第三代半导体材料市场分析
第三代半导体行业是指基于新型材料和技术的半导体产品，具有更高的性能和更低的功耗，有望在多个领域取得突破性的应用。在当前全球科技发展的背景下，第三代半导体行业市场具有巨大的潜力和发展空间。
半导体产业发展至今经历了三个阶段，第一代半导体材料以硅（Si）为代表，以砷化镓（GaAs）为代表的第二代半导体材料和以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）等宽禁带为代表的第三代半导体材料。相较前两代产品，第三代半导体的性能优势非常显著且受到业内广泛好评。
以GaN、SiC为代表的第三代半导体材料最大的优点在于能够适应高压，高频和高温的极端环境，性能大幅提升。由于SiC和GaN的禁带宽度远大于Si和GaAs，相应的本征载流子浓度小于Si和GaAs，宽禁带半导体的最高工作温度要高于第一、第二代半导体材料。击穿场强和饱和热导率也远大于Si和GaAs。因此，它们是5G时代基站建设的理想材料。
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碳化硅衬底技术壁垒高，为价值链条核心环节。碳化硅器件的生产流程与硅基器件基本一致，包括衬底制备、外延 生长、晶圆制造以及封装测试等环节，但碳化硅器件价值量存在倒挂，其成本主要集中在衬底和外延，根据CASA数据，两者占成本比例合计70%。其中，衬底制造技术壁垒最高，成本占比高达47%，是最核心环节。
国际层面，全球碳化硅器件市场格局仍由海外巨头主导。2021年全球导电型碳化硅功率器件市场规模为10.90亿美元，市场份额由海外巨头意法半导体、Wolfspeed、罗姆、英飞凌、三菱电机、安森美等厂商垄断，全球TOP 6占据99%的市场份额。
在2023年，从市场规模上看，第三代半导体行业市场正在快速增长。全球SiC 产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大，居于领导地位，占有全球SiC产量的70%~80%；欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链，在全球电力电子市场拥有强大的话语权；日本则是设备和模块开发方面的绝对领先者。中国由于在LED 方面已经接近国际先进水平，为第三代半导体在其它方面的技术研发和产业应用打下了一定的基础。
有消息预测，2028年中国市场市场规模将达到583.17亿元，2023年到2028年复合增长率为30.83%，随着市场的之间饱和，增速有所下降，但整体市场规模依然稳定持续增长。
由于第三代半导体产品具有更低的功耗、更高的工作频率和更稳定的性能，能够满足人们对于高速通信、人工智能、物联网等新兴领域的需求。且在传统半导体市场饱和的背景下，第三代半导体产品的出现也将为行业带来新的增长点。
从发展趋势上看，第三代半导体行业市场呈现出以下几个特点。首先，新材料的研发和应用成为行业的核心竞争力。当前，氮化镓、碳化硅等材料已经成为主流，但仍然存在着性能和成本等方面的局限性。因此，新材料的研发和应用将是行业发展的重要方向。其次，技术创新推动市场进一步扩大。随着半导体技术的不断突破，第三代半导体行业市场将进一步扩大，涉及到更多的应用领域。再次，国际竞争日益激烈。随着全球范围内对于科技创新的重视程度不断提高，第三代半导体行业面临着来自国内外企业的激烈竞争。
2026年全球导电型SiC衬底市场规模将达16亿美元。2019年全球导电型SiC 衬底市场规模达2.3亿美元，受新能源汽车等下游领域的持续景气，预计2026年将增长至16.2亿美元，2019-2026年年复合增长率达32%。2026 年全球半绝缘型SiC衬底市场规模将达4亿美元。2019 年全球半绝缘型SiC 衬底市场规模达1.5亿美元，受益于5G渗透加速以及全球地缘政治动荡，预计2026年将增长至4.3亿美元，2019-2026 年年复合增长率达16%。
2027年全球车用SiC 功率器件市场规模有望达50亿美元。考虑到未来新能源汽车存在续航里程以及充电效率提升的需求，SiC功率器件渗透率将进一步提升，市场规模也有望从2021年的7亿美元增加至2027 年的50亿美元，2021-2027 年年复合增长率将达到39%，其中，逆变器为主要应用领域，2027 年全球市场规模将达46亿美元，OBC 和DC/DC分别为3.4亿美元和0.6亿美元。
中国发展状况
目前中国第三代半导体需求远大于供给。2022年中国对第三代半导体的需求为28.16亿个，而产量只有2.66亿个，需求缺口巨大，常年进口大量第三代半导体。随着技术的进步和成熟，第三代半导体的单价逐渐降低，2022年单价为3.97元每个，预计在将来技术的完善和产品的迭代，第三代半导体单价将会持续走低。
中国开展SiC、GaN 材料和器件方面的研究工作比较晚，与国外相比水平较低，阻碍国内第三代半导体研究进展的重要因素是原始创新问题。国内新材料领域的科研院所和相关生产企业大都急功近利，难以容忍长期“只投入，不产出”的现状。因此，以第三代半导体材料为代表的新材料原始创新举步维艰。
半导体行业的产业链上游支撑产业、中游制造产业以及下游应用产业构成，其中上游支撑产业主要有半导体材料和设备构成。半导体材料是指电导率介于金属和绝缘体之间的材料，半导体材料是制作晶体管、集成电路、光电子器件的重要材料。半导体材料主要应用在晶圆制造和芯片封测阶段。在半导体材料市场构成方面，大硅片占比最大，占比为32.9%，其次为气体，占比为14.1%，光掩膜排名第三，占比为12.6%，其后分别为抛光液和抛光垫、光刻胶配套试剂、光刻胶、湿化学品、建设靶材，占比分别为7.2%、6.9%、6.1%、4% 和3%。
由于半导体材料领域高端产品技术壁垒高，而中国企业长期研发和累计不足，中国半导体材料在国际中处于中低端领域。中国大部分产品的自给率较低，主要是技术壁垒较低的封装材料，而晶圆制造材料主要依靠进口。目前，中国半导体材料企业集中在6 英寸以下的生产线，少量企业开始打入8 英寸、12 英寸生产线。
目前，我国“十四五”规划已将碳化硅半导体纳入重点支持领域，随着国家“新基建”战略的实施，碳化硅半导体将在5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心等新基建领域发挥重要作用。
以氮化镓、碳化硅等为代表的第三代半导体材料是微波射频、功率电子、光电子的“核芯”，满足国防安全、信息安全、智能制造、节能减排、产业升级等国家重大战略需求。大力发展碳化硅产业，可引领带动原材料与设备两个千亿级产业，将助力我国加快向高端材料、高端设备制造业转型发展的步伐。
中国碳化硅产业链下游应用领域主要为汽车、LED及射频器件、能源、工业、电信及基础设施领域，根据数据显示，碳化硅在LED及射频器件及汽车领域占比较重，占比分别为39.49%、36.30%。能源领域占比为8.50%、工业领域占比为6.97%、电信及基础设施领域占比为5.73%、其它领域占比为 3.01%。
中国是全球最大的电动汽车市场，电动汽车的广泛推广促使碳化硅在电动汽车动力电子领域的需求迅速增长。中国在太阳能和风能领域也取得了显著进展，碳化硅作为关键材料在太阳能电池和风力发电设备中得到广泛应用。随着中国制造业的不断发展，碳化硅在冶金、化工、半导体制造等工业领域中的应用也在增加。根据数据显示，中国碳化硅行业市场规模呈现快速上涨态势，2022年中国碳化硅市场规模约为43.45亿元，产值约为20.43亿元。中国碳化硅行业主要分布在华东、华南等发达地区，占比分别为32.78%、16.74%。
未来，我国将以技术和产品发展相对成熟的SiC、GaN材料为切入点，迅速做大第三代半导体产业规模。聚焦材料、外延、芯片、器件、封装、设备和应用等第三代半导体产业链重点环节，加强产学研联合，以合资、合作方式培育和吸引高水平企业，促进产业集聚和产业链协同，推动第三代半导体在电力电子、微波电子和半导体照明等领域的应用，打造第三代半导体产业发展高地。
（本文来源于《EEPW》2024.4）
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