宽禁带半导体行业深度：碳化硅与氮化镓的兴起与未来-20191021-中泰证券-31页_2mb

宽禁带半导体行业深度：SiC与GaN的兴起与未来

核心内容

宽禁带半导体（SiC与GaN）作为第三代半导体材料，正在逐步取代传统硅（Si）材料，成为新能源汽车、5G通信等新兴领域的关键材料。SiC与GaN在性能上具备显著优势，包括更高的功率密度、更低的损耗、更高的工作频率以及更强的耐高温高压能力。随着技术进步和成本下降，SiC与GaN正迎来快速增长的光明期。

主要观点

• SiC的优势：SiC在高功率、高温、高频等场景下表现优异，尤其适用于新能源汽车的功率控制单元（PCU）、逆变器、DC-DC转换器等。
• GaN的优势：GaN在射频和电力电子领域表现突出，适合5G通信、消费电子快充等中低功率场景。
• 行业格局：全球SiC与GaN市场主要由欧美日企业主导，国内企业在衬底、外延、器件制造等环节逐步涉足，但整体仍处于早期阶段。
• 投资建议：重点关注已布局SiC与GaN研发的A股企业，包括三安光电、扬杰科技、捷捷微电等。

关键信息

1. SiC材料特性与应用

• 性能优势：SiC具备高击穿电场、高电子迁移率、高热导率，可显著降低能量损耗，实现更高效、更小型化、更耐高温高压的器件。
• 市场应用：主要应用于新能源汽车、光伏、风电、轨道交通等领域，预计2023年市场规模将超过15亿美元。
• 产业链：包括衬底、外延、器件制造等环节，目前6英寸SiC衬底已实现量产，8英寸衬底正在开发中。
• 代表企业：
  • Cree：全球SiC龙头，Wolfspeed是其核心业务，提供SiC和GaN器件及代工服务。
  • 英飞凌：提供SiC和GaN全系列功率产品，已掌握CoolSiC技术。
  • ROHM：日本领先的SiC器件制造商，计划2025年产能提升至2017年的16倍。
  • 国内企业：如三安集成、中电科55所、泰科天润等，已初步布局SiC产业链，具备一定的技术能力。

2. GaN材料特性与应用

• 性能优势：GaN具备高功率密度、高效率、高频率等特性，适用于射频与电力电子领域。
• 市场应用：主要应用于5G基站、消费电子快充、无线充电、无人机电源等。
• 产业链：包括GaN衬底、外延、器件设计与制造，目前以IDM模式为主，但正逐步出现分工。
• 代表企业：
  • Macom：全球领先的硅基GaN射频器件制造商，产品覆盖基站、通信、工业和国防。
  • Transphorm：专注于GaN器件，产品已通过JEDEC和AEC-Q101认证，适用于汽车领域。
  • 苏州能讯：国内GaN器件企业，已实现2000V高压器件、基站功放芯片等产品的量产。
  • 三安集成：提供GaN RF与Power代工服务，是国内稀缺的宽禁带半导体代工企业，具备完整产业链布局。

3. 投资建议

• 关注企业：三安光电、扬杰科技、捷捷微电。
• 三安光电：作为LED龙头，已布局SiC与GaN制造，具备完整的化合物半导体平台，有望在宽禁带领域延续其在LED产业的竞争力。
• 扬杰科技与捷捷微电：国内功率半导体企业，已在SiC功率器件研发上有所布局。

4. 风险提示

• 技术发展不及预期：SiC与GaN仍处于早期阶段，技术成熟度不足。
• 下游需求放缓：新能源汽车和5G推进不及预期可能影响SiC与GaN的应用速度。
• 成本控制不及预期：若成本下降速度不如预期，将限制其大规模应用。
• 国内企业面临竞争压力：多数关键技术仍掌握在国外企业手中，国内企业可能受到挤压。

结构清晰总结

SiC与GaN的兴起背景

• SiC与GaN作为第三代宽禁带半导体材料，弥补了传统Si材料在高频、高压、高功率等领域的不足。
• 随着5G、新能源汽车等新兴市场的出现，SiC与GaN在性能和成本上的优势使其成为替代Si的首选材料。

SiC的性能与应用

• 性能优势：
  • 降低电能转换过程中的能量损耗。
  • 更容易实现小型化，尺寸仅为Si的1/10。
  • 更耐高温，本征温度可达800℃。
• 应用市场：
  • 新能源汽车（EV/HEV）：PCU、逆变器、DC-DC、车载充电器。
  • 其他领域：光伏、风电、轨道交通等。
• 市场增长：
  • 2017~2023年，SiC功率器件市场复合增长率达31%。
  • 2022年，电动车用SiC市场规模预计达到24亿美元。

GaN的性能与应用

• 性能优势：
  • 高功率密度与高频率，适合中低功率场景。
  • 高效率、低损耗，可实现小型化与轻量化。
• 应用市场：
  • 射频领域：5G基站、雷达、卫星通信等。
  • 电力电子领域：快充、无线充电、逆变器等。
• 市场增长：
  • GaN RF市场预计在2023年达到13亿美元。
  • GaN在0~900V电压范围内具备较大应用潜力。

产业链分析

• SiC产业链：
  • 衬底：欧美日企业主导，6英寸已实现量产，8英寸正在开发。
  • 外延：国内瀚天天成、东莞天域等企业可提供4~6英寸SiC外延片。
  • 器件制造：Cree、英飞凌、ROHM等企业已实现产业化，国内企业如三安集成、中电科55所等也逐步进入。
• GaN产业链：
  • 衬底：以2~3英寸为主，4英寸已商用，8英寸正在推进。
  • 外延：主要采用GaN-on-Si、GaN-on-SiC等工艺，国内苏州能讯、三安集成等企业已实现量产。
  • 器件制造：以IDM模式为主，Macom、Transphorm等海外企业领先，国内企业正逐步跟进。

投资建议

• A股企业：三安光电、扬杰科技、捷捷微电。
• 三安光电：具备完整的宽禁带半导体平台，有望在SiC与GaN领域延续竞争力。
• 扬杰科技与捷捷微电：国内功率半导体企业，已布局SiC功率器件。

风险提示

• 技术进步不及预期。
• 下游需求（如新能源汽车、5G）推进不及预期。
• 成本下降不及预期。
• 国内企业面临海外企业的技术与市场挤压。

总结

宽禁带半导体（SiC与GaN）在性能和成本上优于传统Si材料，随着5G、新能源汽车等行业的快速发展，其应用前景广阔。目前全球SiC与GaN产业链仍处于起步阶段，国内企业虽有所布局，但整体仍处于早期研发阶段。建议重点关注已投入大量资源并取得一定成果的A股企业，如三安光电、扬杰科技、捷捷微电等。然而，行业仍面临技术、成本、市场需求等多重风险，需谨慎评估。