深度报告-20220506-华安证券-国防军工深度报告_第三代半导体_能源转换链_绿芯_材料_57页_6mb

报告摘要

第三代半导体：能源转换链中的“绿芯”材料总结

核心内容

第三代半导体，主要包括氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等宽禁带半导体材料，因其具备高击穿电场、高热导率、高迁移率、高饱和电子速度等优异性能，被广泛应用于电力电子、光电子和微波射频等领域。这些材料不仅有助于降低能耗，还能提升电力转换效率、缩小设备体积，并适应高温、高频、大功率等极端工作环境，被认为是实现能源转换效率提升的关键材料。

主要观点

节能降耗：第三代半导体材料在电力电子领域，碳化硅（SiC）功率器件相比硅（Si）器件可降低50%以上的能源损耗，减少75%以上的设备装置，提升能源转换率；在光电子领域，氮化镓器件具有高光电转换效率和良好散热性能，适合制造低能耗、大功率照明器件；在射频领域，氮化镓器件具备高效率、高功率密度和宽带宽优势，支持高效、节能、小型化设备。
市场规模：新能源及通讯市场将成为第三代半导体材料的主要驱动力，预计到2025年，碳化硅器件在新能源汽车、光伏逆变器、轨道交通和智能电网等领域的市场规模将超过100亿元；氮化镓射频器件在5G通讯领域应用广泛，预计2025年全球市场规模将达20亿美元。
成本与可靠性：碳化硅器件成本高是其大规模应用的主要障碍，主要受限于长晶速度、加工难度和缺陷密度。但随着晶圆尺寸扩大、工艺改进，成本有望逐步下降。同时，可靠性问题也是应用中的难点，需进一步优化器件性能。
产业链优势：碳化硅衬底及外延环节占器件总成本的70%，是产业链最具投资价值的部分。相比硅材料，碳化硅的衬底及外延环节价值更高，且国内企业在技术、专利和市场拓展方面与海外差距不大，具备弯道超车的潜力。

关键信息

技术特性：碳化硅击穿场强是硅的10倍，可降低器件设计厚度；氮化镓具有高电子迁移率，适合高频高功率应用。
市场前景：
- 新能源领域：碳化硅器件在电动汽车、光伏逆变器、轨道交通等场景中具有显著优势，预计到2025年，新能源汽车市场对碳化硅晶圆的需求将增长至近30万片。
- 通讯领域：氮化镓射频器件在5G基站、雷达等应用中表现突出，预计到2025年，全球市场规模将达20亿美元。
投资建议：建议关注中瓷电子、凤凰光学、亚光科技、海特高新、赛微电子、天岳先进、斯达半导、露笑科技、扬杰科技、三安光电等企业。
风险提示：
- 碳化硅成本降低不达预期；
- 碳化硅器件稳定性与可靠性不及预期；
- 国内碳化硅产业链与国外差距进一步拉大；
- 宏观经济波动导致行业景气度下降。

产业链结构与技术难点

产业链：第三代半导体产业链包括衬底材料制备、外延层生长、器件制造和下游应用。其中，衬底和外延环节是核心，占器件总成本的70%。
技术难点：
- 长晶过程：碳化硅的生长温度超过2300°C，长晶速度慢，且对温度和压力控制要求高。
- 外延生长：目前主流外延方法为CVD法，生长速率高但存在缺陷问题。MBE法虽质量好，但生长速率慢，不适合工业化生产。
- 加工环节：碳化硅单晶的加工包括切片、薄化和抛光，传统锯切工具不适用，需采用金刚石固结磨料多线切割等先进工艺。