第三代半導體材料市場分析

第三代半導體行業是指基于新型材料和技術的半導體產品，具有更高的性能和更低的功耗，有望在多個領域取得突破性的應用。在當前全球科技發展的背景下，第三代半導體行業市場具有巨大的潛力和發展空間。

半導體產業發展至今經歷了三個階段，第一代半導體材料以硅（Si）為代表，以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代半導體材料和以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO）等寬禁帶為代表的第三代半導體材料。相較前兩代產品，第三代半導體的性能優勢非常顯著且受到業內廣泛好評。

以GaN、SiC為代表的第三代半導體材料最大的優點在于能夠適應高壓，高頻和高溫的極端環境，性能大幅提升。由于SiC和GaN的禁帶寬度遠大于Si和GaAs，相應的本征載流子濃度小于Si和GaAs，寬禁帶半導體的最高工作溫度要高于第一、第二代半導體材料。擊穿場強和飽和熱導率也遠大于Si和GaAs。因此，它們是5G時代基站建設的理想材料。

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碳化硅襯底技術壁壘高，為價值鏈條核心環節。碳化硅器件的生產流程與硅基器件基本一致，包括襯底制備、外延 生長、晶圓制造以及封裝測試等環節，但碳化硅器件價值量存在倒掛，其成本主要集中在襯底和外延，根據CASA數據，兩者占成本比例合計70%。其中，襯底制造技術壁壘最高，成本占比高達47%，是最核心環節。

國際層面，全球碳化硅器件市場格局仍由海外巨頭主導。2021年全球導電型碳化硅功率器件市場規模為10.90億美元，市場份額由海外巨頭意法半導體、Wolfspeed、羅姆、英飛凌、三菱電機、安森美等廠商壟斷，全球TOP 6占據99%的市場份額。

在2023年，從市場規模上看，第三代半導體行業市場正在快速增長。全球SiC 產業格局呈現美國、歐洲、日本三足鼎立態勢。其中美國全球獨大，居于領導地位，占有全球SiC產量的70%~80%；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應用產業鏈，在全球電力電子市場擁有強大的話語權；日本則是設備和模塊開發方面的絕對領先者。中國由于在LED 方面已經接近國際先進水平，為第三代半導體在其它方面的技術研發和產業應用打下了一定的基礎。

有消息預測，2028年中國市場市場規模將達到583.17億元，2023年到2028年復合增長率為30.83%，隨著市場的之間飽和，增速有所下降，但整體市場規模依然穩定持續增長。

由于第三代半導體產品具有更低的功耗、更高的工作頻率和更穩定的性能，能夠滿足人們對于高速通信、人工智能、物聯網等新興領域的需求。且在傳統半導體市場飽和的背景下，第三代半導體產品的出現也將為行業帶來新的增長點。

從發展趨勢上看，第三代半導體行業市場呈現出以下幾個特點。首先，新材料的研發和應用成為行業的核心競爭力。當前，氮化鎵、碳化硅等材料已經成為主流，但仍然存在著性能和成本等方面的局限性。因此，新材料的研發和應用將是行業發展的重要方向。其次，技術創新推動市場進一步擴大。隨著半導體技術的不斷突破，第三代半導體行業市場將進一步擴大，涉及到更多的應用領域。再次，國際競爭日益激烈。隨著全球范圍內對于科技創新的重視程度不斷提高，第三代半導體行業面臨著來自國內外企業的激烈競爭。

2026年全球導電型SiC襯底市場規模將達16億美元。2019年全球導電型SiC 襯底市場規模達2.3億美元，受新能源汽車等下游領域的持續景氣，預計2026年將增長至16.2億美元，2019-2026年年復合增長率達32%。2026 年全球半絕緣型SiC襯底市場規模將達4億美元。2019 年全球半絕緣型SiC 襯底市場規模達1.5億美元，受益于5G滲透加速以及全球地緣政治動蕩，預計2026年將增長至4.3億美元，2019-2026 年年復合增長率達16%。

2027年全球車用SiC 功率器件市場規模有望達50億美元。考慮到未來新能源汽車存在續航里程以及充電效率提升的需求，SiC功率器件滲透率將進一步提升，市場規模也有望從2021年的7億美元增加至2027 年的50億美元，2021-2027 年年復合增長率將達到39%，其中，逆變器為主要應用領域，2027 年全球市場規模將達46億美元，OBC 和DC/DC分別為3.4億美元和0.6億美元。

中國發展狀況

目前中國第三代半導體需求遠大于供給。2022年中國對第三代半導體的需求為28.16億個，而產量只有2.66億個，需求缺口巨大，常年進口大量第三代半導體。隨著技術的進步和成熟，第三代半導體的單價逐漸降低，2022年單價為3.97元每個，預計在將來技術的完善和產品的迭代，第三代半導體單價將會持續走低。

中國開展SiC、GaN 材料和器件方面的研究工作比較晚，與國外相比水平較低，阻礙國內第三代半導體研究進展的重要因素是原始創新問題。國內新材料領域的科研院所和相關生產企業大都急功近利，難以容忍長期“只投入，不產出”的現狀。因此，以第三代半導體材料為代表的新材料原始創新舉步維艱。

半導體行業的產業鏈上游支撐產業、中游制造產業以及下游應用產業構成，其中上游支撐產業主要有半導體材料和設備構成。半導體材料是指電導率介于金屬和絕緣體之間的材料，半導體材料是制作晶體管、集成電路、光電子器件的重要材料。半導體材料主要應用在晶圓制造和芯片封測階段。在半導體材料市場構成方面，大硅片占比最大，占比為32.9%，其次為氣體，占比為14.1%，光掩膜排名第三，占比為12.6%，其后分別為拋光液和拋光墊、光刻膠配套試劑、光刻膠、濕化學品、建設靶材，占比分別為7.2%、6.9%、6.1%、4% 和3%。

由于半導體材料領域高端產品技術壁壘高，而中國企業長期研發和累計不足，中國半導體材料在國際中處于中低端領域。中國大部分產品的自給率較低，主要是技術壁壘較低的封裝材料，而晶圓制造材料主要依靠進口。目前，中國半導體材料企業集中在6 英寸以下的生產線，少量企業開始打入8 英寸、12 英寸生產線。

目前，我國“十四五”規劃已將碳化硅半導體納入重點支持領域，隨著國家“新基建”戰略的實施，碳化硅半導體將在5G基站建設、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心等新基建領域發揮重要作用。

以氮化鎵、碳化硅等為代表的第三代半導體材料是微波射頻、功率電子、光電子的“核芯”，滿足國防安全、信息安全、智能制造、節能減排、產業升級等國家重大戰略需求。大力發展碳化硅產業，可引領帶動原材料與設備兩個千億級產業，將助力我國加快向高端材料、高端設備制造業轉型發展的步伐。

中國碳化硅產業鏈下游應用領域主要為汽車、LED及射頻器件、能源、工業、電信及基礎設施領域，根據數據顯示，碳化硅在LED及射頻器件及汽車領域占比較重，占比分別為39.49%、36.30%。能源領域占比為8.50%、工業領域占比為6.97%、電信及基礎設施領域占比為5.73%、其它領域占比為 3.01%。

中國是全球最大的電動汽車市場，電動汽車的廣泛推廣促使碳化硅在電動汽車動力電子領域的需求迅速增長。中國在太陽能和風能領域也取得了顯著進展，碳化硅作為關鍵材料在太陽能電池和風力發電設備中得到廣泛應用。隨著中國制造業的不斷發展，碳化硅在冶金、化工、半導體制造等工業領域中的應用也在增加。根據數據顯示，中國碳化硅行業市場規模呈現快速上漲態勢，2022年中國碳化硅市場規模約為43.45億元，產值約為20.43億元。中國碳化硅行業主要分布在華東、華南等發達地區，占比分別為32.78%、16.74%。

未來，我國將以技術和產品發展相對成熟的SiC、GaN材料為切入點，迅速做大第三代半導體產業規模。聚焦材料、外延、芯片、器件、封裝、設備和應用等第三代半導體產業鏈重點環節，加強產學研聯合，以合資、合作方式培育和吸引高水平企業，促進產業集聚和產業鏈協同，推動第三代半導體在電力電子、微波電子和半導體照明等領域的應用，打造第三代半導體產業發展高地。

（本文來源于《EEPW》2024.4）