū)蛻舻男枨笞龀龈涌焖俚捻憫?yīng)，國(guó)產(chǎn)替代空間巨大。圖 10：全球功率器件的市場(chǎng)占比（按廠商，2016）18.50%39.40%9.20%5.30%2.60%4.10% 2.60%4.90%4.70%4.50% 4.20%英飛凌安森美意法半導(dǎo)體三菱東芝威世半導(dǎo)體富 士 電 機(jī) 瑞薩羅 姆 賽米控其他資料來源：IHS, 功率半導(dǎo)體行業(yè)格局穩(wěn)固、壁壘較高，海外龍頭如英飛凌、意法半導(dǎo)體、安森美份額穩(wěn)定，基本上都具備全品類、多客戶的特征，同時(shí)在生產(chǎn)模式上以 IDM（設(shè)計(jì)-制造-封裝一體化）模式為主。由于大多應(yīng)用在工業(yè)、

21、汽車、電氣設(shè)備中，產(chǎn)品的性能指標(biāo)之外， 穩(wěn)定性是首要考量，因此海外龍頭的功率半導(dǎo)體占據(jù)著極為穩(wěn)固的市場(chǎng)份額。我國(guó)本土功率半導(dǎo)體廠商起步較晚，技術(shù)升級(jí)換代較國(guó)外滯后，主要廠家包括公司、吉林華微電子、無錫華潤(rùn)華晶、天津中環(huán)、士蘭微、蘇州固锝、東光微電、江陰長(zhǎng)電等。我國(guó)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀是封裝強(qiáng)于芯片制造，芯片制造強(qiáng)于設(shè)計(jì)。另外，我國(guó)功率半導(dǎo)體廠商的產(chǎn)品主要集中于競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的中低端市場(chǎng)，高端市場(chǎng)大部分被歐美日廠家如英飛凌、意法半導(dǎo)體、三菱、安森美等瓜分，這也意味著未來國(guó)內(nèi)廠商若能掌握功率半導(dǎo)體核心技術(shù)，將會(huì)有巨大的進(jìn)口替代市場(chǎng)空間。隨著國(guó)內(nèi)廠商整體實(shí)力的不斷增強(qiáng)，目前，某些國(guó)內(nèi)廠商憑借成本優(yōu)勢(shì)

22、已經(jīng)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有一定的市場(chǎng)份額，并逐步在個(gè)別產(chǎn)品或領(lǐng)域擠占國(guó)際廠商的市場(chǎng)份額，比如在節(jié)能照明領(lǐng)域，包括華潤(rùn)華晶、華微電子、深愛半導(dǎo)體為代表的節(jié)能燈用系列產(chǎn)品，已經(jīng)成功替代了國(guó)外企業(yè)的產(chǎn)品。IGBT 性能優(yōu)越，應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大IGBT 行業(yè)基本情況介紹IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transistor 的縮寫，即絕緣柵雙極型晶體管。它是由 BJT 和 MOSFET 組成的復(fù)合功率半導(dǎo)體器件，既有 MOSFET 的開關(guān)速度高、輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開關(guān)損耗小的優(yōu)點(diǎn)，又有 BJT 導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點(diǎn)，在高壓、大電流、高速等方面是其他功

23、率器件不能比擬的，因而是電力電子領(lǐng)域較為理想的開關(guān)器件，是未來應(yīng)用發(fā)展的主要方向。正是由于具有上述優(yōu)點(diǎn)， IGBT 自 20 世紀(jì) 80 年代末開始工業(yè)化應(yīng)用以來發(fā)展迅速，不僅在工業(yè)應(yīng)用中取代了MOSFET 和 GTR，甚至已擴(kuò)展到 SCR 及 GTO 占優(yōu)勢(shì)的大功率應(yīng)用領(lǐng)域，還在消費(fèi)類電子應(yīng)用中取代了 BJT、MOSFET 等功率器件的許多應(yīng)用領(lǐng)域。作為工業(yè)控制及自動(dòng)化領(lǐng)域的核心器件，IGBT 模塊在電機(jī)節(jié)能、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車電子、新能源發(fā)電、新能源汽車等諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。隨著新能源汽車的發(fā)展以及變頻白色家電的普及，IGBT 的市場(chǎng)熱度持續(xù)升溫。它不僅在工業(yè)

24、應(yīng)用中提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平、控制精度等，也大幅提高了電能的應(yīng)用效率， 同時(shí)減小了產(chǎn)品體積和重量，節(jié)約了材料，有利于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)。圖 11：IGBT 產(chǎn)品示意圖圖 12：按電壓分布的 IGBT 應(yīng)用領(lǐng)域資料來源：英飛凌, 資料來源：中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng), IGBT 誕生于 20 世紀(jì) 80 年代，進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用時(shí)間較晚，雖然目前占整體功率半導(dǎo)體功率器件市場(chǎng)份額仍然不大，但它代表了未來發(fā)展方向，市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)很快。IGBT 芯片技術(shù)的發(fā)展從 20 世紀(jì) 80 年代至今，IGBT 芯片經(jīng)歷了 6 代升級(jí)，從平面穿通型（PT）到溝槽型電場(chǎng)截止型（FS-Trench），芯片面積、工藝線寬、通態(tài)飽和壓降、關(guān)斷時(shí)

25、間、功率損耗等各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)歷了不斷的優(yōu)化，斷態(tài)電壓也從 600V 提高到 6500V 以上。序號(hào)以技術(shù)特點(diǎn)命名工藝線寬 通態(tài)飽和壓 關(guān)斷時(shí)間功率損耗斷態(tài)電壓出現(xiàn)時(shí)表 1：IGBT 芯片發(fā)展的主要技術(shù)節(jié)點(diǎn)1平面穿通型（PT）（微米）5降（伏）3.0（微秒）0.50（相對(duì)值）100（伏）600間19882改進(jìn)的平面穿通型（PT）52.80.307460019903溝槽型（Trench）32.00.2551120019924非穿通型（NPT）11.50.2539330019975電場(chǎng)截止型（FS）0.51.30.1933450020016溝槽型電場(chǎng)-截止型0.51.00.152965002003（FS

26、-Trench）資料來源：中國(guó)產(chǎn)業(yè)研究網(wǎng)，IGBT 作為新興的功率半導(dǎo)體器件，應(yīng)用前景廣闊，雖然國(guó)內(nèi)政策上一直鼓勵(lì) IGBT 相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但是由于產(chǎn)品認(rèn)證周期比較長(zhǎng)，真正在產(chǎn)業(yè)化上取得突破，得到用戶認(rèn)可的國(guó)內(nèi)企業(yè)目前還較少，主要是由于本行業(yè)存在較高的進(jìn)入壁壘。目前來看，IGBT 行業(yè)的進(jìn)入壁壘很高，主要體現(xiàn)在芯片設(shè)計(jì)能力、模塊設(shè)計(jì)與制造工藝、品牌與市場(chǎng)壁壘三個(gè)方面。芯片設(shè)計(jì)方面：IGBT 芯片是 IGBT 模塊的核心，其設(shè)計(jì)工藝極為復(fù)雜，不僅要保持模塊在大電流、高電壓、高頻率的環(huán)境下穩(wěn)定工作，還需保持開閉和損耗、抗短路能力和導(dǎo)通壓降維持平衡。企業(yè)只有具備深厚的技術(shù)底蘊(yùn)和強(qiáng)大的創(chuàng)新能力，積累

27、豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)儲(chǔ)備，才能在行業(yè)中立足。模塊設(shè)計(jì)及制造工藝：IGBT 模塊對(duì)產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量穩(wěn)定性要求較高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)中一個(gè)看似簡(jiǎn)單的環(huán)節(jié)往往需要長(zhǎng)時(shí)間摸索才能熟練掌握，如鋁線鍵合，表面看只需把電路用鋁線連接起來，但鍵合點(diǎn)的選擇、鍵合的力度、時(shí)間及鍵合機(jī)的參數(shù)設(shè)置、鍵合過程中應(yīng)用的夾具設(shè)計(jì)、員工操作方式等等都會(huì)影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率。而且 IGBT 和下游應(yīng)用結(jié)合緊密，往往需要研發(fā)人員對(duì)下游應(yīng)用行業(yè)較為了解才能生產(chǎn)出符合客戶要求的產(chǎn)品。品牌和市場(chǎng)壁壘：IGBT 模塊是下游產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件，其性能表現(xiàn)、穩(wěn)定性和可靠性對(duì)下游客戶來說至關(guān)重要，因此認(rèn)證周期較長(zhǎng)，替換成本高。對(duì)于新增的 I

28、GBT 供應(yīng)商，客戶往往會(huì)保持謹(jǐn)慎態(tài)度，不僅會(huì)綜合評(píng)定供應(yīng)商的實(shí)力，而且通常要經(jīng)過產(chǎn)品單體測(cè)試、整機(jī)測(cè)試、多次小批量試用等多個(gè)環(huán)節(jié)之后，才會(huì)做出大批量采購(gòu)決策，采購(gòu)決策周期較長(zhǎng)。因此，新進(jìn)入本行業(yè)者即使生產(chǎn)出 IGBT 產(chǎn)品，也需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間才能贏得客戶的認(rèn)可。IGBT 行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)IGBT 市場(chǎng)集中度高，Yole 預(yù)計(jì) 2018 年全球 IGBT 市場(chǎng)將超過 40 億美元，主要增長(zhǎng)來自電動(dòng)汽車 IGBT 功率模塊。IGBT 市場(chǎng)較為集中，主要廠商為英飛凌、三菱集團(tuán)和富士電機(jī)等。第一第二第三第四第五400V以下600-650V1200V1700V2500-3300V4500V以上圖 1

29、3：2017 年全球功率 IGBT 市場(chǎng)份額分布圖 14：按電壓分布的 IGBT 產(chǎn)品主要品牌29%26%5%9%19%12%英飛凌三菱 富士電機(jī) 賽米控 ABB其他資料來源：賽迪智庫(kù)，資料來源：IHS, 目前國(guó)內(nèi)外 IGBT 市場(chǎng)仍主要由外國(guó)企業(yè)占據(jù)，雖然我國(guó) IGBT 市場(chǎng)需求增長(zhǎng)迅速，但由于國(guó)內(nèi)相關(guān)人才缺乏，工藝基礎(chǔ)薄弱，國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)業(yè)化起步較晚，IGBT 模塊至今仍幾乎全部依賴進(jìn)口，市場(chǎng)主要由歐洲、日本及美國(guó)企業(yè)占領(lǐng)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)由于芯片供應(yīng)主要源于國(guó)外，制約性較強(qiáng)，因此發(fā)展較為緩慢。在新能源、節(jié)能環(huán)?！笆濉币?guī)劃等一系列國(guó)家政策措施的支持下，國(guó)內(nèi) IGBT 的發(fā)展亦獲得巨大的推動(dòng)力

30、，市場(chǎng)持續(xù)快速增長(zhǎng)。2018 年，國(guó)內(nèi) IGBT 市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到130.3 億元，中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的 IGBT 市場(chǎng)。圖 15：2016-2022 年全球 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模（億美元）圖 16：2008-2018 年中國(guó) IGBT 市場(chǎng)規(guī)模（億元）52.955.442.545.949.638.434.36050403020100201620172018E2019E 2020E 2021E 2022E市場(chǎng)規(guī)模YoY14%12%10%8%6%4%2%0%140120100806040200130.3117.2105.494.880.268.550.5 54.5 59.338.7 38.220

31、08 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017E 2018E 資料來源：IHS，資料來源：中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng) IGBT 是新能源汽車和高鐵等軌道交通車輛動(dòng)力系統(tǒng)“核心中的核心”，為業(yè)界公認(rèn)發(fā)展最為迅速的新型功率器件品種。2016 年我國(guó)新能源汽車?yán)塾?jì)生產(chǎn) 51.7 萬輛，銷售 50.7 萬輛，分別同比增長(zhǎng) 52%和 53%。同時(shí)，國(guó)家相關(guān)部門有關(guān)新能源汽車推動(dòng)的各項(xiàng)政策已逐步落地，江淮、吉利等車企也紛紛 計(jì)劃推出自己的“綠色戰(zhàn)略”，新車型將會(huì)陸續(xù)推出，當(dāng)前新能源汽車行業(yè)正處于快速成長(zhǎng)期，空間估量巨大。新能源汽車及其配套設(shè)施快速增長(zhǎng)將為 IGBT 等高

32、端功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模的加速擴(kuò)張?zhí)峁┯辛Φ谋Ｕ?。根?jù)Yole 預(yù)計(jì)，電動(dòng)汽車用 IGBT 市場(chǎng)到 2022 年將占整個(gè) IGBT 市場(chǎng)的 40左右。圖 17：2020 年中國(guó) IGBT 市場(chǎng)不同領(lǐng)域需求預(yù)計(jì)（億元）圖 18：2020 年中國(guó)細(xì)分領(lǐng)域 IGBT 需求結(jié)構(gòu)98.49662.54027.115.9120100806040200工消新業(yè)費(fèi)能應(yīng)類源用和汽其車他新電軌能網(wǎng)道源交發(fā)通電工業(yè)應(yīng)用消費(fèi)類和其他新能源汽車新能源發(fā)電電網(wǎng)軌道交通 28%29%5%8%18%12%資料來源：中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng), 資料來源：中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng), MOSFET 穩(wěn)定可靠，汽車和工業(yè)領(lǐng)域成為增長(zhǎng)點(diǎn)MOSFET 基本情況

33、介紹MOSFET 是指金屬- 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 簡(jiǎn)稱金氧半場(chǎng)效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管（field-effect transistor）。主要優(yōu)點(diǎn)是熱穩(wěn)定性好、安全工作區(qū)大。相較 IGBT，MOSFET 的研制較簡(jiǎn)單，也比較容易衍生出 fabless 模式，因此從事 MOSFET 的初創(chuàng)企業(yè)較容易成活。圖 19：功率 MOSFET 器件示意圖資料來源：ST，MOSFET 市場(chǎng)情況與競(jìng)爭(zhēng)格局隨著汽車和工業(yè)領(lǐng)域?yàn)橹鞯氖袌?chǎng)銷售穩(wěn)定增長(zhǎng)，2016 年全球功率

34、 MOSFET 市場(chǎng)規(guī)模接近 62 億美元。得益于下游需求向好，MEMS 預(yù)計(jì)全球功率 MOSFET 市場(chǎng)將繼續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，20162022 年期間功率MOSFET 市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為 3.4%。圖 20：MOSFET 市場(chǎng)規(guī)模（包含模組）及增速（百萬美元）8,0007,0006,0005,0004,0003,0002,0001,0000201620172018E2019E2020E2021E2022EMOSFET市場(chǎng)規(guī)模（百萬美元）增長(zhǎng)率4.5%4.0%3.5%3.0%2.5%2.0%1.5%1.0%0.5%0.0%資料來源：Yole Development，2016 年，全球汽車銷售量

35、達(dá)到了 2500 萬輛。功率 MOSFET 在汽車應(yīng)用領(lǐng)域的銷量超越了計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域，已經(jīng)占總體市場(chǎng)的 20%以上。隨著全球電動(dòng)汽車數(shù)量的增長(zhǎng)， 以及人們對(duì)電動(dòng)汽車的青睞，20162022 年期間該細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以 5.1%的復(fù)合年增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)。圖 21：2022 年功率 MOSFET 及其模組下游應(yīng)用占比22%45%19%14%汽車計(jì)算&存儲(chǔ)工業(yè)其他資料來源：MEMS，功率 MOSFET 在汽車領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，包括剎車系統(tǒng)、引擎管理、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其它小型馬達(dá)控制電路，在這些應(yīng)用中非常需要低傳導(dǎo)損耗和高交換速度的器件。根據(jù)EV/HEV（電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車）電氣化的程度，硅功率 M

36、OSFET 在 EV/HEV 變換器中正越來越受歡迎。MOSFET 可以處理大約 36 kW 的電池充電器，完美適用于小型插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車。MOSFET 還應(yīng)用于 48V DC/DC 變換器和其它自動(dòng)啟停功能模塊中的微型變頻器。隨著 Tesla（特斯拉）引領(lǐng)的 EV/HEV 應(yīng)用增長(zhǎng)，我們相信在未來 5 到 10 年里，該細(xì)分市場(chǎng)將變得越來越重要。全球 MOSFET 市場(chǎng)供應(yīng)商主要是英飛凌、安森美、日本瑞薩電子、歐洲意法半導(dǎo)體、日本東芝等廠商，這五家廠商 2017 年合計(jì)占有全球 62%的市場(chǎng)份額。圖 22：2017 年全球功率 MOSFET 廠商市場(chǎng)份額16%26%2%2%3%

37、4%4%5%13%7%7%9%英飛凌安森美瑞薩2%東芝意法半導(dǎo)體威世萬國(guó)半導(dǎo)體安世半導(dǎo)體美高森美美格納羅姆IXYS其他資料來源：IHS，英飛凌得益于對(duì) International Rectifier（美國(guó)國(guó)際整流器公司）的收購(gòu)，在大量的細(xì)分市場(chǎng)都處于領(lǐng)先位置。安森美在收購(gòu)了仙童半導(dǎo)體后，已經(jīng)成為 MOSFET 市場(chǎng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。瑞薩則位于第三位，在消費(fèi)類和汽車市場(chǎng)占據(jù)較大的市場(chǎng)份額。MOSFET 領(lǐng)域，領(lǐng)先的廠商憑借規(guī)模優(yōu)勢(shì)和增長(zhǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，正在獲得更大的市場(chǎng)份額。同時(shí)，很多廠商正傾向于 Fabless 模式，與臺(tái)積電等代工廠等合作，也可以較容易將產(chǎn)品規(guī)模擴(kuò)大。產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)的梳理IGBT 行業(yè)公司表

38、 2：國(guó)內(nèi) IGBT 產(chǎn)業(yè)鏈主要公司及主要產(chǎn)品序號(hào)名稱企業(yè)類型 地區(qū)主要業(yè)務(wù)與主要產(chǎn)品1中車時(shí)代電氣IDM株洲1200-6500V高壓模塊，國(guó)內(nèi)唯一自主掌握高鐵動(dòng)力IGBT芯片及模塊技術(shù)的企業(yè)2深圳比亞迪IDM深圳工業(yè)級(jí)IGBT模塊，汽車級(jí)模塊（新能源車與先進(jìn)合作）、600V IGBT單管、IGBT驅(qū)動(dòng)芯片300-600V 穿通型IGBT工藝，1200V非穿通型工藝，面向電焊機(jī)、變頻器、光伏逆變器、電機(jī)逆變器3士蘭微（A股）IDM杭州UPS 電源、家電、消費(fèi)電子。IGBT現(xiàn)有的6 英寸生、產(chǎn)線一個(gè)月投片已經(jīng)達(dá)到12000 甚至15000 片首家全面掌握變頻電機(jī)智能功率模塊各項(xiàng)核心技術(shù)的公司。4

39、吉林華微（A股）IDM吉林3/4/5/6 英寸等多公里半導(dǎo)體功率器及IC 芯片生產(chǎn)線，應(yīng)用于逆變器、電磁爐、UPS 電源, 目前公司（FS-Trench）IGBT 產(chǎn)品已研發(fā)成功，在新能源汽車、充電樁、變頻家電等領(lǐng)域。5中航微電子IDM重慶1200V/2050A IGBT功率器件6中環(huán)股份（A股）IDM天津用于消費(fèi)電子IGBT已經(jīng)量產(chǎn)，1200V 溝槽IGBT還在研發(fā)，節(jié)能型功率器件可用于充電樁7揚(yáng)杰科技（A股）IDM揚(yáng)州規(guī)劃8 寸IGBT 晶圓建設(shè)（第三/四代）8中車西安永電封裝西安1200V-6500V/752400A 高壓模塊，主要面向軌道交通、智能電網(wǎng)等高壓領(lǐng)域9西安愛帕克封裝西安60

40、0V-1200V/50400A 模 塊10威海新佳封裝威海1200V/50300A 模塊，應(yīng)用于AC 和DC 電機(jī)控制、變頻器、UPS 等領(lǐng)域江蘇宏微封裝常州600V-1200V/1560A 單管、600V-1700V/1580A 模塊，應(yīng)用于特種電源、電焊機(jī)、UPS、逆變器、變頻器等領(lǐng)域臺(tái)基股份封裝襄陽IGBT封裝采用國(guó)際先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備和生產(chǎn)線，主要面向電力電子系統(tǒng)需求13嘉興斯達(dá)（擬IPO）封裝設(shè)計(jì) 嘉興600-3300 V /18003700A 模 塊南京銀茂封裝設(shè)計(jì) 南京600-1700 V /15200A 模塊，應(yīng)用于工業(yè)變頻、新能源、電源裝備等領(lǐng)域國(guó)內(nèi)唯一全面掌握650-6500

41、 V 全電壓段IGBT 芯片技術(shù)企業(yè)，面向電磁感應(yīng)加中科君芯設(shè)計(jì)無錫熱、變頻家電、逆變焊機(jī)、工業(yè)變頻器、新能源等領(lǐng)域西安芯派設(shè)計(jì)西安650-1700 V /80600A IGBT，用于電源管理、電池管理、電機(jī)控制及充電樁等領(lǐng)域吉林華微斯帕克設(shè)計(jì)吉林智能功率模塊及大功率IGBT模塊單管、模塊、面向逆變焊機(jī)、工業(yè)領(lǐng)域、白色家電、充電樁、UPS 電源、光伏寧波達(dá)新設(shè)計(jì)寧波逆變器、空調(diào)、電磁感應(yīng)加熱無錫同方微設(shè)計(jì)無錫600 /1200 /1350V，用于交/直流驅(qū)動(dòng)、UPS、電磁爐、逆變器、開關(guān)和共振模式電源無錫新潔能（三板）設(shè)計(jì)無錫Trench NPT/ Trench FS 工藝，1200/1350

42、V，用于電磁加熱等各類開關(guān)金芯微電子設(shè)計(jì)上海電磁爐領(lǐng)域600V,1200V 單管、模塊，應(yīng)用于電磁爐、小功率逆變器、逆變焊機(jī)、無刷馬達(dá)控制器、UPS、開關(guān)山東科達(dá)設(shè)計(jì)東營(yíng)電源、液晶電視、太陽能等領(lǐng)域華虹宏力(港股)制造上海擁有600-1200 V /Trench FS 及1700V Trench NPT 工藝，3300V-6500V 高壓芯片在研發(fā)上海先進(jìn)(港股)制造上海為英飛凌代工深圳方正微制造深圳提供勞功率器件IGBT 晶圓制造技術(shù)中芯國(guó)際(港股)制造上海代工廠華潤(rùn)上華制造無錫1200V planar NPT IGBT 工 藝資料來源：SITRI，主要功率半導(dǎo)體公司表 3：大陸主要功率器件

43、廠商（百萬元）名稱上市2017營(yíng)收主要業(yè)務(wù)與主要產(chǎn)品華微電子A股主要業(yè)務(wù)：功率器件的設(shè)計(jì)、芯片加工及封裝；1634.89主要產(chǎn)品：三極管系列揚(yáng)杰科技A股主要業(yè)務(wù)：功率器件設(shè)計(jì)制造、封裝測(cè)試、銷售與服務(wù)；1469.51主要產(chǎn)品：功率器件、功率二極管、整流橋等士蘭微A股2742主要產(chǎn)品：二極管、MOS、IGBT等功率器件、LED、MEMS等。蘇州固锝A股主要業(yè)務(wù)：設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)和銷售各類功率器件；1854.59主要產(chǎn)品：二極管、三極管華晶微電子主要業(yè)務(wù)：功率半導(dǎo)體的研發(fā)和生產(chǎn)；940主要產(chǎn)品：MOSFET、IGBT、BJT、二極管等瑞能半導(dǎo)體IPO主要業(yè)務(wù)：功率半導(dǎo)體的研發(fā)與生產(chǎn)；690主要產(chǎn)品

44、：二極管、晶體管、整流器等銀河世紀(jì)微IPO主要業(yè)務(wù)：半導(dǎo)體功率器件的研發(fā)、制造和銷售；611.70主要產(chǎn)品：二極管、三極管、橋式整流器等杭州立昂微主要業(yè)務(wù)：半導(dǎo)體硅片和半導(dǎo)體功率器件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售；461主要產(chǎn)品：MOSFET、射頻IC等燕東微電子主要業(yè)務(wù)：模擬IC 及功率器件研發(fā)、制造和銷售；454主要產(chǎn)品：晶體管、二極管、模擬IC 等嘉興斯達(dá)IPO主要產(chǎn)品：IGBT模塊新潔能三板503.76主要業(yè)務(wù)：功率器件的研發(fā)和銷售；主要產(chǎn)品：各類MOSFET星海電子三板主要業(yè)務(wù)：功率二極管、整流橋、功率器件芯片等半導(dǎo)體功率器件產(chǎn)品的研發(fā)、制造與銷售；283.20主要產(chǎn)品：功率二極管、整流橋、功率

45、器件芯片等三聯(lián)盛三板主要業(yè)務(wù)：半導(dǎo)體功率器件的封裝與測(cè)試；60.50主要產(chǎn)品：二極管、三極管、肖特基整流管、晶閘管、穩(wěn)壓電路等希爾電子三板主要業(yè)務(wù)：半導(dǎo)體硅整流橋件研發(fā)、生產(chǎn)及銷售；108.54主要產(chǎn)品：?jiǎn)蜗嗾鳂蚝腿嗾鳂蚪K佑風(fēng)三板主要業(yè)務(wù)：功率器件的封裝、測(cè)試及銷售；59.29主要產(chǎn)品：功率器件的片式元器件芯諾科技三板主要業(yè)務(wù)：功率器件芯片的研發(fā)、制造與銷售；55.11主要產(chǎn)品：二極管、整流橋、開關(guān)等先捷電子三板主要業(yè)務(wù)：集成電路、功率器件的封裝、測(cè)試及銷售；40.86主要產(chǎn)品：IC及功率器件的芯片封裝和成品測(cè)試臺(tái)冠電子三板主要業(yè)務(wù)：功率器件的封裝及測(cè)試；54.35主要產(chǎn)品：功率器件的

46、片式元器件美晶科技三板主要業(yè)務(wù)：生產(chǎn)新能源科技核心芯片器件；18.34主要產(chǎn)品：肖特基芯片、晶閘管、FRED、MOSFET等江蘇潤(rùn)奧三板主要業(yè)務(wù)：功率半導(dǎo)體的研發(fā)、制造和銷售；21.17主要產(chǎn)品：功率半導(dǎo)體芯片、焊接二極管、晶閘管、GTO、整流二極管及其模塊、組件、功率單元等明芯微三板主要業(yè)務(wù)：功率器件的研發(fā)、制造與銷售；48.78主要產(chǎn)品：可控硅、放電管半導(dǎo)體成管等宏乾科技三板主要業(yè)務(wù)：智能化工業(yè)領(lǐng)域制造發(fā)展；12.55主要產(chǎn)品：BJT、MOSFET等明德股份三板主要業(yè)務(wù)：片式整流器件生產(chǎn)制造；48.41主要產(chǎn)品：整流器、二極管等深深愛三板主要業(yè)務(wù)：功率半導(dǎo)體器件制造企業(yè)；442.04主要產(chǎn)

47、品：雙極型功率晶體管、MOSFET、肖特基二極管、IGBT、快恢復(fù)二極管、LED 驅(qū)動(dòng)資料來源：Wind，公司網(wǎng)站，芯片及模塊、CMOS 電路等化合物半導(dǎo)體將全面提升器件性能第一代半導(dǎo)體以硅（Si）為主要材質(zhì)。硅基（Si）功率器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝日趨完善，已經(jīng)接近其材料特性決定的理論極限，依靠硅基器件繼續(xù)完善來提高裝置與系統(tǒng)性能的潛力十分有限。砷化鎵（GaAs）、磷化銦（lnP）等作為第二代化半導(dǎo)體因其高頻性能較好主要用于射頻領(lǐng)域，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等第三代半導(dǎo)體因禁帶寬度和擊穿電壓高，未來在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力，這一領(lǐng)域可以說是傳統(tǒng)硅基功率半導(dǎo)體的全方位升級(jí)。接下

48、來，我們將更多聚焦于 SiC 及 GaN 領(lǐng)域的機(jī)會(huì)圖 23：三代主要半導(dǎo)體材料物理性質(zhì)對(duì)比圖 24：化合物半導(dǎo)體功率器件與硅基器件的對(duì)比系統(tǒng)性能器件性能材料性能禁帶寬度（eV）64熱導(dǎo)率（W/c*K）20飽和電子速率 （107cm/s）電子遷移率能量損耗小減小電容電感的體積耐高溫性能對(duì)冷卻系統(tǒng)要求低開關(guān)速度快禁帶寬度大小型化、輕量化（Kcm2/V*s）飽和電子漂移速度高擊穿場(chǎng)強(qiáng)高存在高速二維電子氣通態(tài)電阻低高能效擊穿場(chǎng)強(qiáng)（MV/cm）驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)耐高壓特性輸出功率高SiSiCGaN資料來源：資料來源：第三代化合物半導(dǎo)體在國(guó)防軍工、信息安全、能源安全方面意義重大，美國(guó)、歐洲等國(guó)家和地區(qū)相繼發(fā)布政府

49、或軍隊(duì)層面技術(shù)和產(chǎn)業(yè)扶持計(jì)劃。表 4：全球推動(dòng)第三代半導(dǎo)體功率器件產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的國(guó)家計(jì)劃發(fā)展計(jì)劃發(fā)布的國(guó)家或機(jī)構(gòu)計(jì)劃目標(biāo)SPEED計(jì)劃SWITCHES計(jì)劃歐盟委員會(huì)(EU)美國(guó)能源部(DOE-ARPA)圍繞材料、外延、器件、應(yīng)用等SiC全產(chǎn)業(yè)鏈突破SiC器件技術(shù)，發(fā)展下一代SiC基電力電子器件， 用于風(fēng)能發(fā)電和新一代固態(tài)變壓器。器件耐壓目標(biāo)是1.7kV和10kV以上。研制新型寬禁帶半導(dǎo)體材料、器件結(jié)構(gòu)以及制造工藝，提高能量密度，加快開關(guān)頻率，增強(qiáng)溫度控制，使電力電子技術(shù)的成本更低，效率更高，降低電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)換等應(yīng)用的能量損耗， 使得控制和轉(zhuǎn)換電能的方式發(fā)生重大變革。NEXT計(jì)劃美國(guó)國(guó)

50、防部先進(jìn)研究項(xiàng)目 研發(fā)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)極高的速度和電壓的GaN器件制造工藝，滿足大規(guī)模集成（在增強(qiáng)型/耗盡型模MANGA計(jì)劃局(DARPA)歐洲防務(wù)局(EDA)式下達(dá)到繼承1000只晶體管）的要求。聯(lián)合德國(guó)、法國(guó)、意大利、瑞典和英國(guó)，強(qiáng)化歐洲的SiC襯底和GaN外延片的區(qū)域內(nèi)供應(yīng)能力，降低對(duì)歐洲以外國(guó)家的依賴性，形成服務(wù)于國(guó)防工業(yè)的GaN電子器件產(chǎn)業(yè)鏈。實(shí)現(xiàn)低碳社會(huì)的新 日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā) 通過資助富士電機(jī)、三菱電機(jī)、同和電子、東京大學(xué)等機(jī)構(gòu)，研發(fā)低成本的SiC電力電子器件和功一代功率電子項(xiàng)目機(jī)構(gòu)(NEDO)率模組，應(yīng)用于電動(dòng)車、鐵路列車等。資料來源：新浪新聞，我國(guó)也相繼發(fā)布國(guó)家計(jì)劃，高度重視

51、和推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。表 5：中國(guó)第三代半導(dǎo)體功率器件發(fā)展目標(biāo)發(fā)展重點(diǎn)細(xì)分重點(diǎn)2025年任務(wù)目標(biāo)關(guān)鍵戰(zhàn)略材料：先進(jìn)半導(dǎo)體材料第三代半導(dǎo)體單晶襯底第三代半導(dǎo)體電力電子器件、模塊及應(yīng)用6-8英寸SiC、4-6英寸GaN、2-3英寸AlN單晶襯底制備技術(shù)；可生產(chǎn)大尺寸、2025年實(shí)現(xiàn)在高效能源管高質(zhì)量第三代半導(dǎo)體單晶襯底的國(guó)產(chǎn)化裝備。理中國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到50%；在15kV以上SiC電力電子器件制備關(guān)鍵技術(shù)；高質(zhì)量、低成本GaN電力電子新能源汽車、消費(fèi)類電子領(lǐng)器件的設(shè)計(jì)與制備；在高壓電網(wǎng)、高速軌道交通、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、新能域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。源汽車、新一代通用電源等領(lǐng)域的應(yīng)用。資料來源：中國(guó)制造 2025重點(diǎn)領(lǐng)域技

52、術(shù)路線圖，由于第三代半導(dǎo)體具有廣闊的市場(chǎng)前景，國(guó)際巨頭紛紛加大力度布局。一方面，通過企業(yè)并購(gòu)獲取新技術(shù)；另一方面加大研發(fā)和投資建設(shè)生產(chǎn)線，擴(kuò)充新產(chǎn)能。表 6：2014 年-2017 年第三代半導(dǎo)體行業(yè)重要并購(gòu)事件時(shí)間并購(gòu)事件金額影響2014年RFMD與TriQuint合并成Qorvo未披露強(qiáng)化GaN制造能力，并具備6英寸GaN器件制造能力MACOM收購(gòu)Nitronex2600萬美元獲得硅基GaN射頻器件技術(shù)Infineon收購(gòu)美國(guó)IR公司30億美元獲得硅基GaN電力電子器件技術(shù)獲得GaN外延技術(shù)，成立專門的業(yè)務(wù)公2015年住友化學(xué)收購(gòu)日立金屬化合物半導(dǎo)體業(yè)務(wù)未披露司SCIOCSAvago公司并

53、購(gòu)Broadcom公司370億美元強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，豐富產(chǎn)品線建廣資本收購(gòu)NXP射頻業(yè)務(wù)18億美元NXP優(yōu)質(zhì)資產(chǎn)，包含GaN功率管業(yè)務(wù)被CFIUS否決，2018年CREE反過來宣2016年英飛凌計(jì)劃收購(gòu)CREE旗下Wolfspeed8.5億美元布斥資3.45億歐元收購(gòu)英飛凌的射頻功率事業(yè)部2017年四川益豐電子收購(gòu)法國(guó)OMMIC公司未批露獲得GaAs和GaN制造產(chǎn)線和生產(chǎn)技術(shù)福建安芯基金收購(gòu)瑞典Norstel公司約2000萬美元獲得SiC襯底和外延技術(shù)ADI收購(gòu)OneTree Microdevices未披露強(qiáng)化GaN射頻器件的競(jìng)爭(zhēng)力On Semi收購(gòu)Fairchild24億美元強(qiáng)化車用電力電子期間領(lǐng)域

54、競(jìng)爭(zhēng)力資料來源：公司公告，目前第三代半導(dǎo)體功率器件發(fā)展方向主要有 SiC 和 GaN 兩大方向，SiC 擁有更高的熱導(dǎo)率和更成熟的技術(shù)，而 GaN 高電子遷移率和飽和電子速率、成本更低的優(yōu)點(diǎn)，兩者的不同優(yōu)勢(shì)決定了應(yīng)用范圍上的差異，GaN 的市場(chǎng)應(yīng)用偏向高頻小電力領(lǐng)域，集中在600V 以下；而 SiC 適用于 1200V 以上的高溫大電力領(lǐng)域。低電壓中電壓高電壓圖 25：SiC 和 GaN 的應(yīng)用領(lǐng)域不同PFC 電源供應(yīng)器PV逆變器船舶潛艇放大器200V600V電機(jī)控制EV /H EVU PS 1.7kV3.3kV風(fēng) 電 智能電網(wǎng)軌道交通6.5kV +G aN 晶體管工作領(lǐng)域SiC 二極管SiC

55、 晶體管資料來源：Yole, SiC 功率器件受益于新能源車需求加速SiC 功率器件的研發(fā)始于 1970 年代，80 年代 SiC 晶體質(zhì)量和制造工藝獲得大幅改進(jìn)， 隨著 90 年代高品質(zhì) 6H-SiC 和 4H-SiC 外延層生長(zhǎng)技術(shù)的成功應(yīng)用，各種 SiC 功率器件的研究和開發(fā)進(jìn)入迅速發(fā)展時(shí)期。圖 26：SiC 功率器件的 Timeline 及相關(guān)廠商資料來源：Yole, 在發(fā)展 SiC 功率半導(dǎo)體器件過程中，首先推出的是 SiC 肖特基二極管（SiC SBD），2001年 Infineon 公司推出 300V-600V（16A）產(chǎn)品，接著 CREE 在 2002 年推出 600V-120

56、0V（20A）的產(chǎn)品，它們主要用在開關(guān)電源控制及馬達(dá)控制中，隨后 ST、Rohm、Fairchild、TOSHIBA 等廠商紛紛推出相應(yīng)產(chǎn)品。目前 SiC SBD 主要有電壓為 600V、650V、900V、1200V、1700V 和 3300V 等產(chǎn)品。表 7：SiC 功率器件分類及相應(yīng)優(yōu)勢(shì)SiC功率器件類型性能優(yōu)勢(shì)SiC功率二極管肖特基二極管（SBD）PiN二極管（PiN） 勢(shì)壘肖特基二極管（JBS） 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管是速度最快的高壓肖特基二極管，在開關(guān)應(yīng)用中，幾乎沒有反向恢復(fù)時(shí)間，可大幅降低開關(guān)損耗、提高開關(guān)頻率，有在高頻、中等電壓功率開關(guān)的應(yīng)用上替代Si基PiN二極管的趨勢(shì)。P

57、iN二極管的優(yōu)勢(shì)在于它有更小的反向漏電流和更高的擊穿電壓，因此廣泛應(yīng)用于高壓低頻功率開關(guān)上。充分發(fā)揮SiC臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)擁有SBD和PiN的優(yōu)點(diǎn)， 是耐高壓、高溫、高速的理想開關(guān)管。SiC MOSFET的阻斷電壓在300V-4500V之間，由于其低導(dǎo)通電阻、高輸入阻抗、高開關(guān)速度等優(yōu)勢(shì)，完全有可能取代Si IGBT器件，成為理（MOSFET） 想的高壓功率開關(guān)器件。JFET性能略差于MOSFET，但其制備工藝相對(duì)MOSFET要簡(jiǎn)單，而且SiC功率晶體管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）雙極性晶體管（BJT）絕緣柵雙極晶回避了SiC MOSFET存在的溝道遷移率低、柵氧化層質(zhì)量不穩(wěn)定等問題

58、。BJT與大多數(shù)FET相比具有更高的載流子處理能力和更低的導(dǎo)通電阻， 對(duì)于4.5kV和更高阻斷電壓的應(yīng)用，SiC雙極功率器件將比單極型SiC功率器件更有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。SiC IGBT適用于超高電壓（5kV以上）低頻領(lǐng)域，是最有希望應(yīng)用到高體管（IGBT） 壓直流輸電、艦船驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域的高效節(jié)能的第三代半導(dǎo)體器件。SiC晶閘管與Si晶閘管有著更低正向壓降、更快的轉(zhuǎn)化速度、更高的阻晶閘管斷電壓和更高的工作溫度。資料來源：OFweek，SiC JFET 和 SiC MOSFET 分別在 2006 年和 2011 年面世，目前 MOSFET 主要有電壓為 400V、650V、900V、1000V、120

59、0V 和 1700V 等產(chǎn)品。觀察各廠商業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，一個(gè)大的趨勢(shì)是各 SiC 器件廠商都發(fā)展其 SiC 模組業(yè)務(wù)。圖 27：英飛凌新一代 SiC 二極管推出，性價(jià)比越來越高圖 28：各家廠商的 SiC 模組G6 G5 G 3G 2*價(jià)格* G 2已停產(chǎn)性能（效率、密度）資料來源：英飛凌, 資料來源：Yole, 碳化硅器件比硅器件具備更高的電流密度，在功率等級(jí)相同的條件下，采用碳化硅器件可將電體積縮小化，滿足功率密度更高、設(shè)計(jì)更緊湊的需求。因此，在相同的電池容量下，基于碳化硅的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可使電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程更長(zhǎng)。圖 29：SiC 的功率密度更高圖 30：SiC 材料的電池更輕、更小、續(xù)航里程更長(zhǎng) 資料

60、來源：英飛凌，資料來源：英飛凌，目前，SiC 功率器件市場(chǎng)仍然主要受功率因素校正器（PFC）和光伏（PV）應(yīng)用中使用的二極管驅(qū)動(dòng)。在電源 PFC 電路中使用碳化硅肖特基二極管，電源效率提高顯而易見， 同時(shí)由于不再需要考慮軟開關(guān)或無損吸收技術(shù)，縮短了電源的開發(fā)周期、減少了元件數(shù)量、簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，更為重要的是它減小了對(duì)周圍電路的電磁干擾，提高了電源的可靠性，使產(chǎn)品具有更高的競(jìng)爭(zhēng)力。未來 5-10 年在汽車中使用 SiC 功率器件將推動(dòng)行業(yè)的快速發(fā)展，SiC 在汽車中的應(yīng)用包括主逆變器、車載充電器及 DC/DC 轉(zhuǎn)換器等。據(jù) Yole 統(tǒng)計(jì)，截至 2018 年，有超過20 家汽車廠商已經(jīng)準(zhǔn)備好將在