目前，第三代半導(dǎo)體是全球戰(zhàn)略競爭新的制高點，也是各地區(qū)的重點扶持行業(yè)，意法半導(dǎo)體、英飛凌、安世半導(dǎo)體、三安光電等頭部廠商順勢而上，加速布局第三代半導(dǎo)體，市場戰(zhàn)火已燃，一場群雄逐鹿之戰(zhàn)正在上演。
多方來戰(zhàn)，“直搗”三代半核心環(huán)節(jié)
第三代半導(dǎo)體欣欣向榮，八方入局，搶奪市場重要賽位，擁抱巨大增量市場。業(yè)界認(rèn)為，面對下游行業(yè)需求的爆發(fā)，提升工藝及良率，擴大晶圓產(chǎn)能是行業(yè)當(dāng)務(wù)之急。
第三代半導(dǎo)體產(chǎn)能供應(yīng)緊張，三安/意法等大廠在前線沖鋒：英飛凌將拋出70億歐元（約544.24億元人民幣），部署馬來西亞地區(qū)產(chǎn)能，其馬來西亞居林Module 3廠區(qū)預(yù)計今年8月啟用，并于2024年底開始生產(chǎn)SiC；Nexperia（安世半導(dǎo)體）投資2億美元（約合人民幣14.5億元）開發(fā)碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等下一代寬帶隙半導(dǎo)體（WBG），并在德國漢堡工廠建立生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施；Wolfspeed的Building 10 Materials工廠已實現(xiàn)其8英寸晶圓的生產(chǎn)目標(biāo)，預(yù)計到2024年底，其莫霍克谷SiC晶圓廠可借此將晶圓開工利用率提升至約25%….
三安光電、意法半導(dǎo)體決定聯(lián)手布局，二者去年6月宣布在在中國重慶建立一個新的8英寸碳化硅器件合資制造廠。目前，重慶三安襯底廠主設(shè)備進場，這標(biāo)志著重慶三安襯底工廠通線，即將進入倒計時階段。三安意法碳化硅項目總規(guī)劃投資約300億元人民幣，項目達產(chǎn)后將建成全國首條8吋碳化硅襯底和晶圓制造線，具備年產(chǎn)48萬片8吋碳化硅襯底、車規(guī)級MOSFET功率芯片的制造能力，預(yù)計營收將達170億人民幣，將有力推動重慶打造第三代化合物半導(dǎo)體之都。
另外，三安半導(dǎo)體湖南碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化項目一期已經(jīng)全線投產(chǎn)，SiC年產(chǎn)能已達到25萬片（折合6吋算）；項目二期正在穩(wěn)步推進中，將全部導(dǎo)入國際領(lǐng)先的8吋生產(chǎn)設(shè)備和工藝。整個項目達產(chǎn)后將實現(xiàn)總計年產(chǎn)48萬片的規(guī)模。而三安光電于7月2日在投資者互動平臺表示，湖南三安項目后續(xù)擴產(chǎn)將生產(chǎn)8英寸SiC產(chǎn)品，目前，8英寸SiC襯底已開始試產(chǎn)，8英寸SiC芯片預(yù)計于12月投產(chǎn)。
韓國方進軍氮化鎵：據(jù)韓媒近期報道，三星電子、SK Siltron、韓國東部高科（DB HiTek）以及無晶圓廠ABOV Semiconductor共同簽署了半導(dǎo)體業(yè)務(wù)協(xié)議（MOU），共同致力于“化合物功率半導(dǎo)體先進技術(shù)開發(fā)項目”。該項目將首先聚焦GaN功率半導(dǎo)體的研發(fā)，上述廠商均表示旨在將GaN業(yè)務(wù)商業(yè)化。
從早先的布局動態(tài)看，三星此前透露將從2025年開始建設(shè)8英寸氮化鎵化合物功率半導(dǎo)體代工廠；SK Siltron通過其子公司SK KeyFoundry（啟方半導(dǎo)體）開發(fā)和量產(chǎn)GaN半導(dǎo)體，后者此前宣布已獲得8英寸650V 氮化鎵 HEMT 的器件特性，并計劃在今年內(nèi)完成開發(fā)；DB HiTek于5月表示將在今年第三季度引進氮化鎵器件生產(chǎn)所需的相關(guān)設(shè)備，并在今年年底前完成量產(chǎn)準(zhǔn)備，預(yù)計該GaN代工廠將從明年年初開始運營。
此外，韓國官方正加強扶持該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。韓國政府將從今年到2028 年，計劃提供1385 億韓元（約7.2億人民幣）的資金支持以推進上述項目，其中包括 939 億韓元的政府資金和 446 億韓元的私人投資；技術(shù)支持方面，韓國產(chǎn)業(yè)技術(shù)規(guī)劃和評估研究院（KITIE）將為參與機構(gòu)提供研發(fā)支持。
汽車廠商多線路布局，旨在穩(wěn)定供應(yīng)鏈體系：中國一汽正加強建設(shè)額碳化硅項目：其M220 SiC電驅(qū)已在今年宣布量產(chǎn)下線，M190-150（SiC）電驅(qū)生產(chǎn)準(zhǔn)備建設(shè)項目則處于擬審批階段。M220 SiC電驅(qū)作是一汽紅旗HME平臺的核心總成，匹配EH7、E202、E702等5款新能源主銷車型，也是產(chǎn)品項目CEO制改革后首批量產(chǎn)的動力總成產(chǎn)品；M190-150（SiC）電驅(qū)生產(chǎn)準(zhǔn)備建設(shè)項目建成后，將實現(xiàn)M190-150（SiC）電驅(qū)系統(tǒng)與M220電驅(qū)系統(tǒng)共線產(chǎn)能20萬（臺）/年，其中M190-150（SiC）電驅(qū)系統(tǒng)產(chǎn)能14萬（臺）/年。
部分廠商加速項目進程和產(chǎn)品出貨：芯塔電子SiC模塊大批交付，湖州功率模塊封裝產(chǎn)線總投資1億元，于2024年初正式通線，目前處于量產(chǎn)爬坡階段。產(chǎn)線全部達產(chǎn)后，將年產(chǎn)100萬套功率模塊，預(yù)估年產(chǎn)值3億元；冠嵐新材料年產(chǎn)1600噸碳化硅襯底材料項目簽約，該公司主要產(chǎn)品為大尺寸、高純度、低成本第三代半導(dǎo)體SiC原材料、SiC鍍膜，目前國產(chǎn)化原材料產(chǎn)品已驗證完成，獲國內(nèi)外多家客戶認(rèn)證；總投資50億的中順通利半導(dǎo)體功率器件項目簽約，項目擬建設(shè)特種及車規(guī)級功率器件封裝測試生產(chǎn)線、集團企業(yè)總部集群等。
與此同時，并購方針狂熱執(zhí)行，企業(yè)紛紛擴大麾下軍，近期碳化硅、氮化鎵領(lǐng)域出現(xiàn)了多件收購案：純晶圓代工廠格芯收獲一家GaN研發(fā)商Tagore，包括后者專有且經(jīng)過生產(chǎn)驗證的功率氮化鎵（GaN）技術(shù)及IP產(chǎn)品組合；Guerrilla RF收購Gallium Semiconductor的GaN功率放大器和前端模塊產(chǎn)品組合，該公司表示將為無線基礎(chǔ)設(shè)施、軍事和衛(wèi)星通信應(yīng)用開發(fā)新的GaN器件產(chǎn)品線并實現(xiàn)商業(yè)化….
從本質(zhì)看，三代半魅力何在？
第一代半導(dǎo)體材料以Si（硅）、Ge（鍺）等為主，Si以優(yōu)異性能、低廉價格及成熟的工藝，在大規(guī)模集成電路領(lǐng)域地位明顯；第二代半導(dǎo)體材料包括GaAs（砷化鎵）、InP（磷化銦）等，GaAs主要應(yīng)用于大功率發(fā)光電子器件和射頻器件；第三代半導(dǎo)體也稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料，以SiC（碳化硅）、GaN（氮化鎵）為主，GaN主要應(yīng)用于光電器件和微波射頻器件，SiC主要用于功率器件。
得益于自身優(yōu)秀的物理特性及產(chǎn)業(yè)端的快速拉動，第三代半導(dǎo)體已然成為了業(yè)界“寵兒”。碳化硅方面，從物理特性上看，相比傳統(tǒng)的Si半導(dǎo)體材料，SiC擁有3倍的禁帶寬度、3倍的熱導(dǎo)率、近10倍的擊穿場強、以及2倍的電子飽和漂移速率。此外業(yè)界稱，理論上，相同耐壓的器件，SiC的單位面積的漂移層阻抗可以降低到Si的1/300。
需求端來看，SiC功率器件具備耐高壓，耐高溫，低能耗，小型化的特點，可以廣泛應(yīng)用于電動/混動汽車、充電樁/充電站、高鐵軌交、光伏逆變器中。目前，碳化硅已發(fā)展成為綜合性能最好、產(chǎn)業(yè)化程度最高、技術(shù)最成熟的第三代半導(dǎo)體材料。
氮化鎵方面，主要有Si基和SiC基兩種。GaN-on-Si主要應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域，用作高功率開關(guān)。GaN-on-SiC 主要應(yīng)用于射頻領(lǐng)域，主要得益于SiC的高導(dǎo)熱率以及低RFloss，適用于功率較大的宏基站。需求端方面，GaN功率器件憑其高頻率、低損耗、低成本的特點，可以廣泛使用于智能終端快充、數(shù)據(jù)中心、車規(guī)級充電場景中；GaN微波器件則因其高頻率、高功率、高效率可以廣泛地應(yīng)用于宏基站/小微基站、智能終端、軍用雷達、衛(wèi)星通訊等領(lǐng)域。
從市場前景來看，碳化硅市場步入高速增長階段，據(jù)TrendForce集邦咨詢研究表示，盡管純電動汽車（BEV）銷量增速的明顯放緩已經(jīng)開始影響到SiC供應(yīng)鏈，但作為未來電力電子技術(shù)的重要發(fā)展方向，SiC在汽車、可再生能源等功率密度和效率極其重要的應(yīng)用市場中仍然呈現(xiàn)加速滲透之勢，未來幾年整體市場需求將維持增長態(tài)勢，預(yù)估至2028年，全球SiC功率器件市場規(guī)模有望上升至91.7億美元。
目前，GaN功率元件市場的發(fā)展主要由消費電子所驅(qū)動，核心仍在于快速充電器，其他消費電子場景還包括D類音頻、無線充電等。據(jù)TrendForce集邦咨詢研究顯示，全球GaN功率元件市場規(guī)模將從2022年的1.8億美金成長到2026年的13.3億美金，復(fù)合增長率高達65%。
結(jié)語
第三代半導(dǎo)體材料在新能源汽車、信息通信、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域充分發(fā)揮其優(yōu)異的性能，目前已成為推動諸多產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級的重要引擎。而基礎(chǔ)研究能力、關(guān)鍵裝備和原材料等涉及產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈安全的問題仍是關(guān)鍵，也正由此，今年以來產(chǎn)業(yè)動態(tài)頻頻，上中下游廠商紛紛下場實施前瞻性策略，業(yè)界認(rèn)為，屬于第三代半導(dǎo)體的時代正在敲門。
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