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第三代半导体火热背后

《科创板日报》（上海 ， 研究员何律衡）讯 ， 继小米快充引爆GaN市场后 ， 第三代半导体再次被推至聚光灯下——
本周五（4日） ， A股半导体板块逆市大涨 ， 其中 ， 第三代半导体相关个股涨幅居前 ， 露笑科技一字板涨停 ， 乾照光电午后拉升封板 ， 台基股份、扬杰科技、华灿光电、三安光电、斯达半导等涨幅居前 ， 截至收盘分别涨16.28%、10.41%、9.99%、8.03%、7.52% 。
第三代半导体火热背后
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消息面上 ， 据媒体消息 ， 中国正在规划将大力支持发展第三代半导体产业写入“十四五”规划之中 ， 计划在2021到2025年的五年之内 ， 在教育、科研、开发、融资、应用等等各个方面对第三代半导体发展提供广泛支持 。 下一个五年的经济战略包括向无线网络到人工智能等技术领域投入约1.4万亿美元 。
业界元老力挺第三代半导体背后玄机何在？
就在上月 ， 中芯国际创始人张汝京曾公开表示 ， 第三代半导体目前已成为主流 。 他强调 ， 第三代半导体的发展遵循的不是摩尔定律 ， 而是后摩尔定律 ， “它的线宽都不是很小的 ， 设备也不是特别的贵 ， 但是它的材料不容易做 ， 设计上要有优势 。 ”
据了解 ， 第三代半导体是指禁带宽度在2.3eV及以上的半导体材料 ， 目前比较成熟的有碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等 ， 适用于制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件 ， 其中 ， 功率半导体为其主要的应用领域 。
而第三代半导体火热的背后 ， 实质正是随着电动化浪潮席卷全球、5G等新一代通讯技术的快速发展 ， 功率半导体行业驶上了快车道 。
功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心 ， 是实现电子装置中电压、频率、直流交流转换等功能的核心部件 。 功率IC、IGBT、MOSFET、二极管是四种运用最为广泛的功率半导体产品 。
研究资料显示 ， 影响功率半导体器产品性能的主要有两方面因素：一是器件结构 ， 二是半导体材料 。 而第三代半导体材料由于在导热性能、高压击穿、电子饱和漂移速度等方面具有明显优势 ， 因而被业内认为是未来功率半导体的核心发展方向 。
其中 ， 氮化镓在高频电路中优势凸显 ， 是当前移动通讯中有力竞争者 ， 当前主要运用场景主要集中于基站端功率放大器、航空航天等军用领域 ， 同时也逐步走向消费电子领域 ， 其具有的高输出功率、高能效特性 ， 使其能在既定功率水平下能够做到更小的体积 ， 因此在电源快充产品中得以应用 。
【第三代半导体火热背后】而碳化硅材料物理性能优于硅等材料 ， 碳化硅单晶的禁带宽度约为硅材料禁带宽度的3倍 ， 导热率为硅材料的3.3倍 ， 电子饱和迁移速度是硅的2.5倍 ， 击穿场强是硅的5倍 ， 在高温、高压、高频、大功率电子器件具有不可替代的优势 。 随着碳化硅功率半导体在特斯拉Model3等高端车市场成功运用 ， 未来汽车领域将是碳化硅成长主要动力 。
第三代半导体火热背后
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根据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将从2018年的5.71亿美元增至8.54亿美元 。 未来十年的年均两位数增长率 ， 到2029年将超过50亿美元 。 其中 ， 得益于混合动力和电动汽车 ， 电源和光伏（PV）逆变器需求的增长 ， 预计到2021年 ， SiC＆GaNPower的收入将超过10亿美元 。
迭代慢、价格稳功率半导体有望抢占国产替代先机
不过 ， 从当前的全球竞争格局来看 ， 国产功率半导体要突出重围还有一段路要走 。 中银证券赵琦3月27日报告指出 ， 功率半导体行业在资金、技术、客户认证等方面壁垒较高 ， 当前在高端功率器件领域 ， 仍以美、日、欧龙头厂商为主导 。
需要注意的是 ， 相较于其他国产半导体在发展上很大程度上受制于设备、投资等因素 ， 功率半导体在国产替代的路上 ， 或许要走得稍微轻松一些 。
以目前主流的功率半导体IGBT为例 ， 华安证券分析师尹沿技7月6日报告指出 ， IGBT具有产品更新相对较慢 ， 价格也相对稳定的特点 。
资料显示 ， 从20世纪80年代至今 ， IGBT芯片仅经历了6代升级 ， 目前英飞凌定义的IGBT4代是市场主流 ， 已应用了十年以上 。 尹沿技认为 ， IGBT芯片新一代和老一代各有优势 ， 老一代损耗和面积等指标不一定好 ， 但是稳定性是经过长时间验证的 ， 相当一部分客户在新一代出来时候还选择使用老一代芯片 。
同时 ， IGBT产品的验证周期较长 ， 一般客户需要5-10年验证可靠性和应用端的问题 ， 从芯片设计到模组都需要很长时间技术积累以及在实际应用中不断调试 ， 注重资深工程师的经验积累 ， 因此迭代速度较慢 。
从供给端来看 ， IGBT行业巨头主要是德系和日系厂商 ， 风格相对比较保守 ， 不会激进扩张产能和打价格战 。 需求稳定且价格波动相对小 ， 即使在半导体整体需求不好的2019年 ， 英飞凌的收入仍创下新高达到80.3亿欧元（2018年75.99亿欧元） ， 因此产品价格也相对稳定 。
在此基础上 ， 叠加政策、资金、人才多方面的扶持 ， 国内功率半导体企业快速发展 ， 近年来已取得较大进步 ， 从低端市场开始逐步向车用等高端运用市场渗透 。 随着社会电气化的发展 ， 我国成为全球功率半导体最大消费市场 ， 国内孕育了一批功率半导体厂商 ， 并依托国内市场和政策切入市场 ， 加速功率半导体国产化替代的进程 。
据中银证券赵琦3月27日报告整理 ， 当前国内功率半导体企业及业务情况如下图所示：
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赵琦认为 ， 随着新能源汽车产业的发展、5G通讯到来 ， 功率半导体器件的需求将持续提升 。 在半导体国产化的大趋势下 ， 国内功率半导体企业有望迎来新的发展机遇 。
华安证券尹沿技进一步指出 ， 庞大的本土下游需求+国产替代浪潮下 ， 国内已经实现0->1突破的优秀IGBT公司 ， 将迎来未来5-10年1->N的黄金发展机遇期 。


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