科學(xué)認(rèn)識中國“第三代”半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)

  前幾天，一則外媒的報道引起了國內(nèi)A股市場、媒體圈和芯片圈的熱議。報道稱，中國制定了“第三代半導(dǎo)體”發(fā)展推進計劃，并為該計劃準(zhǔn)備了約1萬億美元的資金。

  這是繼芯片、光刻機之后，又一個全民受到教育的半導(dǎo)體專業(yè)詞匯。第三代半導(dǎo)體到底有多神？中國的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有哪些優(yōu)勢和劣勢？我們該如何前行發(fā)展？要搞清楚這一切，先讓我們從認(rèn)識第三代半導(dǎo)體開始。

  業(yè)內(nèi)所說的第三代半導(dǎo)體，包括氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO）等，主要應(yīng)用有三大方面：光電子、電力電子和無線射頻。應(yīng)用量最大、被大家提及最多的就是氮化鎵和碳化硅。碳化硅主要應(yīng)用于電力電子、電動汽車、充電樁、新能源等領(lǐng)域；氮化鎵則主要用于光電子產(chǎn)品如LED，以及功率放大器等產(chǎn)品上。

  我們知道，物質(zhì)要導(dǎo)電需要有自由電子或者空穴存在，自由電子存在的能帶稱為導(dǎo)帶，自由空穴存在的能帶稱為價帶。被束縛的電子要想成為自由電子或者空穴，必須獲得足夠能量從價帶躍遷到導(dǎo)帶，這個能量的最小值就是禁帶寬度。禁帶寬度對于半導(dǎo)體器件性能的影響非常大，它直接決定著器件的耐壓和最高工作溫度。

  之所以“第三代半導(dǎo)體”這個概念會流行，主要是“寬禁帶”這一行業(yè)術(shù)語較為晦澀，難以理解。不過，“第三代半導(dǎo)體”也確實讓人們產(chǎn)生了一種錯覺：第三代比第一代強。

  從1833年，法拉第發(fā)現(xiàn)硫化銀材料的電阻隨著溫度的上升而降低，與金屬材料性質(zhì)大有不同開始，人類對半導(dǎo)體的研究應(yīng)用正式拉開了序幕，至今已近200年時間。

  第二代半導(dǎo)體以砷化鎵（GaAs）、磷化鎵（GaP）為代表，主要應(yīng)用于功率放大，用于衛(wèi)星通訊、移動通訊、導(dǎo)航等領(lǐng)域。

  實際上，這里的 “代際”，是根據(jù)半導(dǎo)體制造材料來劃分的。第三代半導(dǎo)體不是第一代和第二代半導(dǎo)體的升級，這與移動通信技術(shù)4G、5G不同。三代半導(dǎo)體之間是并存關(guān)系，各有各的應(yīng)用場景和優(yōu)勢。第三代半導(dǎo)體之所以現(xiàn)在備受關(guān)注，主要是其在5G、汽車電子和新能源等新興應(yīng)用市場的性能更具優(yōu)勢。

  現(xiàn)在半導(dǎo)體市場90%仍然是以硅材料為代表的第一代半導(dǎo)體，第二代、第三代加起來不過10%，主要作為補充市場。

  第三代半導(dǎo)體是我國“十三五”時期重點布局的方向，產(chǎn)業(yè)化核心技術(shù)取得突破、產(chǎn)業(yè)布局較為全面、市場應(yīng)用逐步開啟，自主可控能力逐漸增強，整體競爭力不斷提升。

  第三代半導(dǎo)體市場也被長期看好，在新能源汽車、5G、光伏發(fā)電、PD 快充等領(lǐng)域，第三代半導(dǎo)體的市場份額不斷取得突破。據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，到2020年底，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）功率半導(dǎo)體的全球市場將增長到 8.54 億美元，其中，碳化硅（SiC ）市場規(guī)模約為 7.03 億美元，氮化鎵（GaN）市場規(guī)模約為1.5億美元。到2025年碳化硅（SiC）市場規(guī)模將超過30億美元，氮化鎵（GaN）市場規(guī)模將超過6.8億美元，翻了四倍多。

  其中，第三代半導(dǎo)體最大的應(yīng)用領(lǐng)域就是新能源汽車。豐田、大眾、 寶馬等汽車制造商繼續(xù)為其下一代車型的逆變器、車載充電器（OBC） 和 DC / DC 轉(zhuǎn)換器中的碳化硅（SiC ）分立器件或模塊進行合格鑒定。在這種背景下，新能源汽車中碳化硅（SiC ）功率半導(dǎo)體市場預(yù)計將以 38％的年復(fù)合增長率增長，到2025年將超過15億美元。

  我國第三代半導(dǎo)體優(yōu)勢首先體現(xiàn)在政策力度上。從近幾年的政策發(fā)展來看，為加快推進第三代半導(dǎo)體材料行業(yè)的發(fā)展，國家層面先后印發(fā)《重點新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄(2019版)》、《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)進一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》等鼓勵性、支持性政策。在“十四五”規(guī)劃中，計劃在2021-2025年期間，在教育、科研、開發(fā)、融資、應(yīng)用等各個方面，大力支持發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，以期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)獨立自主。

  此外，得益于國內(nèi)主流企業(yè)積極布局，市場容量擴大且產(chǎn)業(yè)鏈合作水平不斷提高。經(jīng)過一段時間的高速發(fā)展，我國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開始步入高速成長期，企業(yè)數(shù)量持續(xù)增加，產(chǎn)線也在擴產(chǎn)建設(shè)，供應(yīng)鏈開始逐步成型，產(chǎn)業(yè)鏈自主可控能力增強。

在技術(shù)方面和企業(yè)規(guī)模上，我國與國際大廠存在較大差距。技術(shù)方面，我國仍未出現(xiàn)具有絕對優(yōu)勢的龍頭企業(yè)，雖然一些企業(yè)經(jīng)過幾年摸索沉淀，已經(jīng)完成了技術(shù)、產(chǎn)品和市場的初期積累，資本的加持下，已實現(xiàn)一定規(guī)模產(chǎn)能的上量突破，但市占率較小。同時，國內(nèi)企業(yè)規(guī)模也較小，不具有明顯的企業(yè)優(yōu)勢。相較之下，國際第三代半導(dǎo)體巨頭企業(yè)有非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)建立起一定的行業(yè)壁壘，國內(nèi)企業(yè)差距較大，市場機會被擠壓。

  科學(xué)認(rèn)識，提升產(chǎn)業(yè)認(rèn)識。據(jù)芯謀研究產(chǎn)業(yè)調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，一些相關(guān)人士對第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)認(rèn)識不足，盲目認(rèn)為第三代半導(dǎo)體是第一代和第二代的升級。在做半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展和投資時，不要被概念沖昏頭腦，應(yīng)科學(xué)認(rèn)識技術(shù)本身和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，做科學(xué)謹(jǐn)慎規(guī)劃。

  注重審核，避免盲目投資。雖說國內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期，但政策不斷推出，資本市場不斷涌入，使得第三代半導(dǎo)體整體融資數(shù)額不斷增加。在市場、資本、政策利好的前提下，我們需要加強監(jiān)管審核，充分了解產(chǎn)業(yè)情況，在市場需求的情況下有序擴產(chǎn)，避免資源浪費。