与美国、日本等发达国家相比,中国第三代半导体由于起步较晚,当前技术仍有待提高,产能和市占率也较低。但由于行业整体仍处于发展早期,技术尚未完全成熟,商业化进程也才刚刚起步,任何一家初具规模的玩家都有机会通过技术突破改变市场格局。而中国作为第三大半导体未来最大的应用市场,下游应用的蓬勃发展有望反推上/中游环节的进步。
一、碳化硅:中国厂商需从衬底破局,受益于国内新能源汽车的蓬勃发展。
碳化硅产业链环节的技术难度从大到小的排序为:衬底 > 器件 >外延,同时这也是中美厂商的差距排序。但在下游需求和扶持政策的双重推动下,我们相信中国企业将加快追赶的步伐。
碳化硅衬底(导电型)是第三代半导体的核心难点,主导整体产业链。美国居领导地位,Wolfspeed 一家独大。中国厂商与海外厂商存在约一代(约 2-3 年)的差距。碳化硅衬底制备是产业链中技术难度及进入壁垒最高的环节。尽管当前国内产线建设此起彼伏,但能否提升成品良率被客户采纳才是关键。
二、碳化硅外延:外延片制备的技术壁垒相对偏低,国内外技术差距较小,关键在于外延设备的国产替代。
与衬底相比,外延环节的技术难度相对较低,海外内差距较小。外延环节国内外的主要差距在于外延设备。
三、碳化硅器件/模块:产能主要掌握在海外龙头手中。
中国厂商目前在车规级器件/模块方面的制造能力和量产进度有待提升,未来有望通过与下游客户的通力合作迎头赶上,享受国内新能源汽车快速发展的红利。产能仍掌握在海外龙头手中。国产新能源汽车快速发展,有望助推中国器件厂商量产进度。高温离子注入机,中电科实现国产零的突破。
四、氮化镓:中国射频器件玩家数量相对偏少。
氮化镓产业链中,射频器件相关的中国玩家数量相对偏少,主要原因在于射频器件的技术壁垒相对高于功率器件。但也正因如此,在射频领域拥有较强技术实力的中国企业将有机会享受更多 5G 时代的红利。 目前,氮化镓功率器件最大的细分应用仍为快充领域。相比功率器件,氮化镓射频器件多了一个电磁波的技术维度,因此技术壁垒更高。高功率射频器件长期以来被海外厂商所垄断。
五、第三代半导体应用前景
与前两代相比,第三代半导体所制作的器件能够承受更高的功率、温度及电压,因此更适宜于 5G 宏基站、射频通信、新能源汽车、光伏、航空航天、国防军工等领域。
1、碳化硅器件助力新能源汽车实现"长续航、快充化、轻量化”;业内普遍认为硅基 IGBT 已逐渐逼近材料性能极限,难以满足新能源汽车未来的功率密度需求。
2、快充是解决电动车里程焦虑的方式之一,碳化硅器件更符合大功率快充的高压需求。
3、当前,碳化硅器件尚未大规模上车的主要原因是其相对高昂的价格。但从系统层面出发,成本替代临界点已逐逼近,未来采用碳化硅器件可协助降低整车成本。
4、快充市场加速发展,受益于更高的开关频率、更大的禁带宽度和更低的热导率,氮化镓快充产品具有体积小、重量轻、充电效率高等优点,在数据中心市场蓄势待发。
5、氮化镓射频器件助力国防军工和 5G 通信。国防军工是氮化镓的早期采用者。氮化镓是实现 5G 的关键技术。相比功率器件,氮化镓材料在射频器件中的渗透率更高。
六、第三代半导体产业链全景图