半导体行业深度研究：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-20211026-天风证券-80页_5mb

第三代半导体发展总结

核心内容

第三代半导体材料（如碳化硅SiC和氮化镓GaN）因其优异的物理性能和广泛的应用前景，正迎来快速发展。主要受三大因素驱动：

1. 下游应用迭起：新能源汽车、AIoT、5G等新兴应用对大功率、高效率器件的需求激增，推动第三代半导体发展。
2. 能源安全需求：助力“碳达峰、碳中和”目标实现，提升能源转换效率，推动绿色低碳发展。
3. 后摩尔时代到来：传统硅基材料性能提升受限，第三代半导体成为芯片性能提升的关键基础材料。

主要观点

1.1 第三代半导体：优势显著，应用场景广阔

第三代半导体材料具有高击穿电场、高热导率、高电子迁移率等特性，适用于中高压和中低压器件。其主要应用领域包括新能源汽车、光伏、5G通信、智能电网、消费电子等。

1.2 物理性能优势

• 低损耗：SiC器件相比Si器件可降低50%的电能转换损耗，提升电动车续航4%。
• 小封装：SiC器件在相同功率等级下体积更小，有助于提升系统功率密度。
• 高频开关：SiC电子迁移率是Si的2倍，有助于提升器件工作频率。
• 耐高温与散热：SiC的热导率是Si的3倍，有助于提高器件的散热性能和高温适应能力。

1.3 成本优势逐步显现

第三代半导体器件成本持续下降，主要受以下因素影响：

• 衬底产能释放，价格下降。
• 量产技术趋于稳定，良率提升。
• 产线由4英寸向6英寸发展，降低单位成本。
• 企业数量增加，市场竞争加剧。

1.4 产业链发展

第三代半导体产业链包括衬底、外延、器件设计、制造、封装和终端应用。目前，SiC和GaN的产业链已逐步形成，国内企业正在快速追赶国际领先水平。

1.5 能源安全与绿色经济

第三代半导体在新能源汽车、智能电网、光伏发电等关键领域发挥重要作用，助力实现能源高效转换和绿色低碳发展。

关键信息

2.1 供给端：产能增长，但仍不足

• SiC衬底：2020年国内产能约18万片（折合6英寸），正在建设的产线约10条。
• GaN衬底：国内已有7条GaN-on-Si产线，正在建设约4条。
• 产线尺寸：6英寸晶圆逐渐成为主流，但国内大尺寸晶圆制造技术尚未完全成熟。

2.2 需求端：市场空间广阔

• SiC需求：2025年仅新能源汽车板块预计需75万片等效6英寸SiC晶圆。
• GaN需求：快充领域预计2025年需67万片GaN相关晶圆，5G基站需求预计2020年达15万片。

2.3 价格趋势

• SiC器件价格：650V和1200V SiC SBD价格从2017年下降50%以上，与Si器件价差持续缩小。
• GaN器件价格：2020年与Si器件价差缩小至2-2.5倍，部分产品已达到“甜蜜点”。

产业格局

3.1 国际竞争格局

• SiC：美国占据主导地位，日本和欧洲在设备和模块方面具有优势。
• GaN：美国、日本、欧洲形成三足鼎立格局，国内企业正在快速追赶。

3.2 国内企业进展

• 三安光电：布局广泛，加速替代海外供应商。
• 闻泰科技：持续高质量研发，拓展新型化合物半导体市场。
• 斯达半导：布局SiC功率芯片，加速国产替代。
• 华润微：国内首条6英寸SiC晶圆量产。
• 立昂微：GaN芯片产能爬坡，规模化生产。
• 士兰微：SiC中试线实现通线，产品性能优越。
• 华虹半导体：12英寸IGBT量产。
• 新洁能：国内IGBT市占率领先。
• 扬杰科技：加强SiC功率器件研发。
• 赛微电子：掌握SiC、GaN外延技术，GaN业务产能爬升迅猛。
• 捷捷微电：与研究所合作研发第三代半导体相关技术。
• 华微电子：布局第三代半导体器件技术。
• 时代电气：IGBT技术达国际先进水平，应用于轨道交通和电网。
• 天岳先进：国内领先的SiC衬底材料制造商。
• 凤凰光学：拟收购国盛电子和普兴电子，布局SiC外延材料。
• 宏微科技：自主设计研发IGBT芯片，参与制定国家相关标准。

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。
• 投资评级：行业评级为“强于大市”，维持评级。

风险提示

• 产业政策变化：可能影响第三代半导体发展。
• 国际贸易争端：可能影响供应链和市场拓展。
• 下游行业发展不及预期：可能影响需求增长。

图表与数据

• 图1：2016-2025年我国SiC、GaN电力电子器件应用市场规模。
• 图2：第三代半导体实现能源安全。
• 图3：半导体材料的演化。
• 图4：硅和化合物半导体应用的范围。
• 图5：碳化硅综合优势比较。
• 图6：三类代表性半导体材料物理特性比较。
• 图7：同规格碳化硅器件与硅器件对比。
• 图8：2017-2020年650V SiC SBD价格下降。
• 图9：2017-2020年1200V SiC SBD价格下降。
• 图10：SiC单晶生长示意图（液相生长法与物理气相传输法）。
• 图11：HVPE生长设备。
• 图12：氨热法生长示意图。
• 图13：助熔剂法生长示意图。
• 图14：GaN/SiC不同衬底应用情况。
• 图15：SiC产业链重点企业。
• 图16：GaN产业链重点企业。
• 图17：SiC产业链重点企业布局及投资情况。
• 图18：GaN产业链重点企业布局及投资情况。
• 图19：采用SiC MOSFET的双通道升压模块。
• 图20：智能电网示意图。
• 图21：新能源汽车SiC硅片需求量测算。
• 图22：SiC器件在新能源汽车中的优势。
• 图23：国内SiC衬底技术指标进展。
• 图24：全球及我国新能源汽车销量测算。
• 图25：新能源汽车SiC硅片需求量测算。
• 图26：PD快充GaN电力电子器件市场规模。
• 图27：PD快充GaN-on-Si晶圆需求量。
• 图28：5G宏基站GaN晶圆需求量。
• 图29：碳化硅功率器件应用领域。
• 图30：碳化硅功率器件市场规模预测。
• 图31：SiC市场广阔。
• 图32：SiC在新能源汽车领域2027年带动60亿美元市场。
• 图33：SiCMOSFET在牵引逆变器方面的优势。
• 图34：SiC功率模块与硅IGBT功率模块电力损耗比较。
• 图35：SiC在快充领域发展迅猛。
• 图36：SiC在光伏发电及充电基础设施领域的优势。
• 图37：2019-2025年SiC在各应用领域的发展规模。
• 图38：SiC在光伏发电领域的发展空间。
• 图39：SiC二极管在光伏并网逆变器中的应用。
• 图40：光伏逆变器中碳化硅功率器件占比预测。
• 图41：氮化镓(GaN)下游应用发展情况。
• 图42：2020年氮化镓(GaN)下游应用领域结构。
• 图43：Wolfspeed预计GaN市场将在2022年达到11亿美元。
• 图44：微尺寸LED芯片结构示意图。
• 图45：Micro-LED驱动阵列结构图。
• 图46：全彩Micro-LED投影仪。
• 图47：努比亚30W GaN充电器对比苹果30W PD充电器。
• 图48：GaN电源市场增长预测（按季度）。
• 图49：宝马尝试无线充电。
• 图50：2020-2025年中国48V轻混系统车型销量预测。
• 图51：VisIC车载充电器。
• 图52：GaN使4G速度更快，更快从4G-5G的改变。
• 图55：GaN赋能5G单片前端解决方案。
• 图56：GaN射频在5G以外市场高增长，CAGR达25%。
• 图57：不同材料微波射频器件的应用范围对比。
• 图58：Si基GaN和SiC基GaN与硅基氮化镓技术市场预测。
• 图59：650V SiC MOSFET、GaN HEMT和Si IGBT价格比较。
• 图60：国际上商业化的GaN射频产品性能。
• 图61：GaN-on-XX技术应用领域vs元件出货量。
• 图62：GaN领域海外重点机构技术布局（专利数量）。
• 图63：2018年导电型碳化硅晶片厂商市场占有率。
• 图64：碳化硅全球市场三足鼎立。
• 图65：第三代半导体材料专利申请趋势及技术来源国分布。
• 图66：国内SiC衬底技术指标进展。
• 图67：30年全球SiC和GaN领导地位。
• 图68：Cree（Wolfspeed）GaN on SiC MMIC产品。
• 图69：SiC成本逐渐下降。
• 图70：SiC成本逐渐下降。
• 图71：Cree营收情况。
• 图72：Wolfspeed毛利润及毛利率情况。
• 图73：英飞凌的碳化硅产业发展历程。
• 图74：英飞凌为充电桩系统提供“一站式”解决方案。
• 图75：英飞凌采用高性能ALN陶瓷的新EasyDUAL™ CoolSiC™ MOSFET功率模块。
• 图76：英飞凌氮化镓开关管驱动芯片EiceDRIVER IC。
• 图77：英飞凌营收情况。
• 图78：英飞凌净利润情况。
• 图79：英飞凌第三代半导体相关营业收入及其占比。
• 图80：意法半导体制造首批200mm碳化硅晶圆。
• 图81：意法半导体营收情况。
• 图82：意法半导体净利润情况。
• 图83：意法半导体ADG部分营业收入情况。
• 图84：住友电工商业发展。
• 图85：住友电工销售额。
• 图86：住友电工营业利润。
• 图87：住友电工电子板块营收情况。
• 图88：截至2017年全球申请主体排名前十位。
• 图89：第二代SiC功率模块产品与传统产品的比较。
• 图90：GaN-HEMT部分正在开发中的新产品。
• 图91：三菱电机营收情况。
• 图92：三菱电机净利润情况。
• 图93：三菱电机电子设备板块营收情况。
• 图94：三菱电机电子设备板块净利润情况。
• 图95：2020年三菱电机各板块收入占比情况。
• 图116：集成芯片功率图。
• 图117：DC-DC转换器对比。
• 图118：纳微半导体营收情况。
• 图119：公司营业总收入与同比增长情况。
• 图120：扣非归母净利润与同比增长情况。
• 图121：新洁能营收情况。
• 图122：新洁能归母净利润情况。
• 图123：新洁能毛利率、净利率情况。
• 图124：扬杰科技营收情况。
• 图125：扬杰科技归母净利润情况。
• 图126：扬杰科技毛利率、净利率情况。
• 图127：赛微电子营收情况。
• 图128：赛微电子归母净利润情况。
• 图129：赛微电子毛利率、净利率情况。
• 图130：捷捷微电营收情况。
• 图131：捷捷微电归母净利润情况。
• 图132：捷捷微电毛利率、净利率情况。
• 图133：华微电子营收情况。
• 图134：华微电子归母净利润情况。
• 图135：华微电子毛利率、净利率情况。
• 图136：时代电气营收情况。
• 图137：时代电气归母净利润情况。
• 图138：公司营收和同比增长情况。
• 图139：公司营业收入与同比增长状况。

表格数据

• 表1：GaN单晶衬底的生长工艺。
• 表2：国内SiC晶圆制造产线。
• 表3：国内GaN晶圆制造产线。
• 表4：2020年我国SiC产能统计。
• 表5：2020年我国GaN产能统计。
• 表6：GaN异质外延产品主流尺寸及国内外代表企业。
• 表7：国际主要企业SiC布局情况。
• 表8：全球GaN产业格局。
• 表9：2020年度国家发布的半导体相关政策列表。
• 表10：意法半导体2020年产业链合作情况。

总结

第三代半导体（SiC和GaN）在新能源汽车、AIoT、5G等领域的应用需求激增，物理性能优势显著，成本持续下降，产业链逐步完善。国内企业在SiC和GaN衬底、外延、器件设计、制造等方面快速追赶，具备良好发展潜力。投资建议关注具备技术实力和产能扩张能力的龙头企业，同时注意政策、贸易和技术风险。