第三代半导体能否助推科技产业实现弯道超车？

自从我国决定重点推进第三代半导体研制进程以来，市场上对第三代半导体的炒作热情持续高涨，很多人只知“随大溜”，却不知道第三代半导体是为何物。实际上，半导体中的“代际”划分，是以半导体衬底材料的变化为准的，并非指某一代更优。

SIC是第三代半导体主要材料

目前第三代半导体虽然有四类，但是主要以SiC、GaN两种材料为主，其余还有宽禁带氧化物（典型代表ZnO）和金刚石。

SIC是全球目前最先进的第三代半导体材料，也是卫星通讯、高压输变电、轨道交通、电力汽车、通讯基站等重要领域的核心材料，被认为是5G通信晶片中最理想的衬底。

以碳化硅为衬底制成的功率器件相比硅基功率器件具有更优越的电气性能，高耐压、大功率特性，使其可用于制造MOSFET、IGBT、SBD等器件，广泛用于新能源车、智能电网等行业。

值得注意的是，SiC的下游应用偏向1000V以上的中高电压范围。根据电阻率的差异，SiC衬底可分为导电型和半绝缘型。在导电型SiC衬底上生长SiC外延层制得SiC外延片。下游主要应用于制造耐高温、耐高压的功率器件，诸如新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域，市场规模较大。

在半绝缘型SiC衬底上生长GaN外延层制得GaN-on-SiC（碳化硅基氮化镓）外延片，可进一步制成微波射频器件，应用于5G通讯、雷达等领域，随着5G通讯网络的加速建设，市场需求提升较为明显。

目前来看，SiC晶片市场主要由美、欧、日主导，我国企业是典型的“后浪”。2020上半年全球半导体SiC晶片市场中，美国CREE出货量占据全球45%；罗姆子公司SiCrystal占据20%，II-VI占13%；国内企业发展较快，天科合达的市占率由2019年的3%上升至2020年的5.3%，山东天岳占比为2.6%。

GaN为SIC“查漏补缺”

SIC虽好，但是不可能满占第三代半导体市场，现阶段另一个第三代半导体主要材料是GaN。该材料具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高的电子迁移率的特点，是超高频器件的极佳选择，适用于5G通信、微波射频等领域的应用。

相较于Si、SiC，在中高频驱动逆发器的快速切换的场景中，如果采用传统的MOSFET和IGBT，会产生不可接受的损耗，而GaN晶体管的源极、栅极、漏极均在同一个平面，能够克服这样的损耗。

受技术与工艺水平限制，GaN材料作为衬底实现规模化应用仍面临挑战，目前主要是以蓝宝石、硅晶片或碳化硅晶片为衬底，通过外延生长GaN以制造GaN器件。蓝宝石衬底一般用于制造蓝光LED，通常采用MOCVD法外延生长GaN；SiC衬底一般用于射频器件；Si则用于功率器件居多。

GaN的下游应用与衬底材料相对应，主要应用于低压高频领域。2000年起以蓝宝石为衬底，2014年出现蓝光LED，主要用于LED领域；射频领域中，以SiC为衬底材料；功率器件中，由于成本敏感，且注重实用和美观，主要以Si衬底为主，2020年快充市场发展。

在军事领域中，GaN基微波功率器用于雷达、电子对抗、导弹和无线通信；在民用和商业领域，主要用于基站、卫星通信、有线电视、手机充电器等小家电，特别是各种快速充电领域。

缩小代差，弯道超车

从SIC、GaN下游应用来看，第三代半导体几乎可以覆盖我国关键领域的应用，第三代半导体行业目前整体处于产业化起步阶段，相较于第一代、第二代半导体尚处于发展初期，国内和国际巨头基本处于同一起跑线。

虽然国际大厂起步早，还不断加速在SiC领域的布局，持续推动碳化硅材料的市场渗透率加速，并加速抢占碳化硅晶片市场份额。而且国内本土SiC厂家在与国外同行相比仍有一定差距，但仍有希望能够迎头赶上。

因为第三代半导体核心难点在材料制备，其他环节可实现国产化程度非常高。而且我国未来5年发展规划中，已经将科技创新从企业主导升级为国家主导，无论是政策还是资金支持有望在现有基础上进一步提升，故此研发进度有望快速提升。

值得注意的是，第三代半导体对比此前两代建厂资本支出更低。因为第三代半导体工艺产线对工艺尺寸要求不高，从而对设备要求低，所以第三代半导体工厂的投资额度大约只有第一代硅基半导体的五分之一。况且MOCVD领域我国有国际一线设备厂商，览富财经网曾对此领域优质企业中微公司（688012）专题跟进，另外还有北方华创（002371）等。

另外，结合我国对半导体企业各项扶持力度持续提升，国内第三代半导体产业未来5年快速发展的确定性较强。而且第三代半导体整体市场空间较为充足，相对处于蓝海赛道。

据Omdia的《2020年SiC和GaN功率半导体报告》，到2020年底，全球SiC和GaN功率半导体的销售收入预计8.54亿美元。未来10年有可能保持年均两位数的增长率，到2029年将超过50亿美元。

根据Yole数据，到2024年SiC功率半导体市场规模将增长至20亿美元，其中汽车市场占SiC功率半导体市场比重到2024年预计将达50%。

而且我国作为全球唯一拥有666个小类的完整工业体系的国家，有能力为第三代半导体应用提供充足空间。这意味着我们可以根据市场定义产品，而不是像以前一样跟着国际巨头做国产化替代，即有希望实现弯道超车。

尤为重要的一点，如前所述，第三代半导体生产难点不在设备，而是逻辑电路设计。我国IC设计领域已经涌现出以华为海思为代表的优质企业，有能力和国际头部企业一较高下，伴随第三代半导体研制进程提速，我国半导体产业有望在2021年开始迎来抬头仰望苍穹的那一天。