毋庸置疑，第三代半導體(ti) 最近真的很火。相關(guan) 股市板塊逆勢而上，據同花順iFinD數據，26隻第三代半導體(ti) 概念股半個(ge) 月的總市值就漲了100億(yi) 元以上，股價(jia) 漲幅最高者超100%。

從(cong) 投資來看，進入2020年以來，已有8家半導體(ti) 企業(ye) 共計預投資大約430多億(yi) ，第三代半導體(ti) 項目在國內(nei) 已處於(yu) 火熱階段。

而真正的大火，來自於(yu) 媒體(ti) 消息，中國正在規劃將大力支持發展第三代半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 寫(xie) 入“十四五”規劃之中，計劃在2021到2025年的五年之內(nei) ，在教育、科研、開發、融資、應用等等各個(ge) 方麵，大力支持發展第三代半導體(ti) 產(chan) 業(ye) ，以期實現產(chan) 業(ye) 獨立自主，甚至彎道超車。

政策，是最大的商機。在政策的支持下，第三代半導體(ti) 真的會(hui) 持續會(hui) 火起來嗎？不過，從(cong) 產(chan) 業(ye) 的角度來看，中國第三代半導體(ti) 真正要火起來並不容易，麵臨(lin) 四大問題。

第一大問題：技術差距明顯

早在1987年，科銳公司（Cree）成立，專(zhuan) 門從(cong) 事SiC半導體(ti) 的研究。最初，針對禁帶半導體(ti) 的研究與(yu) 開發主要是為(wei) 了滿足軍(jun) 事國防方麵的需求。隨後，美國國防部和能源部先後啟動了“寬禁帶半導體(ti) 技術計劃”和“氮化物電子下一代技術計劃”，積極推動SiC（碳化矽）和GaN（氮化镓）寬禁帶半導體(ti) 技術的發展。緊跟美國之後，歐洲和日本也相繼開展了相關(guan) 研究，經過多年發展，在寬禁帶半導體(ti) 材料、器件及係統的研究上取得了豐(feng) 碩的成果，實現了在軍(jun) 事國防領域的廣泛應用。

隨著在軍(jun) 事領域的應用逐步成熟，第三代半導體(ti) 應用開始逐步拓展到民用領域，近年來，大量的以新技術為(wei) 基礎的新產(chan) 品、新應用正在迅速普及，所帶來的電力電子設備的能源消耗量也快速增長。半導體(ti) 在節能領域中應用最多就是功率器件，寬禁帶半導體(ti) 的帶隙明顯大於(yu) 矽半導體(ti) ，從(cong) 而可有效減小電子跨越的鴻溝，減少能源損耗。但真正讓第三代半導體(ti) 應用得到極大關(guan) 注的還是特斯拉采用碳化矽功率器件，把這個(ge) 產(chan) 業(ye) 向前快速推進。

明星企業(ye) 的影響力是市場最大的推手，正如小米科技雷軍(jun) 發布GaN手機充電器，在國內(nei) 把GaN推向了高潮。

第三代半導體(ti) 的生產(chan) 步驟包括單晶生長、外延層生長以及器件/芯片製造，分別對應襯底、外延和器件/芯片。總體(ti) 來說，第三代半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 目前主要處於(yu) 國外企業(ye) 壟斷的局麵。

襯底方麵：

1.碳化矽：目前國際企業(ye) 正在從(cong) 4 英寸襯底向 6 英寸過渡，在研的有 8 英寸矽基襯底，而國內(nei) 仍然以 4 英寸為(wei) 主。國外核心企業(ye) 有美國Cree、 DowCorning、德國 SiCrystal、美國 II-VI、日本昭和電工等，他們(men) 占據主要產(chan) 能。Cree占據40%市場，其次是美國 II-VI，日本昭和電工，三者合計占據75%以上的市場。國內(nei) 則以天科合達、山東(dong) 天嶽、同光晶體(ti) 等公司為(wei) 主，他們(men) 主要供應 3 ~ 4 英寸的單晶襯底。

2.氮化镓：全球目前商用化合物晶圓尺寸最大為(wei) 6英寸，比如台灣穩懋等國際主流廠家都采用6吋工藝，其中GaAs襯底主流尺寸為(wei) 6英寸，8英寸在開發中；GaN襯底以4/6英寸為(wei) 主。這個(ge) 市場的主導者是日本住友電工，市場占有率約90%。國內(nei) 廠家主要是2~4英寸。

外延方麵：

1.碳化矽：外延片企業(ye) 主要以美國的Cree、 DowCorning、II-VI、日本的羅姆、三菱電機，德國的Infineon 等為(wei) 主。美國公司就占據全球70~80%的份額。國內(nei) 瀚天天成、東(dong) 莞天域已能提供4英寸的碳化矽外延片。

2.氮化镓：外延片目前主要是日本的NTT-AT、法國Soitec Belgium（前比利時 EpiGaN） 、英國的IQE 、台灣嘉晶電子等在供應。2012年3月成立的蘇州晶湛半導體(ti) ，國內(nei) 最早最大的氮化镓外延片提供商，但市占率依舊很低。

器件/芯片方麵：

1.碳化矽：國際上600~1700V SiC SBD、MOSFET 已經實現產(chan) 業(ye) 化，主流產(chan) 品耐壓水平在1200V以下，主流企業(ye) 為(wei) Infineon、Cree、羅姆、意法半導體(ti) 等。國內(nei) 則主要有泰科天潤、深圳基本半導體(ti) 、中電科55所、上海瞻芯電子等，相比國外還屬於(yu) 起步階段。

2.氮化镓：分為(wei) 射頻器件和電力電子器件。設計公司主要有美國的EPC、MACOM、Transphom、Navitas，德國的Dialog等公司，國內(nei) 有被中資收購的安譜隆（Ampleon）等。IDM企業(ye) 則包括住友電工和Cree，他們(men) 的市場占有率均超過30%，其他還有 Qorvo 和 MACOM。國內(nei) IDM企業(ye) 蘇州能訊、英諾賽科、江蘇能華等加起來市場占有率不超過5%。

晶圓代工的企業(ye) 有美國環宇通訊半導體(ti) （GCS）、穩懋半導體(ti) 、日本富士通、Cree、台灣嘉晶電子、台積電、歐洲聯合微波半導體(ti) 公司（UMS）等為(wei) 主導，中國大陸的三安集成和海威華芯也已經批量出貨。

我國第三代半導體(ti) 起步晚，2013年的“863計劃”第一次明確將第三代半導體(ti) 材料及其應用列為(wei) 重要內(nei) 容。與(yu) 國外相比，國內(nei) 第三代半導體(ti) 技術差距明顯，穩定性和可靠性是短板。

第二大問題：市場應用有限

很多文章介紹第三代半導體(ti) 氮化镓和碳化矽，都是從(cong) 第一代矽，第二代砷化镓開始介紹。給人的感覺，一代總比一代強。

全球半導體(ti) 年產(chan) 值近5000億(yi) 美金，90%以上來自第一代半導體(ti) 。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) 的銷售收入預計將從(cong) 2018年的5.71億(yi) 美元增至8.54億(yi) 美元。未來十年的年均兩(liang) 位數增長率，到2029年將超過50億(yi) 美元。根據Yole預測，到2024年SiC功率半導體(ti) 市場規模將增長至20億(yi) 美元，其中，汽車市場占SiC功率半導體(ti) 市場比重到2024年預計將達50%。

從(cong) 上麵的數據可以看出，在第一代半導體(ti) 麵前，第三代半導體(ti) 的產(chan) 值非常的小。國外發展第三代半導體(ti) 不是因為(wei) 生意有多麽(me) 的大，是因為(wei) 國防和科技信息技術的發展需要用到第三代半導體(ti) 。同時，這是一個(ge) 增量市場，也是企業(ye) 可以尋求的增長空間。

從(cong) 增量來源來看，5G、光伏智能電網、新能源汽車等是主要的增量來源。根據第3代半導體(ti) 的發展情況，其主要應用為(wei) 半導體(ti) 照明、電力電子器件、激光器和探測器、以及其他領域，每個(ge) 領域產(chan) 業(ye) 成熟度各不相同。

1、半導體(ti) 照明

在4個(ge) 應用領域中，半導體(ti) 照明行業(ye) 發展最為(wei) 迅速，已形成百億(yi) 美元的成熟產(chan) 業(ye) 規模。藍寶石基GaN是最常用的，也是最為(wei) 成熟的材料體(ti) 係，大部分LED照明都是通過這種材料體(ti) 係製造的。SiC基GaN製造成本較高，但由於(yu) 散熱較好，非常適合製造低能耗、大功率照明器件。

2、電力電子器件

在電力電子領域，目前市場規模僅(jin) 為(wei) 幾億(yi) 美元。其應用主要集中在軍(jun) 事尖端裝備領域，正逐步向民用領域拓展。微波器件方麵，GaN高頻大功率微波器件已開始用於(yu) 軍(jun) 用雷達、智能武器和通信係統等方麵。

3.激光器和探測器

GaN激光器可以覆蓋到很寬的頻譜範圍，實現藍、綠、紫外激光器和紫外探測的製造。紫色激光器可用於(yu) 製造大容量光盤，其數據存儲(chu) 盤空間比藍光光盤高出20倍。除此之外，紫色激光器還可用於(yu) 醫療消毒、熒光激勵光源等應用，總計市場容量為(wei) 10億(yi) 美元。

4、其他應用在前沿研究領域

第三代半導體(ti) 可用於(yu) 太陽能電池、生物傳(chuan) 感器、水製氫媒介、及其他一些新興(xing) 應用。

在國內(nei) ，得到高度關(guan) 注的第三代半導體(ti) 應用有：氮化镓充電器電源IC、氮化镓基站PA、氮化镓5G手機PA、氮化镓IGBT、碳化矽SBD、碳化矽MOSFET。

第三大問題：成本是最大瓶頸

第三代半導體(ti) 要擴大應用市場，成本是最大瓶頸。

從(cong) 增量市場來看，5G、光伏智能電網、新能源汽車這些主要市場對半導體(ti) 技術要求很高，屬於(yu) 前沿技術。中國第三代半導體(ti) 從(cong) 材料，到設計，再到晶圓製造都是起步階段。除了國內(nei) 個(ge) 別企業(ye) 有成熟的第三代半導體(ti) 設計能力，產(chan) 品可以批量出貨，其他還是小批量階段。國內(nei) 第三代半導體(ti) 要主導5G、光伏智能電網、新能源汽車這三大領域，還需要很長時間去沉澱和成長。如果一定要加個(ge) 具體(ti) 時間，那也是5年以後的事情。

前沿新市場的需求並不大，幾十億(yi) 美金的市場相對於(yu) 整個(ge) 全球半導體(ti) 來講還不到百分之一。國內(nei) 企業(ye) 把機會(hui) 瞄準傳(chuan) 統消費類電子應用，比如：充電器電源芯片、肖特基二極管、MOSFET。也有國內(nei) 企業(ye) 投入研發5G基站GaN PA，這是一塊20億(yi) 美金的潛力市場。接下來分析第三代半導體(ti) 的成本瓶頸。

以碳化矽來說，技術難度在於(yu) 3點：

1.在長晶的源頭晶種純度要求相當高2.長晶的時間相當長，碳化矽晶棒約需要7天。一般矽材料長晶平均約3-4天即可長成一根晶棒。3.長一根碳化矽的長晶棒隻能長出2公分，量產(chan) 的成本高很多。而一般的矽晶棒約有200公分的長度。

據說，第三代半導體(ti) 材料，這樣一片厚度隻有0.5毫米的“碳化矽”6英寸晶片，市場售價(jia) 高達2000美金。而12吋矽晶圓的平均單價(jia) 在108～112美元價(jia) 位，再加上製造成本和良率，第三代半導體(ti) 比第一代半導體(ti) 矽晶成本要貴很多倍。

氮化镓也是如此，氮化镓在傳(chuan) 統消費電子領域要取代砷化镓和矽晶，成本是最大的挑戰。

新興(xing) 市場，半導體(ti) 不看價(jia) 格，但沒有量，技術要求高。工業(ye) 電子市場，尤其是汽車電子市場，半導體(ti) 單價(jia) 高，需求量不大，但對技術和品質的要求很高，國內(nei) 的半導體(ti) 企業(ye) 在時間上和技術難度上能不能扛得住是個(ge) 很大的問題，短平快的投資環境，不會(hui) 給企業(ye) 那麽(me) 多時間，沒有時間，技術如何積累？其實，最適合國內(nei) 半導體(ti) 企業(ye) 的是傳(chuan) 統消費類電子行業(ye) 。

充電器電源芯片、肖特基二極管、MOSFET才是國內(nei) 第三代半導體(ti) 企業(ye) 最適合的領域。要用第三代半導體(ti) 來研發生產(chan) 這些產(chan) 品，從(cong) 而取代矽基，成本是最大瓶頸。

第四大問題：產(chan) 業(ye) 人才短缺

第三代半導體(ti) 最大的瓶頸是成本，中國半導體(ti) 最大的瓶頸是人才。錢能解決(jue) 很多問題，但不能解決(jue) 眼下半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 人才短缺的問題，中國第三代半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 人才短缺更為(wei) 明顯。

在中國的大地上，芯片依舊很火，各行各業(ye) 都來做芯片。搶人，成為(wei) 時下最大的風景。《中芯國際為(wei) 什麽(me) 留不住人才》一度成為(wei) 熱搜，甚至把所有的責備指向中芯國際。全國各地大建晶圓廠，產(chan) 業(ye) 人才哪裏找？當然是龍頭企業(ye) 中芯國際。不是薪水低留不住人才，而是無論你薪水多高，人家都會(hui) 更高薪水挖你人才。因為(wei) 錢不是自己掙出來的，是投資者和政策支持的。

中國大陸企業(ye) 做第三代半導體(ti) 也就幾年時間，最初的人才來自海外。產(chan) 業(ye) 的發展需要大量人才，前期的人才培養(yang) 遠遠跟不上產(chan) 業(ye) 的發展和擴張。從(cong) 襯底材料到外延，再到晶圓製造，哪個(ge) 環節都缺少人才。氮化镓和碳化矽工藝的半導體(ti) 設計公司也是最近幾年才開始，之前也沒有這方麵的設計研發人才。第三代半導體(ti) 也是化合物半導體(ti) ，不能完全依靠EDA軟件，很大程度取決(jue) 於(yu) 經驗和對工藝的熟悉及理解。化合物半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 人才的培養(yang) 時間比第一代半導體(ti) 人才的培養(yang) 時間更長，沒有個(ge) 3-5年根本就成長不起來。

一家半導體(ti) 工廠的負責人跟筆者講，當地產(chan) 業(ye) 基金鼓勵企業(ye) 做第三代半導體(ti) ，在資金和政策上給予支持，最大的問題是不知道從(cong) 哪裏找人，找一個(ge) 人沒用，得找一個(ge) 團隊。就算找到了，可能也隻有一點點經驗，需要邊做邊學，要花很長的時間去積累。這一點，很有感觸。例如，三伍微基於(yu) 第二代半導體(ti) 砷化镓工藝做射頻前端芯片設計，同屬於(yu) 化合物半導體(ti) 。有一次，我問公司一個(ge) 做了5年基於(yu) 砷化镓工藝設計WIFI FEM的研發，“公司怎麽(me) 幫助你，才能成為(wei) 國內(nei) WIFI FEM領域最頂級的人才？” 他延遲了幾秒鍾回答我：時間。

在設計的過程中，研發會(hui) 摸索出了一些經驗和思路，但需要時間去試驗和總結。化合物半導體(ti) 對經驗很依賴，技術的解決(jue) 和突破必須基於(yu) 兩(liang) 點：時間累積和Know-how。

廠房可以一兩(liang) 年建好，機器設備可以一兩(liang) 年引進安裝好，但產(chan) 業(ye) 人才不是一兩(liang) 年可以培養(yang) 起來的。沒有產(chan) 業(ye) 人才，短期內(nei) 第三代半導體(ti) 在國內(nei) 遍地開花火起來是不可能的。

結語

正如愛默生所說：“對於(yu) 一心向著目標前進的人，全世界都會(hui) 為(wei) 他讓路”。但前提是，對產(chan) 業(ye) 的理解必須正確。在文章的結尾，引用下麵網上的一個(ge) 觀點做個(ge) 討論。

為(wei) 什麽(me) 說第三代半導體(ti) 是中國大陸半導體(ti) 的希望？

第一，第三代半導體(ti) 相比較第一代第二代半導體(ti) 處於(yu) 發展初期，國內(nei) 和國際巨頭基本處於(yu) 同一起跑線。----以為(wei) 是同一起跑線，實際上不是，落後5~10年。（筆者觀點）

第二，中國有第三代半導體(ti) 的應用市場，可以根據市場定義(yi) 產(chan) 品，而不是像之前跟著國際巨頭做國產(chan) 化替代。----產(chan) 品仍是國外先做出來，先在市場推廣，國內(nei) 企業(ye) 跟在後麵做國產(chan) 化替代。（筆者觀點）

第三，第三代半導體(ti) 難點不在設備、不在邏輯電路設計，而在於(yu) 工藝，工藝開發具有偶然性，相比較邏輯芯片難度降低。----難度並沒有降低，成熟穩定的第三代半導體(ti) 工藝開發比第一代矽更難了。（筆者觀點）

第四，對設備要求相對較低，投資額小，國內(nei) 可以有很多玩家。在資本的推動下，可以全國遍地開花，最終走出來幾家第三代半導體(ti) 公司的概率很大。----沒有產(chan) 業(ye) 人才，如何遍地開花？（筆者觀點）

因為(wei) 相信，才能看見。相信中國大陸一定能把第三代半導體(ti) 做起來，即使如此，也隻是解決(jue) 了小部分問題，絕大部分問題仍然是第一代半導體(ti) 決(jue) 定的。