關鍵技術要“自主可控”！解密第三代半導體：華為小米緊追，突破歐美鎖喉的新武器_風聞

A股半導體材料板塊徹底爆了，這還是在美股出現“午夜驚魂”大跌一場之後！

探究A股半導體概念股硬氣扛住外盤影響的原因，是一則把“第三代半導體材料”這個名詞推進人們視野的政策面消息。

《證券時報》報道稱，據權威人士透露，我國正計劃把大力支持發展第三代半導體產業，寫入正在制定中的“十四五”規劃，並計劃在2021～2025年間，在教育、科研、開發、融資、應用等等各個方面，大力支持發展第三代半導體產業，以期實現獨立自主。

“第三代半導體”的概念或許讓人感到陌生，但實際上，就在今年，兩種典型的第三代半導體材料已經走進日常生活、引起市場熱度。今年2月13日，小米發佈氮化鎵充電器Type-C 65W，以體積小、高效率作為賣點，發售首日即售罄。小鵬、寧德時代、理想、蔚來……各大品牌的新能源汽車日益常見，而在電動汽車的車載充電系統、主驅系統中，碳化硅材料的應用屢見不鮮。

就算不知道“第三代半導體”的明確定義，但透過這些現象不難得知，在面向未來的功率電子、新能源領域等領域，氮化鎵、碳化硅這一類非純硅、以“抗高壓、抗高温、抗輻射、能承受大功率”為特性的半導體材料正日漸興起。

20世紀50年代，互聯網、計算機產業方興未艾，硅基芯片成為那把開啓“地球村”的金鑰匙。2020年，站在新的時間節點上，5G、新能源、光電……成為全球關注的新風向，市場已經敏鋭地注意到，這次或將由第三代半導體材料成為那把開啓世界產業革命的鑰匙。

1/ 第三代半導體材料市場火爆

今年2月13日，小米發佈氮化鎵充電器Type-C 65W，發售首日即售罄，這可以看作是氮化鎵充電市場被引爆的標誌。隨後幾個月，各大廠商紛紛“跟風”，把“氮化鎵”“快充”等概念作為造勢賣點。

4月8日，華為發佈一款功率同為65W的氮化鎵充電器，支持Type-C和A爽口模式，能給手機和平板充電。

7月15日，OPPO發佈一款50W mini氮化鎵充電器，厚度僅10mm，外形酷似“餅乾”。

今年以來，新能源汽車利好政策頻出，與之相伴的是小鵬、寧德時代、理想、蔚來等電動汽車品牌日益頻繁地出現在人們視野。另一種代表性第三代半導體材料碳化硅乘上了這一股“東風”。

用碳化硅材料製造的汽車電子功率器件，能夠降低車載充電系統、主驅動系統等的能耗，與“新能源”的市場需求“不謀而合”。按照汽車終端市場計算，到2022年，碳化硅總市場容量有望超過10億美元。

除了能用於製作汽車用功率電子，碳化硅材料還是5G芯片的最理想的襯底。近一兩年來，5G建設成為熱潮。今年6月6日，中國鐵塔副總經理張權曾表示，中國鐵塔已經累計建成5G基站25.8萬個，共享率達到97%！某種意義上説，碳化硅晶片就是5G基站的心臟。

第三代半導體材料的火爆也體現在股市上，“十四五”規劃或將為第三代半導體材料劃重點的消息一出，第三代半導體市場再添熱度。今日早間股票開盤，幾家第三代半導體材料公司股價紛紛開漲，比如乾照光電收穫20%漲停，聚燦光電、易事特等漲超10%。

目前，中國對第三代半導體產業的建設也在加碼。今年7月20日，投資160億元、佔地面積1000畝的“三安光電第三代半導體產業園”，在長沙高新區啓動開工建設。該產業園主要用於建設具自主知識產權的碳化硅襯底、外延、芯片及封裝產業生產基地，也將建設我國首條碳化硅全產業鏈產線，這也意味中國邁出了第三代半導體材料“全自研”過程中的的一步。

5G、智慧交通、新能源已經成為全球發展的方向，而碳化硅、氮化鎵的市場潛力還遠未被全部挖掘。

據市場分析機構賽迪顧問統計，2019年在射頻器件領域氮化鎵佔比超過30%，氮化鎵市場規模約5.6億美元；到2025年，氮化鎵在射頻器件領域佔比有望超過50%，市場規模有望衝破30億美元。碳化硅方面，2019年全球碳化硅市場規模約5.4億美元，在2025年有望達到30億美元，汽車市場將成為碳化硅市場規模增長的重要驅動力。

2/ 第三代半導體材料之星：碳化硅和氮化鎵

當今信息產業的基石仍是硅基芯片，據市場分析機構前瞻產業研究院統計，全球晶圓材料市場中，硅材料佔據95%的份額，其重要性不言而喻。

但實際上，最初晶體管並不是用硅材料製造的；而近些年來，對非硅基、非純硅半導體材料的探索也從未停止。

如同當初順應移動通信潮流，以直接帶隙為特點、光電性能優越的第二代半導體材料成為熱潮；當今具備寬禁帶特點、高温、抗輻射、抗高壓的第三代半導體材料順應5G通信、新能源、光電轉換的市場需求，市場熱度日益高漲。

在第三代半導體材料中，碳化硅、氮化鎵技術較為成熟，也成為市場佈局的重點，其餘的金剛石、氧化鋅、氮化鋁等材料還處於研究起步階段。

第三代半導體材料普遍都具有寬禁帶（禁帶寬度Eg>2.3eV）、高擊穿電場、較大的電子飽和速度和抗輻射能力等特點。其中，禁帶寬度大於2.3eV是第三代半導體材料最為典型的特點，也是碳化硅、氮化鎵某些性能優於硅材料的主要原因。

禁帶大小主要與半導體的能帶結構（即晶體結構和原子的結合性質等）有關，寬禁帶半導體材料一般具有比硅高得多的臨界雪崩擊穿電場強度和載流子飽和漂移速度、較高的熱導率和相差不大的載流子遷移率，這意味着寬禁帶半導體材料比硅材料的耐高壓能力、導熱性、熱穩定性、抗輻射能力更強。

在禁帶寬度以外，碳化硅和氮化鎵在其他材料性能方面還有一些差異，這導致氮化鎵和碳化硅在應用落地領域上各有側重。具體來説，碳化硅材料的熱導率更高，在高功率、高温和1200V以上的大電力領域中具備更大的應用潛力，比如智能電網、交通、新能源汽車、光伏、風電等領域；氮化鎵材料電子遷移率較高，適合在高頻率、1000V以下的高頻小電力領域中應用，有三大應用方向，分別是射頻、光電、電力電子器件。

與硅材料相似，碳化硅、氮化鎵材料產業鏈可分為以下環節：襯底、外延片、器件製造。

3/ 第三代半導體材料或成國產化重要抓手

目前，第三代半導體材料市場呈現出美日歐玩家領先的格局。以碳化硅為例，美國全球獨大，佔據全球碳化硅產量的70～80%；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延片、器件以及應用產業鏈，日本則是設備和模塊開發方面的領先者。相比之下，中國的第三代半導體產業稍顯貧弱，在技術領先度、市場份額佔比等方面較落後。

儘管如此，第三代半導體材料仍有望成為我國半導體產業鏈國產化的重要抓手。

第一，細究美日歐第三代半導體產業領先的原因，離不開美日歐政府的政策推動，這些國家更早地意識到了第三代半導體材料在通信、軍工、航空航天等領域的戰略意義，並較早地開始了有針對性的佈局。

近些年來，中國的對半導體產業鏈的重視亦已凸顯，不論是新基建對5G、集成電路的重視，還是兩期國家大基金的成立，都為芯片產業提供了土壤，也將惠及半導體材料的創新。

其次，儘管我國在第三代半導體材料的佈局方面稍顯落後，但並未遭遇“卡脖子”的情況。

以國內外碳化硅晶圓製造技術做對比，2018年，我國領先的碳化硅材料玩家天科合達實現了6英寸碳化硅晶片的量產；2019年10月，美國領先的碳化硅玩家Cree已經完成了8英寸碳化硅晶圓樣品的製備。相比之下，二者在技術代際上的差別並不懸殊。

另外，我國第三代半導體器件市場有着巨大的增長空間，或能成為倒逼上游材料發展的一大動力。據市場研究機構賽迪顧問統計，2019年我國第三代半導體器件市場規模達到86.29億元，增長率為99.7%，到2022年，中國第三大半導體器件市場規模有望衝破608.21億元，增長率為78.4%。

消費市場的熱度背後，是整個第三代半導體產業鏈上下游的積極聯動。目前，我國已經形成完備的碳化硅材料、氮化鎵材料產業鏈。舉例來説，碳化硅產業鏈方面，國產襯底玩家有山東天嶽、北京天科合達等；外延片玩家有瀚天天成電子科技有限公司、東莞市天域半導體等；器件製造領域，則有泰科天潤半導體、廈門芯光潤澤科技有限公司等。

氮化鎵材料產業鏈方面，襯底材料玩家有蘇州納維、東莞中鎵等；外延片玩家有晶湛半導體、江蘇能華等；器件製造領域，安普隆半導體、海思等。

4/ 結語：第三代半導體材料的時代來了？

前面説到，硅材料在全球晶圓材料市場佔據約95%的市場份額，第二代、第三代半導體材料則共同“分食”剩下的約5%。

隨着全球通信、新興的電子科技繼續發展，對第三代半導體材料的市場需求必將繼續增長。儘管其佔據市份不足5%，但從另一個角度來看，這亦代表着第三代半導體材料市場是一片有巨大潛在增量空間的藍海。

另外，對整個芯片產業鏈來説，建立在硅材料上的摩爾定律觸頂是一把懸頂之劍，對半導體材料的創新則是業界解決這一隱憂的出口之一。

對於中國來説，大力發展第三代半導體材料產業還有另一層意義。在中美貿易摩擦中，美國一紙禁令卡住了中國芯片產業鏈的“咽喉”，亦昭示着關鍵技術“自主可控”的重要性。從這個層面來説，取得第三代半導體材料上的突破，或許就是中國集成電路產業“彎道超車”的一個有力抓手。

製造界