深度报告-20211026-天风证券-第三代半导体_新能源汽车+AIOT+5G撬动蓝海市场_碳中和引领发展热潮_80页_8mb

第三代半导体发展分析总结

核心内容概述

第三代半导体材料（如碳化硅SiC和氮化镓GaN）因其卓越的物理性能和广泛的应用前景，正成为推动新能源汽车、AIoT、5G等新兴领域发展的核心材料。在“碳达峰、碳中和”和后摩尔时代背景下，第三代半导体的市场潜力巨大，产业链正在快速发展，但整体供给仍显不足，需加快国产替代进程。

主要观点与关键信息

1. 下游应用推动第三代半导体发展

• 新能源汽车：SiC和GaN在快充装置、电机逆变器、充电桩等场景中具有显著优势，能提高能效、降低系统成本、提升续航能力。预计到2025年，仅新能源汽车板块将需要75万片等效SiC 6寸晶圆，快充部分需要67万片GaN晶圆。
• AIoT与光电器件：GaN在蓝光、紫光、紫外光等短波长光电器件领域有明显优势，是制造Micro-LED芯片的优选材料。
• 5G射频器件：GaN在高频、高功率领域表现优异，成为5G基站功率放大器的核心材料。未来6G通信对GaN需求将进一步提升。

2. 能源安全与绿色低碳发展

• 第三代半导体助力实现“碳达峰、碳中和”目标，提升光伏、风电、新能源汽车等领域的能源转换效率。
• 若全球数据中心全部采用GaN功率芯片，可减少30-40%的能源浪费，相当于节省100兆瓦时太阳能和减少1.25亿吨二氧化碳排放。

3. 后摩尔时代技术驱动

• 摩尔定律的边际效益递减，第三代半导体材料成为芯片性能提升的重要基石。
• SiC和GaN具备高击穿电场、高热导率、高电子迁移率等特性，适合高功率、高频、高温应用。

制造与成本分析

1. SiC材料特性与制备

• 物理性能优势：SiC的击穿电场强度是Si的3倍，热导率是Si的3倍，电子迁移率是Si的2倍，具备耐高温、低损耗、高效率等特性。
• 制备方法：主要采用物理气相传输法（PVT法）和液相生长法，生产难度高，成本高昂。

2. GaN材料特性与制备

• 物理性能优势：GaN的禁带宽度为3.4 eV，击穿电场为3.3 MW/cm，电子迁移率高，适合高频、高功率应用。
• 制备方法：主要使用HVPE（氢化物气相外延）和氨热法，GaN外延片成本高，但随着技术进步，成本正在逐步下降。

3. 成本趋势

• SiC和GaN的综合成本优势逐步显现，与Si基产品价差持续缩小，预计未来将实现显著的成本优势。
• 2020年SiC SBD价格较2017年下降超50%，GaN器件的市场规模预计在2022年突破11亿美元。

产业链发展与产能现状

1. 供给端

• SiC：截至2020年底，我国约有8条SiC制造产线，另有10条正在建设。2020年SiC导电型衬底产能约18万片（折合6英寸），外延片约22万片。
• GaN：我国有7条GaN-on-Si产线，4条正在建设；5条GaN-on-SiC射频产线，5条正在建设。总体产能增长迅速，但供给仍显不足。

2. 需求端

• 新能源汽车：预计2025年需75万片等效SiC 6寸晶圆，快充部分需67万片GaN相关晶圆。
• 光伏发电：SiC在逆变器中提高转换效率，有助于实现系统小型化和高效化。
• 数据中心：GaN可大幅降低能耗，提升整体效率。

产业竞争格局

1. 国际格局

• SiC：美国（如CREE）占据主导地位，日本在设备和模块技术方面领先，欧洲在衬底和外延片方面有较强实力。
• GaN：美国、日本、欧洲三足鼎立，代表企业包括CREE、英飞凌、纳微半导体等。

2. 国内发展

• 国内企业正在快速追赶，已布局全产业链，包括衬底、外延、器件制造、封装测试等。
• 主要企业包括三安光电、闻泰科技、斯达半导、华润微、立昂微、士兰微、华虹半导体、新洁能、扬杰科技、赛微电子、捷捷微电、华微电子、时代电气、天岳先进、凤凰光学、宏微科技等。

投资建议与风险提示

1. 投资建议

• 推荐企业：三安光电、闻泰科技、立昂微
• 关注企业：斯达半导、华润微、士兰微、纳微半导体、华虹半导体、新洁能、扬杰科技、赛微电子、捷捷微电、华微电子、时代电气、天岳先进、凤凰光学、宏微科技

2. 风险提示

• 产业政策变化
• 国际贸易争端加剧
• 下游行业发展不及预期

未来展望

• 市场增长：SiC和GaN电力电子器件市场规模预计在2025年达到数百亿元，2027年SiC市场将突破百亿美元。
• 技术突破：随着国内企业在材料和制造技术上的不断突破，第三代半导体有望实现快速商业化。
• 应用扩展：在新能源汽车、5G通信、智能电网、光伏等领域的应用将进一步扩展，推动第三代半导体成为半导体产业的重要发展方向。