第三代半導(dǎo)體主要是指氮化鎵和碳化硅、氧化鋅、氧化鋁、金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體,它們通常都具有高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高遷移率、高飽和電子速度、高電子密度、可承受大功率等特點(diǎn)。
寬禁帶半導(dǎo)體契合了電力電子、光電子和微波射頻等領(lǐng)域的節(jié)能需求。在電力電子領(lǐng)域，碳化硅功率器件相比硅器件可降低50%以上的能源損耗，減少75%以上的設(shè)備裝置，有效提升能源轉(zhuǎn)換率。在光電子領(lǐng)域，氮化鎵具有光電轉(zhuǎn)換效率高、散熱能力好的優(yōu)勢(shì)，適合制造低能耗、大功率的照明器件。在射頻領(lǐng)域，氮化鎵射頻器件具有效率高、功率密度高、帶寬大的優(yōu)勢(shì)，帶來高效、節(jié)能、更小體積的設(shè)備。
新能源及通訊市場(chǎng)將為第三代半導(dǎo)體創(chuàng)造百億市場(chǎng)規(guī)模
和Si、GaAs等第一、二代半導(dǎo)體材料相比，碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)擁有擊穿電壓高、禁帶寬、導(dǎo)熱率高、電子飽和速率高、載流子遷移率高等優(yōu)點(diǎn)，是制作高頻、高溫、抗輻射器件的優(yōu)異材料。SBD器件領(lǐng)域，碳化硅基SBD器件相較硅基SBD器件具有耐高壓、高溫不易失控及損耗小等特點(diǎn);MOSFET器件領(lǐng)域，碳化硅基MOSFET器件相較硅基IGBT器件具有損耗小、導(dǎo)通電阻低及耐高壓等特點(diǎn)。
碳化硅襯底可以制作成半絕緣型襯底及導(dǎo)電型襯底，分別外延碳化硅及氮化鎵制作成功率器件或微波射頻器件。功率電器領(lǐng)域，碳化硅器件可大幅降低能耗及可耐高壓高頻，被廣泛應(yīng)用在電動(dòng)汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通及智能電網(wǎng)領(lǐng)域，2025年市場(chǎng)規(guī)模將超100億;射頻器件領(lǐng)域，碳化硅的高導(dǎo)熱性能能夠滿足5G通訊對(duì)高頻性能和高功率處理能力的要求，2025年市場(chǎng)規(guī)模將超100億。
成本端依然是考量第三代半導(dǎo)體大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素
受制于碳化硅長(zhǎng)晶速度、加工難度及缺陷密度，碳化硅的成本一直居高不下成為其擴(kuò)大應(yīng)用的難題。
根據(jù)CASA的調(diào)研數(shù)據(jù)，2020年SiC電力電子器件價(jià)格同比進(jìn)一步下降，但部分器件實(shí)際成交價(jià)與等同規(guī)格的Si器件價(jià)差已經(jīng)縮小至2-2.5倍之間。目前市場(chǎng)上降低成本的主要方式有擴(kuò)大晶圓尺寸、改進(jìn)碳化硅長(zhǎng)晶工藝及改進(jìn)切片工藝等，未來其價(jià)差有望進(jìn)一步縮小。
襯底及外延端價(jià)值高，國(guó)內(nèi)外差距小，或可實(shí)現(xiàn)彎道超車
根據(jù)CASAResearch數(shù)據(jù)，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，襯底成本占器件總成本的47%，外延成本占器件總成本的23%，二者合計(jì)約70%，為碳化硅器件成型流程最具投資價(jià)值的環(huán)節(jié)。相較之下，12寸硅片的襯底與外延價(jià)值總計(jì)約占11%，因而碳化硅領(lǐng)域襯底及外延更具投資價(jià)值。
競(jìng)爭(zhēng)格局方面，從海內(nèi)外公司業(yè)務(wù)布局、專利布局、盈利能力、技術(shù)實(shí)力及發(fā)展環(huán)境等角度來看，國(guó)內(nèi)公司僅起步時(shí)間稍微落后，差距極小。考慮到行業(yè)整體處于產(chǎn)業(yè)化初期，受益于國(guó)內(nèi)5G通訊、新能源等新興產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的世界領(lǐng)先地位，國(guó)內(nèi)碳化硅器件巨大的應(yīng)用市場(chǎng)空間將持續(xù)驅(qū)動(dòng)上游半導(dǎo)體行業(yè)快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)碳化硅廠商有望成長(zhǎng)為具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)。
投資建議
基于國(guó)防軍工及新能源行業(yè)的高景氣度，考慮到碳中和催動(dòng)能源轉(zhuǎn)型降低能耗，我們預(yù)計(jì)碳化硅行業(yè)將迎來快速發(fā)展期。建議關(guān)注中瓷電子、鳳凰光學(xué)、亞光科技、海特高新、賽微電子、天岳先進(jìn)、斯達(dá)半導(dǎo)、露笑科技、揚(yáng)杰科技、三安光電等。
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