第三代半导体时代来临，一文看懂半导体战略红利（上） - 联盟动态中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟

近年，「第三代半导体」在多个领域崭露头角，以SiC（碳化硅）、GaN（氮化镓）为主的第三代化合物半导体已然成为产业端、投资界及各地政府的宠儿，这得益于其自身优秀的物理特性及产业端的快速拉动。

华映资本作为中国最早专注于TMT、数字内容的私募股权基金之一，长期关注硬科技及企业服务领域的投资机会，看好第三代半导体产业链核心环节、代表性企业的发展前景。

本期华映洞察，将围绕第三代半导体材料的优异特性、市场前景、应用领域、行业现状，一起揭开「第三代半导体」的神秘面纱，共探投资机遇。

摘要

MERIDIAN

“风潮涌动”

第三代半导体投资的势与机

投资机遇

多个下游产业集中爆发，40-50%的应用市场将在中国，下游的爆发导致上游晶圆供不应求；性能及成本即将达到产业化甜蜜点，产品进入高速导入期；

不同于传统硅基IC的晶圆及芯片制造，第三代半导体材料及器件生产投资周期短，投资金额小，对高端设备依赖相对较弱，固定资产投资不大，更依赖于工艺和人，适合VC投资；

国内起步较晚，国家“十四五”政策大力支持，自主可控需求明确；国产替代空间巨大，尚未形成行业寡头。

看好的方向

6-8寸衬底、外延附加值高，占器件成本75%以上，工艺难度大，掌握核心技术的人才稀缺；

存在巨大的市场机会，国内企业处于同一起跑线，寡头格局并未形成。

看好的项目基因

倾向于有多年的第三代半导体从业经验的团队，具备国际化能力（20年+)；

上游材料或器件2年可以投产、产能过万片；

6-8寸衬底/外延量产经验或核心技术、扩径技术、一定的设备研发能力；

产品（样品）性能优异（良率、缺陷密度等），生产工艺水平处于国际前列。

关心的核心指标

生产成本及良率：涉及衬底/外延生长时间、生长温度、生长速度、每炉耗电量、每炉切片数量、硬度等；

参数指标：缺陷密度、TTV（总厚度偏差），BOW（弯曲度），WRAP（翘曲度），表面粗糙度，微管密度、电阻率，空洞及裂纹；

重点关注客户样品测试报告、产品一致性、客户评价、订单情况、客户数量和质量，送样/产品进展。

第三代半导体材料
物理特性优势突出

半导体指常温下导电与性能介于导体与绝缘体之间的材料。从应用普及的进程来划分，可分为第一代半导体材料、第二代半导体材料、第三代半导体材料等。

第一代半导体材料包括Si（硅）、Ge（锗）等，Si以优异性能、低廉价格及成熟的工艺，在大规模集成电路领域地位不可撼动；第二代半导体材料包括GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）等，GaAs主要运用于大功率发光电子器件和射频器件；第三代导体材料包括SiC、GaN等，GaN主要运用于光电器件和微波射频器件，SiC主要运用于功率器件。

网络公开数据，华映资本整理

三代半导体作为宽禁带半导体材料，具备诸多优异的物理特性。以SiC为例，相比传统的Si半导体材料，SiC拥有3倍的禁带宽度、3倍的热导率、近10倍的击穿场强、以及2倍的电子饱和漂移速率。其器件体积小、超高切换频率、超高电压工作、高温下器件稳定性高是制造高压、高温、抗辐照功率半导体器件的优良半导体材料，也是目前综合性能最好、产业化程度最高、技术最成熟的第三代半导体材料。

行业公开数据，华映资本整理

击穿电场高→耐高压、导通电阻低→小型化、可靠性强。理论上，相同耐压的器件，SiC的单位面积的漂移层阻抗可以降低到Si的1/300。

高电子饱和漂移速度→高频开关损耗小→提高转换效率。

禁带宽度大、导热系数高→耐高温→可在高温环境下稳定工作，减小散热设备面积。未来车企或将能够把两套水冷系统合二为一甚至直接采用风冷系统，这将大大降低HEV驱动系统的成本，同时空出更多的车身空间以装配更多的电子元器件。

第三代半导体应用前景广阔
拥抱巨大增量市场

新能源汽车领域

在功率等级相同的条件下，采用SiC器件可将电驱、电控等体积小型化，满足功率密度更高、设计更紧凑的需求，同时也能使电动车续航里程更长。

据罗兰贝格估算，预计2025年一台纯电动车中电子系统成本约为7030美元，较2019年的一台燃油车的3145美元大增3885美元。据StrategyAnalytics数据显示，纯电动汽车中功率半导体占汽车半导体总成本比重约为55%，远超传统能源汽车的21%。

特斯拉的Model3车型采用了以24个SiC-MOSFET为功率模块的逆变器，是第一家在主逆变器中集成全SiC功率器件的汽车厂商；目前全球已有超过20家汽车厂商在车载充电系统中使用SiC功率器件；此外，SiC器件应用于新能源汽车充电桩，可以减小充电桩体积，提高充电速度。

行业公开数据，华映资本整理

光伏领域

基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统10%左右，却是系统能量损耗的主要来源之一。

使用SiC-MOSFET或SiC-MOSFET与SiC-SBD结合的功率模块的光伏逆变器，转换效率可从96%提升至99%以上，能量损耗降低 50%以上，设备循环寿命提升50倍，延长器件使用寿命、降低生产成本。

中国目前是最大的光伏组件生产国，占全球产能72.3%。2026年全球太阳能光伏支架系统市场规模达到160亿美金。

另外，SiC在充电桩、大功率电器、轨道交通领域均有巨大应用前景。2023年，全球SiC功率器件市场规模将达到15亿美金，2019-2023年CAGR=21.8% 。

网络公开数据，华映资本整理

GaN方面，在射频和电力电子均有较大发展潜力。

GaN 器件有Si基和SiC基两种。GaN-on-Si主要应用于电力电子领域，用作高功率开关。GaN-on-SiC 主要应用于射频领域，主要得益于SiC的高导热率以及低RFloss，适用于功率较大的宏基站。

据Yole分析，预计2025年GaN射频器件在通信基建上的市场将达7.31亿美元，2019~2025年复合增速达14.88%，2025年整体市场规模达20亿美元，2019~2025年复合增速达12%。以我国5G基站市场为例，2020年我国5G基站达80万个，2023年预计小基站+微基站数量达到1.32亿个。

据拓璞产业研究院分析，预计2023年，我国5G基站建设需求GaN晶圆约45.3万片，对应4寸半绝缘SiC衬底片需求45.3万片，衬底和外延需求量持续增加。此外在快充领域，OPPO和小米等均发布GaN充电头，快充领域有望进入指数级爆发期，2023年市场规模将达到60亿美金。