国产第三代半导体“抢跑”，缩短技术差距与大幅投资扩产并举，需注重产能与需求双向平衡

电子发烧友网报道（文/黄晶晶）第三代半导体的火热程度勿需多言，从氮化镓电源适配器的规模放量到特斯拉搭载碳化硅模块，再到国内如火如荼地投资第三代半导体，这个产业被广泛地看好。那么，2021-2022年第三代半导体的发展形势如何呢？在日前举办的2022集邦咨询化合物半导体新应用前瞻分析会上，北京大学教授、宽禁带半导体研究中心主任沈波、集邦咨询化合物半导体分析师龚瑞骄等专家介绍并分析了第三代半导体技术/产业发展现状等议题。

国内外第三代半导体现状与差距

第三代半导体，在国际上叫做宽禁带半导体，主要以氮化镓和碳化硅材料为主，主要应领域包括光电子、射频电子、功率电子三大方向。

沈波分析指出，射频电子方面，第三代半导体的应用从军用雷达开始，探测距离和功率密集是成正比的，而氮化镓和砷化镓相比，功率密度要高得多，因此它做相控阵雷达有不可替代的优势。民用方面，在5G移动通讯等应用上氮化镓也以其高性能逐渐取代Si基LDMOS得到广泛应用。

以新能源汽车、轨道交通为首的应用领域对碳化硅功率电子的需求大幅提升，同时氮化镓也在其中扮演重要角色。通用电源则是另一个对氮化镓等功率器件需求旺盛的市场。尤其是电源适配器等已经不断拉升氮化镓的使用量。

光电子仍然是第三代半导体当中产能规模最大的应用，包括LED照明、Mini/Micro-LED及其新型显示应用、深紫光固态光源等方向。半导体照明的节能效益已非常可观，中国的替代率已接近40%，同时Mini/Micro-LED及其新型显示应用也在大力发展。

2020年功率电子的市场规模在50多亿元，增长率接近90%，射频电子在60多亿元，增长率超过50%，长期来看功率电子的规模将超过射频电子。同时，受到5G、新能源汽车、充电桩、数据中心、快充等行业的规模发展拉动，功率和射频电子的市场规模未来有望和半导体照明市场并驾齐驱。

第三代半导体的核心技术包括在衬底、外延、芯片等环节。当前，碳化硅衬底方面国际上6英寸衬底是主流，Cree已推出8英寸但尚未导入量产。国内碳化硅相关企业已达30多家，4英寸碳化硅衬底已经成熟，6英寸导电型衬底已经规模产业化，8英寸衬底与国际还有较大差距。

碳化硅芯片方面，针对碳化硅功率电子，国际上已经完成多次迭代，二极管发展到第五代，三极管发展到第三代，IGBT也进入产业导入前期。车规级碳化硅模块有意法半导体量产，罗姆、英飞凌、Cree等通过认证，逐渐走向成熟。国内碳化硅器件主要是二极管已经量产出货，碳化硅MOSFET还在量产导入前期，预计2022年工业级碳化硅MOSFET将会量产，车规级预计在2-3年后可实现量产。

此外，650以下的氮化镓功率电子技术已基本成熟，并实现了规模量产。但在650伏以上平面结构的氮化镓功率电子的可靠性依然还有问题。

半导体照明从光效驱动转向成本驱动的趋势非常明显，无荧光粉LED照明和长波长LED技术较为活跃。Mini-LED背光已经规模量产，Mini -LED直接发光技术已经可行，主要由于成本问题而没有商业化。Micro-LED用于新型显示则还有很长的路要走。

工业、储能、新能源汽车将大幅拉升第三代半导体的市场需求

据集邦咨询预测，随着电动车渗透率的不断升高以及整车架构朝800伏方向迈进，预计2025年全球对SiC的需求量将会达到169万片，其中绝大部分的应用将会体现在汽车的主逆变器。受益于新能源革命，下游的光伏、储能、新能源汽车以及工业自动化的爆发，功率半导体行业迎来了新的高景气周期，整个功率半导体、分离器件和模块的市场规模将从2020年的204亿美金增长到2025年的274亿美金，宽禁带半导体的市场规模将从2020年的不到5%达到2025年的接近17%。

龚瑞骄指出，特斯拉引爆汽车市场的碳化硅应用。我们预测全球的SiC功率市场规模将从2020年的6.8亿美元增长到2025年的33.9亿美元，其中新能源汽车将成为最主要的驱动力，SiC将在主逆变器、OBC、DCDC中取得主要的应用，另外在车外的充电桩和光伏储能领域有很大的应用。在这两年光伏储能领域SiC会有加速的渗透。

他还表示，GaN在消费市场快速的起量，但整体还处于一个初期阶段，苹果今年推出了140瓦的GaN快充，我们也认为GaN确实需要从消费电子做一个过渡，反复验证它的可靠性，然后建立一个产能和生态的格局，方便以后推向工业级以及车规级。另外GaN整个市场规模将会从2020年的4800万美元增长到2025年的13.2亿美元。除了消费电子，它在新能源汽车、电信以及数据中心等也将有较大的成长空间。

沈波表示，中国已经形成了完整的第三代半导体产业链，从衬底、外延到芯片都有不少机构从事相关研发工作，并且也掌握了材料技术。但在产品研发上特别是高端产品，国内厂商与国外差距较大。

从产业布局看，第三代半导体产业主要集中在长三角、京津冀、珠三角（含闽三角）等区域。京津冀以研发为主，长三角和珠三角（含闽三角）以制造为主，长三角的电子更强，珠三角在光电子领域有优势。另外、武汉、西安、合肥、成都、重庆、南昌、济南、长沙、大连等城市也有一定规模的第三代半导体产业。

但沈波也同时认为，如今全国范围的第三代半导体投资热潮，若都实现量产，近期恐将引发一定程度产能过剩。如何合理利用这些产能，他指出，以新能源汽车为例，现今的年出货量在300万辆，但新能源汽车对碳化硅、氮化镓器件的需求空间巨大，预期2025年年出货量将达700万辆，这一增长趋势将带动第三代半导体的需求量，从而逐渐的让产能释放。