2022年第三代半导体行业研究报告

2024-10-21 成品

国内SiC商业化衬底以4英寸为主，逐步向6英寸过渡，微管密度小于1个／cm2，实现95％的衬底可用面积，位错约在1×103／cm2，较上年有所进步。研发水平上，实现了高质量6英寸SiC衬底材料的制备，微管密度为0．5个／cm2，螺位错密度为1200个／cm2。但也要认识到，国内SiC衬底单晶质量与国外差距明显，存在单晶性能一致性差、成品率低、成本高等问题，国产高性能衬底自给率仍然较低，占全球的市场占有率不到5％。

衬底尺寸成为影响器件成本的主要的因素，其技术进展将直接影响器件商业化进程。在减少相关成本和市场需求等多重因素影响下，SiC衬底尺寸将持续扩大，“十四五”时期我国将推进6英寸衬底规模化量产，突破8英寸衬底关键技术，减少相关成本，提高自给率。国内能批量生产SiC单晶衬底的公司包括天科合达、山东天岳、烁科晶体、同光晶体、中科钢研、南砂晶圆、福建北电新材料、世纪金光、中电化合物、江苏超芯星等公司。

SiC外延方面，国内已实现4－6英寸商业化产品供给，能够完全满足3．3kV及以下功率器件制备需求，而超高压（＞10kV）SiC功率器件所需的N型SiC外延片以及双极型SiC功率器件所需的P型SiC外延片等方面还处于研究阶段。研发水平方面，已经实现厚度大于200μm外延生长，掺杂浓度小于1×1013／cm3，在5×1018／cm3量级掺杂浓度均匀性＜6％。瀚天天成、东莞天域是专注于SiC外延片生产销售的企业，其产品除满足国内市场需求外，还有部分外销能力。中电科55所、中电科13所具备SiC外延生产能力，但主要是自用。

现阶段已商业化的SiC产品大多分布在在650V－1700V电压等级，3300V以上电压等级器件尚处于工程样品阶段，基本的产品是SiC二极管和晶体管，SiC IGBT器件还在研发当中。国内以4／6英寸小规模量产线／中试线为主。

SiC二极管实现650V－1700V全系列批量供货能力，导通电流最高50A。泰科天润已经发布3300V／0．6A－50ASiC二极管系列产品。

国内SiC功率模块量产产品电压等级650V－1700V，其中比亚迪产品慢慢的开始实现上车应用。CASA Research据公开公布消息统计，目前正在推进布局的企业包括华微电子、士兰微、江苏宏微、斯达半导体、中恒微等。

国内商业化的GaN衬底尺寸以2英寸为主，4英寸实现小批量出货，预计2025年前完成6英寸衬底的批量生产并进入市场。主要企业包括苏州纳维和东莞中镓等公司，苏州纳维2英寸GaN单晶衬底厚度300±15μm，位错密度104cm－2－5×106cm－2，电阻率0．01－108Ω·cm，综合指标达到国际先进水平。

GaN电力电子应用方面，Si基GaN外延片主流尺寸为6英寸，英诺赛科率先实现8英寸GaN－on－Si外延材料及晶圆制造大规模量产，外延材料的均匀性小于1％。

GaN射频应用方面，SiC基GaN外延片主流尺寸为4英寸，并逐步向6英寸发展，代表企业中电科13所、55所、三安集成、苏州能讯等。

GaN光电子应用方面，LED照明市场以及UVA紫外LED用蓝宝石基GaN外延片主流尺寸为4英寸，主要企业有三安光电、华灿光电、乾照光电等，UVB／UVC紫外LED用蓝宝石基GaN外延片主流尺寸为2英寸，主要企业有中科潞安、圆融光电等；Mini／Micro－LED用Si基GaN外延片实现8英寸材料产业化，代表企业有晶湛半导体、晶能光电等；蓝／绿光激光器GaN基GaN外延片主流尺寸2英寸，国内企业目前还未实现产业化。

国内实现650V产品，主要为分立器件，慢慢的开始批量应用，但导通电阻较高、系统集成度较低，与国际水平存在一定差距；低压产品处于应用推广阶段。代表企业有英诺赛科、赛微电子、能华微电子等。

2020年，GaN电力电子器件在PD快充领域的应用具有战略性意义，说明GaN电力电子器件得到PD快充领域的认可，相关器件产品快速渗透。国内企业如英诺赛科、氮矽科技、芯冠科技、东科半导体、苏州量微、聚能创芯、能华微电子相继推出用于PD快充的GaN模块产品。但GaN电力电子器件尚未在新能源汽车领域取得实质进展。相比较而言，国内GaN企业可参考国外企业的市场策略，先选择准入门槛较低的消费类领域，对材料、器件和工艺、封装等产业链进行充分的验证，循序渐进推进GaN在更广阔范围的应用市场。因此，建议首先布局消费类电源市场，如PD快充、LED驱动电源等；然后切入工业类电源，如数据中心；最后进入可靠性要求比较高的新能源汽车市场。

对于SiC基GaN工艺，国内主流尺寸为4英寸，工作频段DC6GHz，输出功率10－700W，代表企业主要有中电科13所、中电科55所、苏州能讯、三安集成等。

对于Si基GaN工艺，国内代表企业为四川益丰（OMMIC），其Si基工艺线GHz），截止频率达110／160GHz（fT／fmax）。英诺赛科正在开发8英寸Si基GaN射频器件工艺。

LED芯片国产化率已超越80％；南昌大学江风益团队利用V坑解决黄光鸿沟难题，黄光LED芯片发光效率达到27．9％，世界领先；发光波长在UVA波段（320nm－400nm）的紫外LED已有成熟的商业化产品并能满足应用的需求，外量子效率已超过40％；发光波长在UVC波段（280nm）的深紫外LED产品的外量子效率约5％，研发水平在350mA下光输出功率达到89．6mW；紫外单光子探测器探测效率和暗计数噪音达到国际领先水平。

随着Mini－LED技术快速突破，成本迅速下降，在超高清电视、高阶显示器等市场需求拉动下，Mini－LED背光和显示市场开始起量，其中Mini背光产业链上中下游协作成果斐然，2020年Mini－LED背光产品密集发布，如海信、康佳、华硕、TCL等，规模商业化已经开启；Mini直显芯片技术基本成熟，器件性价比不断的提高，全面推动了Mini－LED显示在专业显示、商业显示和租赁市场的产业化进程。

Micro－LED作为下一代显示技术的重要技术路线，因其在消费类电子市场的广阔应用空间，得到LED行业及显示行业的格外的重视，从关键装备到芯片、封装、驱动、应用系统，国内企业也进行了全面布局。

中国半导体行业协会于1990年11月17日成立，是由全国半导体界从事集成电路、半导体分立器件、半导体材料和设备的生产、设计、科研、开发、经营、应用、教学的单位及其它相关的企、事业单位自愿参加的、非营利性的、行业自律的全国性社会团体。协会宗旨是依照国家的宪法、法律、法规和政策开展本行业的各项活动；为会员服务，为行业服务，为政府服务；在政府和会员单位之间发挥桥梁和纽带作用；维护会员单位和本行业的合法权益，促进半导体行业的发展。

第三代半导体国防战略意义重大，《瓦森纳协定》严格禁运和封锁，本地化势在必行。第三代半导体材料为宽禁带半导体，除了在新能源汽车、光伏、轨道交通等民用领域有广阔应用外，第三代半导体在国防领域有重要应用，是有源相控阵雷达、毫米波通信设施、激光武器、“航天级”固态探测器等军事装备中的核心组件，2008年《瓦森纳协定》就对国内第三代半导体材料来了明确的限制，部分西方发达国家作为协定成员国对我国实施严格禁运。除了最先进的设备以外，华裔工程师也很难进入欧美等知名半导体公司的核心部门，相关并购也会受到西方发达国家的严格审查，以防技术泄露，国内产业高质量发展必须靠独立自主。

国家顶层规划已经出台，地方支持政策相继落地，十四五期间第三代半导体将迎来大发展时代。2021年3月，《中华人民共和国国民经济与社会持续健康发展第十四个五年规划和2035年远大目标纲要》发布，其中明白准确地提出要全力发展碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体产业。目前，在国家十四五产业规划的基础上科技部、工信部等重要部委，已相继出台细则文件，全力支持第三代半导体材料产业高质量发展，从国家层面指明了第三代半导体产业支持方向。此外，继国家顶层政策落地后，目前，北京、上海、广东、湖南、山东等国内主要省市均出台了有关政策支持碳化硅等第三代半导体产业高质量发展的配套政策，在政策全力支持下，十四五期间有望成为国内第三代半导体产业大步发展的时代。