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分析 | 第三代半导体材料时代来临,哪些你熟悉的玩家入局了?

第三代半导体又称宽禁带半导体,禁带宽度在 2.2eV 以上,主要以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料。相较于以硅(Si)、锗元素(Ge)代表的第一代和以砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb)为代表第二代半导体材料,具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点和优势。被广泛应用于新能源汽车、轨道交通、智能电网、新一代移动通信、消费类电子等领域,被视为支撑能源、交通、信息、国防等产业发展的核心技术。宽禁带半导体,已成为美国、欧洲、日本半导体行业竞相重点研究的方向。

第三代半导体材料风口来临

第三代半导体材料除包含碳化硅、氮化镓之外,还有氧化锌、金刚石、氮化铝等半导体材料。但氧化锌、金刚石、氮化铝等第三代半导体材料的研究尚属起步阶段。业界也普遍更看好碳化硅和氮化镓市场前景。据预测,到 2022 年,碳化硅和氮化镓功率器件的市场规模将达 40 亿美元以上,年均复合增长率可达45%,届时将催生巨大的应用市场空间。

在政策上,我国政府主管部门高度重视第三代半导体材料及相关技术的研究与开发。从 2004 年开始对第三代半导体技术领域的研究进行了部署,并启动了一系列重大研究项目。2013 年科技部在"863"计划新材料技术领域项目征集指南中明确将第三代半导体材料及其应用列为重要内容。2015 年和 2016 年国家科技重大专项都对第三代半导体功率器件的研制和应用进行立项。2016年国务院发布的面向2030的6项重大科技项目和9大重大工程中,第三代半导体是“重点新材料研发及应用”重大项目的重要部分。2016年12月,国务院成立国家新材料产业发展领导小组,加快推进新材料产业发展;2017年2月,国家新材料产业发展专家咨询委员会成立;2017年6月,第三代半导体产业技术创新战略联盟组织编辑2030国家重点新材料研发及应用第三代半导体版块实施方案。

在投资方面,当前国内的半导体产业投资基本上进入了国家主导的投资阶段,加上大基金的成立开启了一轮国内投资半导体的热潮,无论是政府资金,还是产业资本都纷纷进入这个领域,多地已逐步发展成为第三代半导体产业特色集聚区。

国内企业还需追赶

在碳化硅方面,天科合达、山东天岳、中电集团二所等初步实现4英寸碳化硅单晶衬底材料量产,并开发出6英寸样品;泰科天润、世纪金光、中电五十五所、十三所等多家企业和机构已实现600-3300V的碳化硅肖特二极管量产,处于用户验证阶段;中车株洲时代电气、国家电网联研院、厦门三安等企业建设了6英寸碳化硅电力电子器件工艺线;扬杰科技的碳化硅芯片技术已达到国内领先水平。

在氮化镓方面,中电十三所已形成系列化氮化镓微波功率器件和MMIC产品,并被华为、中兴用于进行基站研发;苏州纳维、东莞中镓具备2-4英寸氮化镓单晶衬底材料的供货能力;苏州能讯、苏州晶湛、江苏能华、杭州士兰微、江苏华功半导体均已进入布局氮化镓电力电子材料和器件;三安集团也已建设氮化镓射频器件工艺线。海特高新通过其子公司海威华芯开始建设6英寸的第二代/第三代半导体集成电路芯片生产线,项目建设规模:砷化镓半导体芯片(6寸)40000片/年,氮化镓半导体芯片(6寸)30000片/年。

新材料情报NMT | 分析 | 第三代半导体材料时代来临,哪些你熟悉的玩家入局了?

由于第三代半导体材料及其制作的各种器件的优越性、实用性和战略性,未来,由碳化硅、氮化镓材料制成的半导体功率器件将支撑未来节能技术的发展趋势,成为节能设备最核心的器件,许多发达国家将第三代半导体材料列入国家计划,全面部署,竭力抢占战略制高点。我们在看到半导体产业政策和资金的支持下,涌现出了一大批相当有技术实力的企业,并且在部分领域在逐渐缩小与日、美、欧的差距的同时。也应该清晰地认识到,由于中国开展碳化硅、氮化镓材料和器件方面的研究工作起步比较晚,与日本、欧美等国相比整体水平上还有很大差距,我国在碳化硅、氮化镓材料的制备与质量等问题,特别是原始创新问题,亟待破解。

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