近期，以碳化矽、氮化镓、金剛石為代表的第三代半導體概念異軍突起，A股市場更出現了12天市值暴漲113%的企業，在半導體產業風波不斷的今天，紅得發紫的第三代半導體離我們還有多遠呢？

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　　有望彎道超車的第三代半導體(ti)

　　據了解，第一代半導體(ti) 以矽、鍺為(wei) 代表，是目前大部分半導體(ti) 的主要材料，發展成熟；第二代半導體(ti) 以砷化镓、磷化銦為(wei) 代表，是4G時代的大部分通信設備的材料；第三代半導體(ti) 材料以氮化镓(GaN)、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)、金剛石為(wei) 四大代表，性能優(you) 勢在於(yu) 耐高壓、耐高溫、大功率、抗輻射、導電性能強、工作速度快、工作損耗低。

　　如果說第一代半導體(ti) 材料奠定了微電子產(chan) 業(ye) 的基礎，第二代半導體(ti) 材料奠定了信息產(chan) 業(ye) 的基礎，那麽(me) 第三代半導體(ti) 材料將是提升新一代信息技術核心競爭(zheng) 力的重要支撐。與(yu) 前兩(liang) 半導體(ti) 材料相比，第三代半導體(ti) 材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導率、更大的電子飽和速度以及更高的抗輻射能力，滿足現代電子技術對半導體(ti) 材料提出的高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求，更適合製作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。

　　根據Omdia的《2020年SiC和GaN功率半導體(ti) 報告》，到2020年底，全球SiC和GaN功率半導體(ti) 的銷售收入預計達8.54億(yi) 美元。未來十年將達年均兩(liang) 位數增長率，到2029年銷售收入將超過50億(yi) 美元。

　　目前第三代半導體(ti) 材料已經成為(wei) 發達國家戰略部署重點。美國、日本、歐盟等國家和地區均將其置於(yu) 重要的戰略位置，對其投入巨資進行支持。2013年日本政府將SiC納入“首相戰略”，認為(wei) 未來50%的節能要通過它來實現；2014年1月，美國宣布設立國家下一代電力電子製造業(ye) 創新學院，5年內(nei) 將至少投入1.4億(yi) 美元，對寬帶隙半導體(ti) 技術進行研究，加速其商業(ye) 化應用；2016年10月，美國成立半導體(ti) 工作組，專(zhuan) 注於(yu) 加強美國的半導體(ti) 產(chan) 業(ye) ；2015年英國政府和威爾士政府為(wei) 卡迪夫大學投資超過2 900萬(wan) 英鎊，用於(yu) 建設新的化合物半導體(ti) 研究所（ICS），該研究所不僅(jin) 是下一代化合物半導體(ti) 技術創新中心的重要組成部分，也是建設歐洲第5個(ge) 半導體(ti) 集群戰略的關(guan) 鍵組成部分。

　　跨國企業(ye) 也積極布局發展第三代半導體(ti) 材料。第三代半導體(ti) 材料吸引了大批國際巨頭公司。美國的科銳公司、道康寧、II-VI公司、國際整流器公司、射頻微係統公司、飛思卡爾半導體(ti) 公司，德國的SiCrystal公司和Azzurro公司，英國的普萊思公司，日本的富士通公司和鬆下公司，加拿大的氮化镓係統公司等，紛紛開展第三代半導體(ti) 材料產(chan) 業(ye) 化及應用技術研發工作，以期在未來半導體(ti) 市場競爭(zheng) 中繼續保持有利地位。

　　當前，以碳化矽和氮化镓為(wei) 代表的第三代半導體(ti) 已逐漸受到國內(nei) 外市場重視。由於(yu) 國內(nei) 廠商對第三代半導體(ti) 的研究起步時間並沒有被國外廠商拉開差距，因此在這一材料技術領域中國半導體(ti) 企業(ye) 有“彎道超車”的可能。

　　同時，第三代半導體(ti) 是目前已知的理論上光電、電光轉換效率最高的材料體(ti) 係。下遊應用包括：微波射頻器件(通信基站等)、電力電子器件(電源等)、光電器件(LED照明等)。

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　　Mini LED似乎更受歡迎

　　第三代半導體(ti) 全麵爆發恐怕還需要不短的時間，對於(yu) 製造業(ye) 而言，Mini LED似乎更受歡迎。

　　MiniLED是最近幾年在小間距LED基礎上所衍生出的新型LED顯示技術，也被稱為(wei) “亞(ya) 毫米發光二極管”。2020 年有望是 MiniLED 啟動的元年，市場非常龐大，上半年部分廠商已經有MiniRGB及TV背光產(chan) 品出貨，下半年龍頭終端品牌廠有望推出部分中尺寸的MiniLED背光產(chan) 品。如果全部顯示終端采用Mini LED背光技術，電視和電腦顯示器年合計需要近4800萬(wan) 片4英寸LED 晶圓，空間巨大。

　　高工LED預測，我國MiniLED應用市場規模在2018年僅(jin) 3億(yi) 元，2020 年預計達到22億(yi) 元。集邦谘詢研究中心(LEDinside)預測，到2023年，Mini LED市場將超過10億(yi) 美元。

　　Mini LED產(chan) 業(ye) 本身就是國家未來發展重點產(chan) 業(ye) 之一。同時 Mini LED是新一代顯示技術，我國在其全套生產(chan) 技術上已經能完全自主並處於(yu) 國際先進水平，抓住這個(ge) 戰略機遇，就能避免當年我國在液晶時代長時期無屏之痛的曆史重演。

　　目前第三代半導體(ti) 材料氮化镓已經成功在LED藍光芯片和激光芯片上得到了成功的商業(ye) 應用，形成了較好商業(ye) 效益，現在 Mini LED時代已經開啟。

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　　觸手可及的第三代半導體(ti)

　　從(cong) 半導體(ti) 材料到終端產(chan) 品有多遠？或許氮化镓(GaN)的落地能讓人們(men) 略窺一二。

　　作為(wei) 第三代半導體(ti) 材料的氮化镓（GaN），是一種堅硬的高熔點（熔點約為(wei) 1700℃）材料，具有高頻、高效率、耐高壓等特性，用於(yu) 製作多種功率器件和芯片。

　　氮化镓在半導體(ti) 材料領域的研究已經持續多年，近期廣為(wei) 人知，是因為(wei) 它可以用在充電器中。今年2月，小米發布新品，其中65W GaN充電器成為(wei) 一大亮點。

　　不過這並不是第一款氮化镓充電器，早在去年四季度，OPPO就發布了全球首款65W GaN充電器。兩(liang) 家大廠相繼布局，意味著技術已經進一步成熟。

　　而且，氮化镓充電器並不僅(jin) 僅(jin) 用於(yu) 手機充電。更小、更便捷的GaN充電器是解放筆記本的一大利器。近期汽車零部件供應商馬瑞利與(yu) 半導體(ti) 公司Transphorm合作開發氮化镓充電技術。未來，筆記本、新能源車或許都會(hui) 用到氮化镓充電器。

　　華為(wei) 旗下的哈勃科技投資有限公司2019年8月投資了國內(nei) 領先的碳化矽材料公司山東(dong) 天嶽先進材料科技有限公司，持股達10%。碳化矽是另一種第三代半導體(ti) 材料，是製造高溫、高頻、大功率半導體(ti) 器件的理想襯底材料，綜合性能較矽材料可提升上千倍，可用於(yu) 固態光源、電力電子、微波射頻器件。

　　充電器之外，5G帶來更廣闊的應用空間。在射頻領域，氮化镓射頻器件適合高頻高功率場景，是5G時代的絕佳產(chan) 品，將替代Si基芯片，應用在5G基站、衛星通信、軍(jun) 用雷達等場景。

　　隨著5G基站的建設迎來高峰，相應的各種射頻器件、芯片數量和質量都在提升，市場需求旺盛。氮化镓工藝正在逐步占領市場，已經勢不可擋。拓璞產(chan) 業(ye) 研究院預計到2023年基站端GaN射頻器件規模達到頂峰，達到112.6億(yi) 元。

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　　這是一個(ge) 比拚生態的戰場

　　全球半導體(ti) 大廠跨入第三代半導體(ti) 材料，已多展開合作、策略結盟或購並，包括IDM 廠商意法半導體(ti) 購並Norstel AB 以及法國Exagan、英飛淩收購Siltectra ，以及日商ROHM 收購SiCrystal 等；而中國台灣廠商也爭(zheng) 逐第三代半導體(ti) 材料，以今年上半年台積電攜手意法半導體(ti) 最具代表性，而此次矽晶圓大廠環球晶與(yu) 宏捷科的策略私募入股，整合上下遊產(chan) 業(ye) 鏈的能力達成互補，加快開發腳步以及瓶頸，打團戰比單打獨鬥，更快可獲取市場。

　　在半導體(ti) 對外投資受阻情況下，國內(nei) 自主創新發展是必由之路。2018年，在政策和資金的雙重支持下，國內(nei) 第3代半導體(ti) 領域新增3條SiC產(chan) 線。投資方麵GaN熱度更高，據第3代半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 技術創新戰略聯盟（ CASA ）不完全統計，2018年國內(nei) 第3代半導體(ti) 相關(guan) 領域共有8起大的投資擴產(chan) 項目，其中4起與(yu) GaN材料相關(guan) ，涉及金額220億(yi) 元。

　　技術層麵，SiC襯底和外延方麵，國內(nei) 仍然是4英寸為(wei) 主，已開發出6英寸產(chan) 品並實現小批量供貨；國內(nei) 批量生產(chan) 的GaN襯底仍以2英寸為(wei) 主。國內(nei) 600 ～3300V SiC肖特基二極管技術較為(wei) 成熟，產(chan) 業(ye) 化程度繼續提升，目前也已研製出1200～1700V SiC金氧半場效晶體(ti) 管（MOSFET）器件，但可靠性較低，目前處於(yu) 小批量生產(chan) 階段；國內(nei) 全SiC功率模塊，主要指標為(wei) 1200V /50～600A、650V /900A。

　　GaN高電子遷移率晶體(ti) 管（HEMT）方麵，國內(nei) 2018年推出了650V/10 ～30A的GaN晶體(ti) 管產(chan) 品；GaN微波射頻器件方麵，國產(chan) GaN射頻放大器已成功應用於(yu) 基站，Sub 6 GHz和毫米波GaN射頻功率放大器也已實現量產(chan) 。

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　　整體(ti) 落地依舊需要時間

　　寫(xie) 在最後：從(cong) 全球技術發展階段而言，第一、二代被歐美巨頭壟斷，第三代半導體(ti) 國內(nei) 外的發展基本處在同一起跑線，對於(yu) 國內(nei) 是很好的機會(hui) 。近年來，有歐美大廠在逐步布局該領域的研究，華為(wei) 也開啟了對第三代半導體(ti) 材料的布局。

　　國內(nei) 的5G產(chan) 業(ye) 發展迅速，會(hui) 成為(wei) 第三代半導體(ti) 產(chan) 品應用的主要領域，可以根據市場需求定製化研發生產(chan) 。總體(ti) 而言，我國第三代半導體(ti) 技術和產(chan) 業(ye) 都取得較好進展，但在材料指標、器件性能等方麵與(yu) 國外先進水平仍存在一定差距，市場繼續被國際巨頭占據，國產(chan) 化需求迫切。