20130825-兴业证券-宽禁带半导体_一个新时代的来临_38页_1mb

宽禁带半导体技术研究报告总结

核心内容

宽禁带半导体（WBG）作为第三代半导体材料，因其优异的性能，正逐渐取代传统半导体材料Si和GaAs，成为新一代电子技术的关键支撑。宽禁带半导体具有更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和漂移速率和更强的抗辐射能力，适用于高温、高频、大功率及抗辐射等极端环境。其在多个领域展现出巨大的应用潜力，包括军事、航空航天、新能源汽车、LED照明、通信和数据中心等。

主要观点

• 性能优势：宽禁带半导体材料在高温、高频、高功率和抗辐射方面表现突出，显著优于第一代和第二代半导体材料。
• 材料特性：第三代半导体主要包括SiC、GaN、ZnO和金刚石，其中SiC和GaN是目前最具商业化潜力的材料。
• 市场前景：宽禁带半导体市场正接近拐点，预计2015年市场规模将接近5亿美元，2020年有望达到20亿美元，相比2012年增长20倍。
• 应用领域：
  • 高温器件：SiC器件适用于650℃以上的高温环境，GaN适用于350℃。
  • 节能功率器件：可节能20%至92%，尤其在电机、新能源汽车和数据中心应用显著。
  • 高频微波器件：提高雷达效率，减少通信基站数量，提升数据传输速率。
  • 光电器件：GaN在LED照明领域占主导地位，使用SiC衬底的LED可降低电力损耗47%。
  • 抗辐射器件：SiC在航空航天设备中具有重要应用价值，可延长设备寿命并减少重量。
• 成本下降趋势：随着晶圆制造工艺的成熟和产能的提升，SiC和GaN器件价格有望大幅下降，市场应用将加速。

关键信息

1. 第三代半导体材料特性对比

2. SiC和GaN的应用差异

• SiC：适用于1200V以上的高压、大功率器件，具有更高的热导率和更成熟的技术，适用于航空航天、军用、电力电子等领域。
• GaN：适用于900V以下的中低压、高频器件，具有更高的电子迁移率和饱和速率，适合消费电子和LED照明。

3. 国内发展现状

• SiC晶圆制造：目前仅有天富热电（天科合达）、山东天岳和瀚天天成等少数企业具备生产能力。
• GaN外延片制造：方大集团、三安光电和华灿光电等公司具备一定的生产能力。
• 技术瓶颈：由于国外技术封锁，国内在SiC和GaN的晶圆制造方面仍面临技术挑战，尤其是在晶体生长和加工工艺上。

4. 国际领先企业

• Cree：全球SiC和GaN器件的领先者，拥有大量专利技术，产品广泛应用于LED和功率器件。
• 新日铁住金：日本公司，拥有SiC晶圆生产能力。
• 东芝：在硅基氮化钾和蓝宝石衬底GaN外延片方面有重要布局。

5. 国内政策支持

• 国家已将宽禁带半导体技术纳入重点发展战略，推动其在新能源、信息技术和国防军工等领域的应用。
• 科技部启动“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”国家科技重大专项，支持SiC和GaN器件的研发与产业化。

市场与技术发展预测

• 市场拐点：预计2015年宽禁带半导体市场将出现显著增长，市场规模接近5亿美元。
• 成本下降：随着制造工艺的改进，SiC和GaN器件价格有望下降至2012年的一半。
• 技术突破：国内企业正在逐步突破技术壁垒，形成自主知识产权，推动宽禁带半导体产业链的发展。

国内企业进展

• 天科合达：自主研发SiC晶体生长设备和工艺，已实现4英寸SiC晶圆小批量生产，具备出口能力。
• 山东天岳：依托国家重点实验室，掌握SiC技术，可生产4英寸SiC单晶衬底。
• 瀚天天成：主要生产3英寸和4英寸SiC外延晶片，用于SBD、MOSFET、BJT等器件。
• 方大集团：国内最早进军半导体照明产业，承担多项GaN相关科研项目，产品涵盖LED芯片和照明系统。

总结

宽禁带半导体技术正在引领电子行业的新时代，其在性能和应用范围上远超传统半导体材料。尽管国际领先企业占据主导地位，但国内企业在政策支持和技术突破方面已取得初步进展，未来有望在市场中占据一席之地。随着制造工艺的成熟和成本的下降，宽禁带半导体将在多个领域实现广泛应用，成为推动产业升级和节能减排的重要力量。