第三代半導(dǎo)體正在走向“巔峰”

第三代半導(dǎo)體碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)具備高熱導(dǎo)率、高擊穿場強(qiáng)、高飽和電子漂移速率等物理特性，因此其天然適合對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等惡劣條件要求較高的應(yīng)用，被視為電力電子領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)。

第三代半導(dǎo)體將在中國“新基建”領(lǐng)域發(fā)揮重要作用

近年來中國大力發(fā)展新基建，其中包括5G基站、數(shù)據(jù)中心、新能源汽車充電樁、軌道交通等七大領(lǐng)域以及底層的可再生能源，而以SiC和GaN為首的第三代半導(dǎo)體則正是支撐新基建發(fā)展的核心半導(dǎo)體材料，因此也迎來了巨大的市場機(jī)會，備受資本青睞。

據(jù)TrendForce集邦咨詢統(tǒng)計(jì)，2021年至今已有許多從事第三代半導(dǎo)體事業(yè)的相關(guān)廠商獲得融資，碳化硅領(lǐng)域有泰科天潤、瀚薪、同光晶體、天域半導(dǎo)體、瞻芯、派恩杰、芯粵能等，氮化鎵領(lǐng)域則有GaNSystems、CGD、IVWorks、VisIC、英諾賽科、晶湛半導(dǎo)體、鎵未來等等。

 “近年來第三代半導(dǎo)體業(yè)者也在積極登陸資本市場，去年Wolfspeed和Navitas分為作為碳化硅和氮化鎵行業(yè)領(lǐng)頭羊成功完成上市，今年國內(nèi)的山東天岳也已經(jīng)登陸科創(chuàng)板，海外Transphorm公司則成功轉(zhuǎn)板登陸納斯達(dá)克，另外GaNSystems、Odyssey、天科合達(dá)、同光晶體等廠商也正在籌備IPO，整個(gè)產(chǎn)業(yè)的資本熱度持續(xù)高居不下。”龔瑞驕談道。

汽車、光伏儲能等應(yīng)用帶動(dòng)SiC市場迅速擴(kuò)大

功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力是能源轉(zhuǎn)換革命。受益于新能源汽車、光伏儲能、智能電網(wǎng)、工業(yè)自動(dòng)化等下游應(yīng)用市場需求的多點(diǎn)爆發(fā)，功率半導(dǎo)體市場迎來了此輪高景氣周期。

據(jù)TrendForce集邦咨詢預(yù)測，2022年SiC/GaN功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將成長至18.4億美金，至2025年可達(dá)52.9億美金。其中，汽車和消費(fèi)電子應(yīng)用分別主導(dǎo)著SiC和GaN功率市場發(fā)展。

 “汽車應(yīng)用將占據(jù)2022年SiC市場近67%份額，其中特斯拉貢獻(xiàn)了絕大部分營收，其他參與車企還包括現(xiàn)代、比亞迪、蔚來、小鵬等?！饼徣痱湻治龅馈ｋS著新能源車滲透率不斷提高，SiC將大規(guī)模上車應(yīng)用，特別是在800V高壓平臺中。“相較于Si-based IGBT，SiC功率模塊在800V高壓系統(tǒng)中的優(yōu)勢將會進(jìn)一步放大，未來或?qū)⒊蔀?00V汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)中的標(biāo)配功率半導(dǎo)體元件。”

值得注意的是，目前SiC已被應(yīng)用至汽車主驅(qū)逆變器、OBC、DC-DC等組件中，其中主驅(qū)逆變器是SiC核心價(jià)值所在。

目前國際上主流的車規(guī)級SiC玩家主要有STM、Infineon、Wolfspeed、ROHM和Onsemi，均已與各大領(lǐng)先車企建立了全面合作關(guān)系。近年來，亦有眾多中國廠商在積極推進(jìn)本土車規(guī)SiC進(jìn)程，并取得了不錯(cuò)的進(jìn)展，其中包括瀚薪、泰科天潤、派恩杰、瞻芯、愛仕特等，以及從事SiC模塊封裝的比亞迪、斯達(dá)、芯聚能等。

另外，快速增長的SiC工業(yè)市場亦不容小覷，重點(diǎn)應(yīng)用場景為光伏逆變器以及UPS等，Infineon正憑借IGBT優(yōu)勢在此快速擴(kuò)大市場。陽光電源、SMA等廠商已經(jīng)開始推進(jìn)SiC替代方案，期待提升光伏逆變器功率密度，進(jìn)一步降低度電成本。在軌道交通應(yīng)用中，各國正在加大力度開發(fā)基于SiC技術(shù)的交通工具。

另外，SiC消費(fèi)電子市場規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，比較典型的便是與GaN功率元件搭配共同應(yīng)用至快速充電頭中。

GaN功率元件于消費(fèi)電子市場率先放量，工業(yè)、汽車應(yīng)用潛力巨大

現(xiàn)階段GaN功率市場由消費(fèi)電子主導(dǎo)，快速充電頭是當(dāng)前GaN功率元件的最大應(yīng)用領(lǐng)域，今年三星亦在其S22旗艦機(jī)旅行適配器中搭載了Navitas與GaN Systems產(chǎn)品，這再次印證了國際大廠對GaN快充產(chǎn)品的認(rèn)可。

截止目前，三星、小米、OV、戴爾、聯(lián)想等手機(jī)及PC大廠均已在其適配器產(chǎn)品中搭載GaN功率元件。除此以外，GaN功率元件亦將在超薄電視等其他消費(fèi)電子場景發(fā)揮重要作用。

數(shù)據(jù)中心、通信基站、光伏逆變器等工業(yè)市場亦開始逐步采納GaN替代方案，其中數(shù)據(jù)中心和通信基站作為耗電大戶，GaN電力電子技術(shù)可助力終端設(shè)備降低電力成本，并提高運(yùn)行效率。與此同時(shí)，中國已開啟龐大的“東數(shù)西算”工程，相信這將很大程度上促進(jìn)GaN技術(shù)進(jìn)一步滲透。

至于可再生能源方面，GaN功率元件十分適合戶用微型逆變器，Navitas已與美國Enphase等領(lǐng)先廠商展開合作，共同推動(dòng)GaN技術(shù)應(yīng)用。

另外，GaN汽車市場同樣備受期待，雖目前其規(guī)模仍然太小，但寶馬、緯湃科技等車企或Tier1已經(jīng)躍躍欲試，期待借助GaN技術(shù)生產(chǎn)出性能更佳的動(dòng)力系統(tǒng)組件，例如OBC、DC-DC、逆變器等。

另外GaN的高速特性作用于車載激光雷達(dá)優(yōu)勢明顯，EPC等公司長期致力于此，可助力激光雷達(dá)看得更遠(yuǎn)、更快、更清晰。相信未來隨著硅基氮化鎵元件向高耐壓邁進(jìn)，以及垂直結(jié)構(gòu)器件不斷突破，GaN將有望與SiC共同搶占高壓汽車組件市場。

結(jié)語

第三代半導(dǎo)體SiC和GaN通過突破Si性能極限，來開拓高端應(yīng)用市場，也將在部分與Si交叉領(lǐng)域達(dá)到更高的性能和更低的系統(tǒng)性成本，因此被視為后摩爾時(shí)代材料創(chuàng)新的關(guān)鍵角色。

全球能源技術(shù)革命已經(jīng)開啟，并向材料領(lǐng)域滲透，相信第三代半導(dǎo)體將在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的過程中發(fā)揮重要作用。