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发稿时间:2020.09.16 【 字体: 】
(国内首条商业化运行的6寸碳化硅生产线)
如果问目前市场最关注什么行业?答案里大概率包括“半导体”。但如果问半导体的哪个细分领域,未来最有发展前景?答案一定是百家争鸣,但“第三代半导体”应该位列其中.

1.什么是第三代半导体
上世纪四、五十年代,锗(ge)/硅(si)被人类发现其电流放大的特性,于是从沙子进化成了二极管、晶体管,结束了笨重的“电子管时代”,人类从此进入“集成电路时代”,计算机/互联网/移动通信等,相继迅猛发展。 上世纪90年代和本世纪初,第二代半导体材料(gaas、inp)、第三代半导体材料(sic、gan等)相继得到了较快的发展,在各自的应用领域大放异彩,和“硅老大”一起扛着人类向前进。

图1 半导体材料的发展历史
三代材料,各有特色,彼此不是完全替代的关系。
举个例子,碳化硅的临界击穿电场强度是硅的10倍,意味着同样电压等级,碳化硅功率模块的尺寸可以降到硅器件的1/10。但在逻辑ic和存储领域等,硅依旧是未来的中流砥柱。


2.第三代半导体的市场规模
在第三代半导体中,sic是目前最重要的一种,应用范围最广、发展程度也最高。主要应用于新能源汽车、工业应用等领域。

图2 碳化硅(sic)功率器件的应用领域
来源:yole development
据权威机构ihs markit披露的数据,2018-2019年全球碳化硅功率器件的市场规模分别为3.9、5.1亿美元,而sic电力电子器件的渗透率不足2%;,预计2027年碳化硅功率器件的市场规模将超过100亿美元,年均复合增长率超过了40%(即2年翻一倍),其中新能源汽车是核心推动力量。

图3 全球碳化硅功率器件市场规模预测
数据来源: ihs markit
深蓝色的区域,代表着新能源汽车,贡献了最大的增量,而其中最大的市场在中国。 在高频、高速、高功率的5g通信时代,用碳化硅做衬底的氮化镓射频器件,也将迎来发展机遇期。

3.第三代半导体的产业链构成
sic产业链的构成: sic晶片外延器件(设计/制造/封测)下游应用 生产模式,可分为“idm模式”和“设计 代工模式”。不过由于功率器件的生产特点,idm仍将是最有效率的生产模式。

图4 全球sic产业链的构成情况
由于行业还处于起步阶段,上游的材料成本(晶片 外延)占比很高,目前超过75%。一些企业通过并购等方式,布局全产业链,如美国cree,日本rohm。还有一些idm企业,自己做“外延”,如英飞凌、意法半导体等,以及国内的中电55所、13所、三安光电等。 分析一下各个环节的竞争格局情况:
晶片:分为导电型和半绝缘型,目前以导电型为主。美国cree是行业龙头,18年市占率为62%,其次是贰陆公司(ii-vi)、rohm收购的si-crystal,三者合计占全球出货量的90%。国内的天科合达、山东天岳分别占比1.7%、0.5%。cree和ii-vi已经研发成功并投建8英寸线,国内开始投产6英寸,8英寸在研发中。
外延片:企业相对较多,部分idm企业自制外延片,未看到具体的数据。
器件:主要是cree、rohm、英飞凌、意法等巨头,国内的产能也逐渐开始建设(三安光电、华润微等),一部分是自产自用(如中车、国网),整体的收入体量还比较小。

4.华润微第三代半导体业务的进展情况
华润微,在今年7月份,披露公司6英寸商用碳化硅晶圆生产线正式量产,并向市场投放工业级sic二极管系列产品,也正式加入了国内第三代半导体产业的阵营。
华润微,是国内规模最大的功率器件企业,它的硅基mosfet销量排第三,仅次于英飞凌和安森美,采用的也是idm模式。
相比国内同行,华润微在碳化硅的布局上具备一定的客观优势,其中包括idm的行业模式、重视研发、原材料供应的保障、充裕的发展资金等。

研发上,公司的特色工艺有优势,和浙大的盛况老师团队也有合作;在客户开拓上,公司是生产硅基功率器件的老牌企业,下游客户积累丰富;在产能建设和产品制造方面,碳化硅和硅基的生产线,存在2/3的设备重叠,建厂投资额大幅下降,且公司入股了厦门瀚天天成,还有国内2-3家外延材料供应商,保障了公司的原材料供应;资金方面,半导体是重资产行业,公司已a股上市 国企的背景,融资便利,发展有后劲。

所以,华润微进入碳化硅半导体,合情合理,且具备一定的优势。但相比国际巨头,除了国内的市场以及政策的支持,公司短期仍面临一些难题。 回头看a股市场,如果从收入和利润贡献角度看,第三代半导体板块内的企业,都还远远没有到开花结果的时候。但随着碳化硅晶圆成本的下降,市场规模的提升,整个产业链的收入和利润水平会有大幅度的提升,到时也就到了收获的季节。
华润微,作为行业的新进入者,基于自身的研发优势以及在硅基功率器件的长期积累,有望在未来国内第三代半导体的快速发展中,成长壮大。
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