第三代半導(dǎo)體技術(shù)競爭白熱化
碳化硅、氮化鎵已趨于成熟
碳化硅(SiC) 氮化鎵(GaN) 除SiC、GaN外,第三代半導(dǎo)體還包括眾多其他材料,包括III族氮化物(AlN、InGaN、InAlN、AlGaN、AlInGaN等)、氧化物半導(dǎo)體(包括ZnO, CaTiO3, IGZO, β-Ga2O3 ,TiO2)以及金剛石半導(dǎo)體等。碳化硅基氮化鎵技術(shù)開始的,它在20多年前即已推出,現(xiàn)已成為RF功率應(yīng)用方面LDMOS和GaAs的有力競爭者。碳化硅基、氮化鎵打頭,硅基氮化鎵緊跟,硅基氮化鎵除了軍用雷達(dá)領(lǐng)域的深度滲透,它還是華為、諾基亞、三星等電信原始設(shè)備制造商(OEM)5G大規(guī)模MIMO基礎(chǔ)設(shè)施的首選。 增速方面,第三代半導(dǎo)體在功率器件的增速和體量都要大于微波射頻。微波領(lǐng)域在2020年已經(jīng)達(dá)到頂峰,因?yàn)?G建設(shè)的放緩,今年可能會(huì)有所下滑。故此推測,第三代半導(dǎo)體真正的應(yīng)用領(lǐng)域還是在功率器件或者電力電子器件,市場滲透主要包括新能源汽車和光伏逆變器。 第三代半導(dǎo)體仍是個(gè)新興技術(shù),全球市場處于初期階段。第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈主要包含襯底、外延材料、器件設(shè)計(jì)、制造、模塊和應(yīng)用這幾個(gè)環(huán)節(jié)。外延與器件設(shè)計(jì)方面,由于技術(shù)相對(duì)簡單,門檻不高,目前國內(nèi)外差距較??;而器件制造則是另一個(gè)差距較大的方面,國外由于發(fā)展較早,在制造的過程中累積了大量的產(chǎn)業(yè),其產(chǎn)品擁有較高的良率和可靠性。 國內(nèi)第三代半導(dǎo)體器件已經(jīng)迅速進(jìn)入了新能源汽車、光伏逆變、5G 基站、PD 快充等應(yīng)用領(lǐng)域,碳化硅主要應(yīng)用在新能源汽車和工控等領(lǐng)域,氮化鎵器件主要應(yīng)用在5G基站等領(lǐng)域。2020 年我國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)電力電子和射頻電子總產(chǎn)值超過 100 億元,同比增長 69.5%。其中,SiC、GaN 電力電子產(chǎn)值規(guī)模達(dá) 44.7 億元,同比增長 54%;GaN 微波射頻產(chǎn)值達(dá)到 60.8億元,同比增長 80.3%。
在我國政策力度的帶動(dòng)下,國內(nèi)第三代半導(dǎo)體材料的主流企業(yè)積極布局,市場容量擴(kuò)大且產(chǎn)業(yè)鏈合作水平不斷提高。中電科55所已是國內(nèi)少數(shù)從4-6寸碳化硅外延生長、芯片設(shè)計(jì)與制造、模塊封裝領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)單位。而泰科天潤已經(jīng)量產(chǎn)SiC SBD,產(chǎn)品涵蓋600V/5A~50A、1200V/5A~50A和1700V/10A系列。深圳基本半導(dǎo)體則擁有3D SiC技術(shù),推出了1200V SiC MOSFET產(chǎn)品。瀚薪獨(dú)創(chuàng)集成型碳化硅JMOSFET結(jié)構(gòu)技術(shù),推出全球唯一量產(chǎn)的SiC JMOS產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)了碳化硅的DMOSFET和JBS(肖特基二極管)的芯片內(nèi)集成。另外值得關(guān)注的是,近年來,SiC晶片作為襯底材料的應(yīng)用正在逐步走向成熟,成本呈現(xiàn)明顯下降趨勢,具備了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)。