第三代半导体产业应用前景及投资潜力

功率半导体正从传统硅基功率器件IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(金氧半场效晶体管)，走向以SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)为代表的时代。

第三代半导体产业步入快速增长期

以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体具有优异性能，在信息通信、轨道交通、智能电网、新能源汽车等领域有巨大市场。

经过多年努力，全球第三代半导体产业正进入快速增长期。以第三代半导体为代表的宽禁带半导体，广泛应用于符合‘双碳’目标的新能源、交通制造产业升级以及光电应用场景，已成为推动诸多产业创新升级的重要引擎。

我国发展第三代半导体已经具备技术突破和产业协同发展的基础。与半导体相关的精密制造水平和配套能力快速提升，为相关装备国产化打下坚实基础。

新一代信息技术与工业化深度融合加快，为集成电路产业发展创造巨大空间。如北京市顺义区已初步形成从装备到材料、芯片、模组、封装检测及下游应用的产业链布局，集聚了泰科天润、国联万众、瑞能半导体等产业链上下游企业20余家。论坛上，国联万众碳化硅功率芯片二期等6个产业项目签约，预计总投资近18亿元。

第三代半导体产业也面临不少“成长中的烦恼”。比如，原始创新和面向应用的基础研究能力较弱，关键装备和原材料依然高度依赖进口，产业链、供应链安全依然存在风险，缺乏开放、链条完整、装备条件先进的第三代半导体研发中试平台，产业生态尚未建立等。

为此，第三代半导体产业技术创新战略联盟等联合发布倡议，聚焦重点市场需求，在新能源汽车、光伏储能、新型显示等领域推广应用基于第三代半导体材料的“绿色芯”“健康芯”;聚焦产业链协同创新，共同组建创新联合体，强化公共技术服务能力和标准化能力建设，形成产学研紧密合作、上下游链条打通、大中小企业共生发展的协同创新局面。

根据中研普华研究院《2022-2027年中国功率半导体行业供需预测及投资潜力研究报告》显示：

碳化硅是第三代半导体产业发展重要的基础材料。碳化硅器件以其优异的耐高压、耐高频、耐高温、低损耗等性能，能够有效满足电力电子系统、微波射频系统的高效率、小型化和轻量化要求，在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有明显优势。

中国第三代半导体产业应用前景及投资潜力

“导电型的碳化硅衬底目前应用前景比较好的是电动汽车领域。例如国际知名的电动汽车品牌就使用了碳化硅器件模块。在充电方面，由于碳化硅的耐高压特性，电动汽车可以实现800V的快充效果。”河北同光半导体股份有限公司科技项目经理马林说。

马林所在的同光股份2012年成立于保定国家高新区，在碳化硅单晶衬底材料核心技术领域技术积累深厚。企业专业从事碳化硅单晶衬底的研发、制备和销售，是河北省规模最大，也是国内率先实现第三代半导体材料碳化硅单晶衬底量产的高科技企业之一，先后承担了国家“863”计划、国家重点研发计划、国家技术改造工程等重大专项，承担河北省级研究课题10余项，形成了科学完善的科研创新体系。

同光股份与北京的中科院半导体所深度合作，引进了李树深、夏建白、郑厚植三名院士及团队，设立院士工作站、博士后科研工作站。早在2013年，企业就在李树深院士的推动下，与中科院半导体所联合搭建了碳化硅单晶材料与应用研究联合实验室。2016年，由李树深院士领衔的碳化硅单晶研发创新团队作为高层次创新团队受到河北省委省政府表彰。

高纯碳粉、硅粉在晶体生长炉内合成，生长出直径4/6英寸、厚度25毫米左右的圆柱形碳化硅晶体，经过多线切割、双面研磨、CMP抛光等多道工序，最终制备成符合客户应用要求的碳化硅单晶衬底。

产业链下游企业，在衬底材料的基础上，经过外延生长、电路设计、器件封装等步骤，最终制备出半导体器件，并应用到实际场景中。

目前，同光股份拥有碳化硅单晶生长炉500余台，已搭建起国际先进、完整的碳化硅衬底生产线，生产能力达到每年5万片。企业产品涵盖直径4英寸、6英寸高纯半绝缘型和导电型碳化硅单晶衬底，经下游客户验证，产品质量可媲美国际先进水平。

企业还与中电科下属研究所合作，将碳化硅单晶衬底成功应用在我国5G基站建设中，打破国际壁垒，破解了“卡脖子”难题，推动国家芯片关键材料的自主可控。

全球半导体功率器件市场

2022 年全球功率半导体(含功率器件及电源管理芯片)市场规模约为 543 亿美元，占半导体市场的比例为 9%;其中半导体功率器件 281 亿美元。

2021-2025 年全球半导体功率器件市场将由 259 亿美元增至 357 亿美元，年复合增速约为 8.4%。其中，MOSFET(含模块)2021 年市场规模约为 104 亿美元，总体趋于稳定，至 2025 年，占比预计达 29%;IGBT(含模块)2025 年市场规模将快速增至 136 亿美元，占比约为 38%，2021-2025 年年复合增长率约为 12.8%;全球 SiC 功率器件 2025 年市场规模约 43 亿美元，2021 年至 2025 年复合增长率约为 42%。

2021 年中国国内 MOSFET 市场规模为 46.6 亿美元，预计到 2025 年将达到 64.7 亿美元，复合增长率为 8.55%，增速高于全球市场。

伴随着 5G、物联网、新能源等行业的迅速发展，具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、热导率、电子饱和速率及抗辐射能力的碳化硅、氮化镓等为代表的第三代半导体材料进入快速发展阶段，市场前景广阔。

随着Infineon、ON Semi等与汽车、能源业者合作项目明朗化， 2023年整体SiC功率元件市场规模有望增长至22.8亿美元，年成长率为41.4%。同时，受惠于电动汽车及可再生能源等下游主要应用市场的强劲需求，2026年SiC功率元件市场规模有望达到53.3亿美元。另Yole数据显示，预计到2023年，全球碳化硅材料渗透率有望达到3.75%。

海内外巨头也纷纷锚定了这一蓝海市场。汽车半导体芯片巨头瑞萨电子在日前宣布，将于2025年开始使用SiC来生产降低损耗的下一代功率半导体产品，计划在目前生产硅基功率半导体的群马县高崎工厂进行量产，但具体投资金额和生产规模尚未确定。

值得注意的是，瑞萨电子此前很少涉及SiC相关业务，不过，作为新玩家，瑞萨社长兼CEO柴田英利表示，“在功率半导体上、我们起步非常慢。客户对瑞萨IGBT的评价非常高、会将这些评价活用至SiC业务上。现在SiC市场仍小，但将来毫无疑问会变得非常大。”

除了新玩家外，传统厂商也在加紧“跑马圈地”。安森美半导体正考虑投资20亿美元提高碳化硅芯片产量。安森美半导体目前在安森美半导体美国、捷克和韩国都设有工厂，其中，韩国工厂已经在生产 SiC 芯片。

《2022-2027年中国功率半导体行业供需预测及投资潜力研究报告》由中研普华研究院撰写，本报告对该行业的供需状况、发展现状、行业发展变化等进行了分析，重点分析了行业的发展现状、如何面对行业的发展挑战、行业的发展建议、行业竞争力，以及行业的投资分析和趋势预测等等。报告还综合了行业的整体发展动态，对行业在产品方面提供了参考建议和具体解决办法。