2020年第三代半導(dǎo)體行業(yè)分析

管理咨詢·行業(yè)分析管理咨詢·行業(yè)分析2020年第三代半導(dǎo)體行業(yè)分析一、第三代半導(dǎo)體在高溫、高壓及大功率領(lǐng)域優(yōu)勢顯著 2二、5G及新能源車時代來臨，第三代半導(dǎo)體迎來爆發(fā)時機 41、全球?qū)Φ谌雽?dǎo)體均展開全面戰(zhàn)略部署，下游應(yīng)用需求持續(xù)增長，第三代半導(dǎo)體處于爆發(fā)增長前夜 42、第三代半導(dǎo)體材料在5G時代應(yīng)用優(yōu)勢明顯 53、汽車電動化形成巨大的下游市場需求 5三、第三代半導(dǎo)體成為市場熱點，持續(xù)獲得政策支持 6四、全球格局美歐日領(lǐng)先，國內(nèi)外差距相對一二代半導(dǎo)體縮小 71、美、歐、日廠商在第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中較為領(lǐng)先，中國發(fā)展較快 72、第三代半導(dǎo)體國內(nèi)外差距相對縮小，為國產(chǎn)替代提供機遇 8五、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈及布局公司 8

國內(nèi)半導(dǎo)體廠商的成長來自于兩部分，一是全球半導(dǎo)體有望開啟新一輪產(chǎn)業(yè)周期，產(chǎn)業(yè)細(xì)分賽道自身成長性的空間將逐漸釋放；二是是國產(chǎn)替代帶來的國產(chǎn)產(chǎn)品滲透率的提升。受益國產(chǎn)替代加速，2020H1半導(dǎo)體板塊業(yè)績在疫情影響下仍然保持了較快增長。根據(jù)Wind數(shù)據(jù)，2020H1半導(dǎo)體行業(yè)營業(yè)收入合計695.5億元，較去年同期增長25.2%，凈利潤合計68.8億元，較去年同期增長143.1%。市場也對半導(dǎo)體板塊給予了較高的估值。長期看，半導(dǎo)體是中國科技崛起不可回避的環(huán)節(jié)，國產(chǎn)替代空間依然巨大。根據(jù)2020年9月3日彭博發(fā)布的新聞顯示：中國計劃將大力支持發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)寫入“十四五”規(guī)劃之中。第三代半導(dǎo)體作為半導(dǎo)體的新興領(lǐng)域，成長空間巨大，具備快速追趕國外主流水平并實現(xiàn)彎道超車的機會，預(yù)計未來將獲得國家政策等方面的持續(xù)支持，建議重點關(guān)注第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的投資機會。一、第三代半導(dǎo)體在高溫、高壓及大功率領(lǐng)域優(yōu)勢顯著與第一二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料的禁帶寬度、熱導(dǎo)率、電子飽和速率和抗輻射能力均有更好的表現(xiàn)。第三代是指半導(dǎo)體材料的變化，從第一代、第二代過渡到第三代。第一代半導(dǎo)體材料是以硅（Si）和鍺（Ge）為代表的，最傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料，目前大部分半導(dǎo)體是基于硅基的。第二代半導(dǎo)體是以砷化鎵（GaAs）、磷化鎵（GaP）為代表，是4G時代的大部分通信設(shè)備的材料。第三代半導(dǎo)體材料以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO）、金剛石為四大代表，是5G時代的主要材料。碳化硅的耐高壓能力是硅的10倍，耐高溫能力是硅的兩倍，高頻能力是硅的2倍。相同電氣參數(shù)產(chǎn)品，采用碳化硅材料可縮小體積50%，降低能量損耗80%。使用碳化硅材料替代原本硅基材料，可實現(xiàn)器件體積更小同時能量密度更大。硅材料隨著電壓的升高，高頻性能和能量密度不斷在下降，和碳化硅、氮化鎵相比優(yōu)勢越來越小。第三代半導(dǎo)體主要應(yīng)用于高溫、高頻、抗輻射、大功率器件領(lǐng)域。由于更優(yōu)的電子遷移率、帶隙、擊穿電壓、高頻、高溫特性，第三代半導(dǎo)體主要應(yīng)用于高溫、高頻、抗輻射、大功率器件領(lǐng)域。SiC的市場應(yīng)用領(lǐng)域偏向1000V以上的中高電壓范圍，具有高壓、高溫、高頻三大優(yōu)勢，比Si更薄、更輕、更小巧。從應(yīng)用領(lǐng)域看，第三代半導(dǎo)體主要有三個應(yīng)用方向：光電子、電力電子、微波射頻。從材料特點來看，碳化硅器件適合高壓和高可靠性情景，主要應(yīng)用在新能源汽車和工控等領(lǐng)域，氮化鎵器件更適合于高頻領(lǐng)域，包括5G通信相關(guān)的高頻器件、衛(wèi)星通訊等。二、5G及新能源車時代來臨，第三代半導(dǎo)體迎來爆發(fā)時機1、全球?qū)Φ谌雽?dǎo)體均展開全面戰(zhàn)略部署，下游應(yīng)用需求持續(xù)增長，第三代半導(dǎo)體處于爆發(fā)增長前夜2014年初，美國宣布成立“下一代功率電子技術(shù)國家制造業(yè)創(chuàng)新中心”，期望通過加強第三代半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，使美國占領(lǐng)下一代功率電子產(chǎn)業(yè)這個規(guī)模大、發(fā)展快的市場。日本建立了“下一代功率半導(dǎo)體封裝技術(shù)開發(fā)聯(lián)盟”由大阪大學(xué)牽頭，協(xié)同羅姆、三菱電機、松下電器等18家布局第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的公司、大學(xué)和研究中心；歐洲啟動了產(chǎn)學(xué)研項目“LASTPOWER”，由意法半導(dǎo)體公司牽頭，協(xié)同來自意大利、德國等六個歐洲國家的私營企業(yè)、大學(xué)和公共研究中心，聯(lián)合攻關(guān)SiC和GaN的關(guān)鍵技術(shù)。第三代化合物半導(dǎo)體憑借優(yōu)異的光學(xué)性能、耐高壓、高功率，應(yīng)用范圍廣闊，成長剛剛起步。2、第三代半導(dǎo)體材料在5G時代應(yīng)用優(yōu)勢明顯與第一代和第二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體的寬禁帶、高擊穿電場、高導(dǎo)熱率特性，使其更適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。與4G系統(tǒng)相比，5GmMIMO具有更多收發(fā)器和天線單元，使用波束賦形信號處理將射頻能量傳遞給用戶。5GmMIMO設(shè)計下，急劇增加的信號處理硬件極大影響了系統(tǒng)尺寸，信號處理的功耗也在逼近板載功率放大器的功耗，在某些情況下，甚至已經(jīng)超過了板載功率放大器的功耗。硅基GaN提供了良好的寬帶性能和卓越的功率密度和效率，能滿足嚴(yán)格的熱規(guī)范，同時為緊密集成的mMIMO天線陣列節(jié)省了寶貴的PCB空間。3、汽車電動化形成巨大的下游市場需求新能源汽車為SiC的最重要下游領(lǐng)域，主要應(yīng)用包括主驅(qū)逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、充電系統(tǒng)中的車載充電機和充電樁等。中國是全球最大的新能源汽車市場，電動汽車產(chǎn)業(yè)有國產(chǎn)替代的肥沃土壤。我國的新能源汽車市場占全球市場的一半以上，是全球最大的新能源汽車市場。根據(jù)EVsales數(shù)據(jù)，2019年全球新能源汽車銷量為215萬輛，中國市場銷量就達(dá)到了116萬輛，中國市場占全球比重達(dá)54%。第三代半導(dǎo)體市場規(guī)模將繼續(xù)保持高速增長，汽車市場占碳化硅功率半導(dǎo)體市場比重增加。根據(jù)Omdia的《2020年SiC和GaN功率半導(dǎo)體報告》，到2020年底，全球SiC和GaN功率半導(dǎo)體的銷售收入預(yù)計8.54億美元。未來十年的年均兩位數(shù)增長率，到2029年將超過50億美元。三、第三代半導(dǎo)體成為市場熱點，持續(xù)獲得政策支持國內(nèi)政策支持持續(xù)加強，護(hù)航國產(chǎn)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展。我國計劃把大力支持發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，自2016年以來，國內(nèi)出臺了大量政策，包括中央、地方促進(jìn)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國的“中國制造2025”計劃中明確提出要大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。2015年5月，中國建立第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用聯(lián)合創(chuàng)新基地，搶占第三代半導(dǎo)體戰(zhàn)略新高地；國家科技部、工信部、北京市科委牽頭成立第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA），對推動我國第三代半導(dǎo)體材料及器件研發(fā)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。我們預(yù)計，未來幾年在5G及新能源車快速推廣和滲透的背景下，第三代半導(dǎo)體將迎來爆發(fā)式的成長，相關(guān)領(lǐng)域?qū)⒂瓉韥砀罅Χ?、更有針對性的支持。四、全球格局美歐日領(lǐng)先，國內(nèi)外差距相對一二代半導(dǎo)體縮小1、美、歐、日廠商在第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中較為領(lǐng)先，中國發(fā)展較快美國在全球碳化硅市場中處于龍頭地位，擁有科銳、道康寧等世界頂尖企業(yè)，在氮化鎵領(lǐng)域也具有很強的實力，科銳在Sic導(dǎo)電型晶片市場占有率超60%，在GaN射頻市場份額居全球第二。歐洲擁有完整的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，擁有英飛凌、意法半導(dǎo)體等優(yōu)勢制造商。日本擁有先進(jìn)的技術(shù)，完整的產(chǎn)業(yè)鏈，在設(shè)備和模塊開發(fā)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，擁有住友電工、松下、羅姆半導(dǎo)體等優(yōu)質(zhì)廠商，其中住友電工是全球GaN射頻器件第一大供應(yīng)商。中國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)近些年發(fā)展較快，逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，三安光電、中電科、泰科天潤、天科合達(dá)等公司表現(xiàn)較為突出。2、第三代半導(dǎo)體國內(nèi)外差距相對縮小，為國產(chǎn)替代提供機遇第三代半導(dǎo)體目前處于發(fā)展初期，國內(nèi)企業(yè)和國際巨頭差距相對較小。中國擁有廣闊的第三代半導(dǎo)體應(yīng)用市場，可以根據(jù)市場研發(fā)產(chǎn)品，改變以往集中于國產(chǎn)化替代的道路。同時第三代半導(dǎo)體的難點在于工藝，而工藝的開發(fā)具有偶然性，相比邏輯芯片難度降低。由于生產(chǎn)過程對設(shè)備要求較低，投資額較小，準(zhǔn)入門檻低，對后來追趕者相對較為有利。五、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈及布局公司碳化硅的產(chǎn)業(yè)鏈分為襯底、外延和器件環(huán)節(jié)。襯底常用Lely法制造，國際主流采用6英寸晶圓，正向8英寸晶圓過渡；國內(nèi)襯底以4英寸為主，主要用于10A以下小電流產(chǎn)品。外延常用PECVD法制造，國內(nèi)部分公司可提供4/6英寸外延片。器件領(lǐng)域國際上600-1700V碳化硅SBD、MOSFET都已量產(chǎn)，Cree已開始布局8英寸產(chǎn)線，國內(nèi)企業(yè)碳化硅MOSFET還有待突破，產(chǎn)線在向6英寸過渡。碳化硅器件領(lǐng)域代表性的企業(yè)中，目前來看在國際上技術(shù)比較領(lǐng)先的是美國的CREE，其覆蓋了整個碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的上下游（襯底-外延-器件