“現(xiàn)在越來(lái)越多的企業(yè)在布局第三代半導(dǎo)體公司，購(gòu)置相關(guān)設(shè)備都比較緊張。”近日，一家LED供應(yīng)鏈人士向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示。

盡管設(shè)備搶手和供應(yīng)鏈短缺大環(huán)境有關(guān)，但是第三代半導(dǎo)體（也稱(chēng)寬禁帶半導(dǎo)體）市場(chǎng)的火熱可見(jiàn)一斑。在近日集邦咨詢(xún)化合物半導(dǎo)體新應(yīng)用前瞻分析會(huì)上，集邦咨詢(xún)化合物半導(dǎo)體分析師龔瑞驕表示：“據(jù)我們統(tǒng)計(jì)，去年整個(gè)寬禁帶半導(dǎo)體（功率和射頻部分）的投資規(guī)模達(dá)到了709億，比上一年翻了一倍多。”

同時(shí)，第三代半導(dǎo)體應(yīng)用需求也在增長(zhǎng)，隨著碳化硅（SiC）進(jìn)入新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈、氮化鎵（GaN）在快充上的規(guī)模化應(yīng)用，第三代半導(dǎo)體逐步進(jìn)入消費(fèi)端和工業(yè)端，在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域嶄露頭角。

值得一提的是，碳中和相關(guān)政策正持續(xù)對(duì)第三代半導(dǎo)體發(fā)展帶來(lái)東風(fēng)，由于碳化硅和氮化鎵都有助于提升能效，企業(yè)的投入意愿也在增強(qiáng)。

12月8日，國(guó)家發(fā)改委等四部門(mén)印發(fā)的新方案提出，到2025年，數(shù)據(jù)中心和5G基本形成綠色集約的一體化運(yùn)行格局。根據(jù)天風(fēng)證券的測(cè)算，若全球采用硅芯片器件的數(shù)據(jù)中心都升級(jí)為氮化鎵功率芯片器件，將減少30%-40%的能源浪費(fèi)。而氮化鎵目前已經(jīng)在5G基站中使用，并且不少企業(yè)正在布局?jǐn)?shù)據(jù)中心的氮化鎵電源產(chǎn)品。

眼下，第三代半導(dǎo)體正迎來(lái)黃金發(fā)展期，但同時(shí)也需要注意，產(chǎn)業(yè)仍處在初級(jí)階段，整體規(guī)模較小，眾多企業(yè)涌入，更要關(guān)注實(shí)際的市場(chǎng)需求。

國(guó)內(nèi)探索“直道超車(chē)”  未來(lái)5年進(jìn)入整合期

從產(chǎn)業(yè)鏈看，第三代半導(dǎo)體主要有襯底、外延、設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)，目前國(guó)外的半導(dǎo)體公司仍占據(jù)核心地位，而面對(duì)確定的市場(chǎng)前景，國(guó)內(nèi)的企業(yè)也蜂擁而至。

其中，LED產(chǎn)業(yè)集群是一支重要力量，因?yàn)樵谡彰?、顯示等光電器件中，原本就需要使用氮化鎵等材料，所以三安光電、華燦光電等企業(yè)已經(jīng)具備材料和工藝的基礎(chǔ)、以及相關(guān)生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，這是他們的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然光電器件和功率IC之間的工藝差異明顯，IC技術(shù)難度升級(jí)，產(chǎn)線(xiàn)拓展也存在著挑戰(zhàn)。

對(duì)于氮化鎵的布局，華燦光電副總裁王江波向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示：“2020年華燦光電募集約3億元投向GaN電力電子器件領(lǐng)域。電子電力器件與公司深耕的光電領(lǐng)域應(yīng)用市場(chǎng)有所不同，但材料體系相似，工藝制備方面有一定相通之處，電力電子器件產(chǎn)品工藝段更為復(fù)雜，線(xiàn)寬控制和設(shè)備的要求更高。目前6英寸硅基GaN 電力電子器件工藝已通線(xiàn)，預(yù)計(jì)2022年推出650V cascode產(chǎn)品，2023年具備批量生產(chǎn)和代工能力。”

在未來(lái)的產(chǎn)品規(guī)劃上，王江波表示，華燦光電不僅僅針對(duì)快充領(lǐng)域，也會(huì)面向數(shù)據(jù)中心，電動(dòng)汽車(chē)、通訊等領(lǐng)域布局。

對(duì)于華燦光電而言，切入第三代半導(dǎo)體一方面是產(chǎn)業(yè)的橫向拓展，另一方面也符合公司探索高端化的路線(xiàn)；再看三安光電，版圖更加完善，除了氮化鎵產(chǎn)線(xiàn)，今年長(zhǎng)沙的碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)線(xiàn)一期投產(chǎn)。

LED之外，擁有功率半導(dǎo)體經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)們也在加速布局，比如聞泰科技，在氮化鎵功率器件領(lǐng)域頻頻落子并出貨，旗下安世半導(dǎo)體也和汽車(chē)企業(yè)進(jìn)行合作。國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體龍頭華潤(rùn)微積極布局第三代半導(dǎo)體，已有碳化硅產(chǎn)品量產(chǎn)，也研發(fā)了氮化鎵器件。制造領(lǐng)域，以北方華創(chuàng)、中微為代表的設(shè)備廠(chǎng)商也迎來(lái)第三代半導(dǎo)體的增量市場(chǎng)。

同時(shí)，諸多專(zhuān)注于做第三代半導(dǎo)體的國(guó)內(nèi)公司也在成長(zhǎng)中，比如氮化鎵功率芯片領(lǐng)域迅速增長(zhǎng)的英諾賽科；碳化硅領(lǐng)域的基本半導(dǎo)體、天科合達(dá)、天岳先進(jìn)、同光晶體等等，并且聚焦在襯底環(huán)節(jié)的企業(yè)尤其多。

有業(yè)內(nèi)人士指出，碳化硅在中國(guó)100多個(gè)項(xiàng)目，幾乎沒(méi)有做車(chē)規(guī)級(jí)的，因?yàn)樾袠I(yè)門(mén)檻很高，車(chē)規(guī)級(jí)和工業(yè)級(jí)、消費(fèi)級(jí)相比，做可靠性實(shí)驗(yàn)的時(shí)間完全不一樣，不是一個(gè)數(shù)量級(jí)，其表示：“消費(fèi)級(jí)只需要幾十小時(shí)，工業(yè)級(jí)要幾百小時(shí)，而車(chē)規(guī)級(jí)要幾千小時(shí)，因?yàn)樽宪?chē)，最重要的是安全，一個(gè)車(chē)廠(chǎng)要采用一個(gè)車(chē)規(guī)級(jí)的器件沒(méi)有三五年是不行的。雖然國(guó)內(nèi)的汽車(chē)廠(chǎng)也有跟一些企業(yè)合作，但是要長(zhǎng)期合作，國(guó)內(nèi)的車(chē)廠(chǎng)采用的車(chē)規(guī)級(jí)的進(jìn)口的器件、芯片都存在供應(yīng)緊張的問(wèn)題?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)車(chē)廠(chǎng)的國(guó)產(chǎn)化有巨大的空間，我們首先要和國(guó)外的車(chē)規(guī)級(jí)芯片、器件首先做到同等水平，在此基礎(chǔ)上再去發(fā)展新的創(chuàng)新。”

在近年的科技博弈中，國(guó)內(nèi)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)關(guān)注空前，第三代半導(dǎo)體也被視為彎道超車(chē)的一個(gè)方向，對(duì)此，上述業(yè)內(nèi)人士談道：“其實(shí)在彎道的時(shí)候跑快了容易摔跤，正確的做法是在直線(xiàn)的時(shí)候超車(chē)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)是遍地的游擊隊(duì)，要直線(xiàn)超車(chē)就要打造軍團(tuán)，海外也是這么一個(gè)過(guò)程，有了資本的支持，可以把這些游擊隊(duì)整合起來(lái)，去實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)超車(chē)。所以未來(lái)5年，我預(yù)測(cè)是一個(gè)整合的過(guò)程。”

碳化硅整合 氮化鎵起步

雖然相比硅市場(chǎng)，第三代半導(dǎo)體的市場(chǎng)份額還很小，現(xiàn)在主要聚焦在功率半導(dǎo)體等領(lǐng)域，但是增長(zhǎng)空間巨大。

龔瑞驕談道，受益于新能源革命，下游的光伏、儲(chǔ)能、新能源汽車(chē)以及工業(yè)自動(dòng)化的爆發(fā)，功率半導(dǎo)體行業(yè)迎來(lái)了新的高景氣周期，“整個(gè)功率半導(dǎo)體、分離器件和模塊的市場(chǎng)規(guī)模將從2020年的204億美金增長(zhǎng)到2025年的274億美金，寬禁帶半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模將從2020年的不到5%達(dá)到2025年的接近17%。”

第三代半導(dǎo)體材料目前產(chǎn)業(yè)化主要集中在碳化硅和氮化鎵兩個(gè)方向，其中碳化硅應(yīng)用已有十多年，產(chǎn)業(yè)化更加成熟。

在全球碳化硅市場(chǎng)上，科銳、意法半導(dǎo)體、英飛凌、羅姆等一線(xiàn)廠(chǎng)商持續(xù)加碼，并進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)鏈一體化競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程中。龔瑞驕談道：“英飛凌、羅姆等等廠(chǎng)商都在向上游延伸，涉及到材料領(lǐng)域，特別是對(duì)SiC襯底的爭(zhēng)奪。主要是基于以下兩點(diǎn)原因，第一是因?yàn)镾iC襯底的高產(chǎn)品附加值，第二是因?yàn)镾iC襯底的技術(shù)制程非常復(fù)雜，它的晶體生長(zhǎng)非常緩慢，也成為SiC晶圓產(chǎn)能的關(guān)鍵制約點(diǎn)。未來(lái)我們認(rèn)為取得一個(gè)SiC襯底的資源也會(huì)成為進(jìn)入下一代電動(dòng)車(chē)功率器件的入場(chǎng)門(mén)票。”

再看近年來(lái)興起的氮化鎵市場(chǎng)，基于快充市場(chǎng)而崛起，這個(gè)賽道上既有納微半導(dǎo)體等新興企業(yè)，也有PI等老牌公司。

龔瑞驕表示：“GaN的市場(chǎng)還處于一個(gè)初期階段，目前在消費(fèi)市場(chǎng)快速起量，蘋(píng)果今年推出了140瓦的GaN快充，我們也認(rèn)為GaN確實(shí)需要從消費(fèi)電子做一個(gè)過(guò)渡，反復(fù)驗(yàn)證它的可靠性，然后建立一個(gè)產(chǎn)能和生態(tài)的格局，方便以后推向工業(yè)級(jí)以及車(chē)規(guī)級(jí)。另外GaN整個(gè)市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)從2020年的4800萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2025年的13.2億美元。除了消費(fèi)電子，我們認(rèn)為它會(huì)有很大應(yīng)用的產(chǎn)品是新能源汽車(chē)、電信以及數(shù)據(jù)中心。”

在他看來(lái)，隨著集成度的提升，氮化鎵還是IDM和垂直分工并存。IDM中，除了英諾賽科等極少數(shù)的初創(chuàng)企業(yè)，都是以傳統(tǒng)大廠(chǎng)為主；在垂直分工領(lǐng)域基本上都是初創(chuàng)企業(yè)，也成為行業(yè)關(guān)鍵的推動(dòng)力。

不難看出，近5年內(nèi)，第三代半導(dǎo)體規(guī)模將迎來(lái)數(shù)倍的擴(kuò)張，這也體現(xiàn)在設(shè)備需求的增長(zhǎng)上。設(shè)備龍頭AIXTRON（愛(ài)思強(qiáng)）副總經(jīng)理方子文向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示：“不少客戶(hù)在積極擴(kuò)產(chǎn)，整體來(lái)看，市場(chǎng)上第三代半導(dǎo)體等材料明確增長(zhǎng)，其中氮化鉀、碳化硅，還有磷化銦三種材料增長(zhǎng)最為明顯。”

此外，方子文還談道，由于受到全球產(chǎn)業(yè)鏈短缺的影響，目前相關(guān)設(shè)備的交付周期從6個(gè)月延長(zhǎng)至8-9個(gè)月左右，但是設(shè)備廠(chǎng)商整體產(chǎn)能充足。

成本、良率、需求的多重挑戰(zhàn)

碳化硅有了十多年的應(yīng)用發(fā)展，相比氮化鎵更為成熟，在和硅的競(jìng)爭(zhēng)中，由于器件本身的特性，碳化硅替代的工藝更方便，相對(duì)而言氮化鎵難度更大。但是就在近兩三年，氮化鎵在快充這一賽道得到了驗(yàn)證，650伏快充這一消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)起來(lái)后，產(chǎn)業(yè)迅速開(kāi)始規(guī)?；?，而不論良率提升還是成本下降都需要規(guī)?；瘉?lái)進(jìn)行正循環(huán)。

由于硅工藝已經(jīng)非常成熟，在單個(gè)芯片成本上具有優(yōu)勢(shì)，據(jù)了解，碳化硅或氮化鎵的單個(gè)器件可以高達(dá)硅的4倍。“從汽車(chē)來(lái)說(shuō)，單個(gè)的成本可能高到兩倍左右，但是（碳化硅）降低了系統(tǒng)性成本，比如應(yīng)用到汽車(chē)上可以減輕汽車(chē)相關(guān)組件的體積，提高效率，進(jìn)而就可以縮小電池成本，所以從整車(chē)系統(tǒng)看，成本還是下降的。”龔瑞驕向記者舉例道。

但是對(duì)于第三代半導(dǎo)體企業(yè)而言，依然面臨成本的挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)也在想方設(shè)法降本增效、提升良率，多位從業(yè)者向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示，隨著量產(chǎn)推進(jìn)，成本將會(huì)快速下降。

其中，設(shè)備商扮演著重要角色，“產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來(lái)，最關(guān)鍵的就是要節(jié)省成本，（碳化硅領(lǐng)域）今天相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，愛(ài)思強(qiáng)有10%到15%的成本優(yōu)勢(shì)，我們預(yù)計(jì)在2023年還可以繼續(xù)下降25%左右的成本，”方子文談道，“在氮化鎵領(lǐng)域，我們的生產(chǎn)成本到2023年會(huì)持續(xù)下降20%到30%左右，我們的產(chǎn)能也會(huì)提升20%到30%左右。”

這又和自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)息息相關(guān)，眾所周知硅芯片產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化程度已經(jīng)非常高，產(chǎn)線(xiàn)上人力要素減少，可以全年無(wú)休運(yùn)轉(zhuǎn)，第三代半導(dǎo)體也將經(jīng)歷這一進(jìn)化過(guò)程。方子文回顧道：“8年前就有客戶(hù)表示，氮化鎵材料非常好，但是沒(méi)法用，因?yàn)楫?dāng)時(shí)產(chǎn)線(xiàn)還處在手工作坊的做法。所以他們對(duì)我們提出了設(shè)備自動(dòng)化的要求，這樣才能和現(xiàn)有的器件在工藝流程上進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。于是我們很早期的時(shí)候就進(jìn)行了氮化鎵設(shè)備的研發(fā)，之后快充市場(chǎng)爆發(fā)，市場(chǎng)崛起。”

導(dǎo)入全自動(dòng)化的生產(chǎn)模式后，第三代半導(dǎo)體能以更低的成本進(jìn)入市場(chǎng)，在方子文看來(lái)，第三代半導(dǎo)體SiC和GaN是一個(gè)非常大的市場(chǎng)，在和硅直接做競(jìng)爭(zhēng)，這需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游的配合，從Performance、到放量、終端客戶(hù)驗(yàn)證都需要很好的配合，才能讓SiC、GaN最終走量，進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

在不少業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，第三代半導(dǎo)體在技術(shù)層面并沒(méi)有太大瓶頸，國(guó)內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)室能夠進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，但是最關(guān)鍵的在于量產(chǎn)，這就涉及到團(tuán)隊(duì)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、人才構(gòu)成等因素。

生產(chǎn)之外，第三代半導(dǎo)體企業(yè)還面對(duì)著盈利、需求的考驗(yàn)，有產(chǎn)業(yè)鏈人士向記者表示：“功率器件生意很難做，有時(shí)甚至要倒貼。比如在不少商務(wù)合同中，如果出現(xiàn)產(chǎn)品賠償?shù)膯?wèn)題，功率器件企業(yè)還需要賠償客戶(hù)損失的利潤(rùn)，而非器件本身的成本，因此前端承受的風(fēng)險(xiǎn)較大，一些投資機(jī)構(gòu)開(kāi)始會(huì)優(yōu)先選擇封裝環(huán)節(jié)企業(yè)來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)。”

因此，多位半導(dǎo)體資深人士也向記者談道，對(duì)于新晉企業(yè)，一定要緊貼市場(chǎng)需求，不能只是投資驅(qū)動(dòng)發(fā)展，更需要明確出海口，進(jìn)行差異化的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。

封面圖片來(lái)源：拍信網(wǎng)