英飛凌此前透露，其2022財(cái)年的投資將大幅提升至24億歐元。如今超八成資金被用在了第三代半導(dǎo)體投資上。未來，英飛凌還將持續(xù)為其第三代半導(dǎo)體業(yè)務(wù)注資，將把奧地利菲拉赫的6英寸、8英寸硅基半導(dǎo)體生產(chǎn)線改造為第三代半導(dǎo)體生產(chǎn)線，這意味著英飛凌正集中火力向第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的縱深處進(jìn)發(fā)。

　　長期以來，硅始終是集成電路芯片制造最廣泛的原材料，然而在5G走向成熟落地、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)持續(xù)增加、汽車產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型加速的趨勢下，受材料本身特性的限制，硅基半導(dǎo)體逐漸無法滿足日益提高的市場需求。

　　在這種情況下，以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體材料逐漸嶄露頭角，憑借其高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)越性能，展現(xiàn)巨大的市場前景，正成為全球半導(dǎo)體市場爭奪的焦點(diǎn)，國內(nèi)外第三代半導(dǎo)體技術(shù)、產(chǎn)品、市場、投資均呈現(xiàn)較高增長態(tài)勢。

　　據(jù)TrendForce預(yù)測，2025年全球SiC功率器件市場規(guī)模將達(dá)到33.9億美元，GaN功率器件市場規(guī)模也將達(dá)8.5億美元。

　　一、行業(yè)廠商大幅擴(kuò)產(chǎn)

　　之所以敢于不斷加碼第三代半導(dǎo)體，源自英飛凌對行業(yè)的高度看好。除了英飛凌之外，業(yè)界還有很多企業(yè)都在加大對第三代半導(dǎo)體的投資力度。

　　以SiC為例，安森美半導(dǎo)體表示今年要將SiC產(chǎn)能擴(kuò)充4倍，2022財(cái)年第一季度，安森美預(yù)計(jì)資本支出約為1.5-1.7億美元，主要用于擴(kuò)產(chǎn)12英寸硅產(chǎn)線產(chǎn)能。去年10月，安森美以約26.87億人民幣正式收購SiC襯底廠商GTAT。據(jù)安森美此前說法，2022年和2023年的SiC資本支出預(yù)計(jì)將占總收入的12%左右。

　　意法半導(dǎo)體2021年的資本支出達(dá)到約21億美元，其中14億美元將投入全球產(chǎn)能擴(kuò)建，同時也在繼續(xù)投資供應(yīng)鏈的垂直化整合，計(jì)劃到2024年將SiC晶圓產(chǎn)能提高到2017年的10倍，SiC營收將達(dá)到10億美元。

　　羅姆也立下了SiC的增長目標(biāo)。2021年5月，羅姆提出要搶占全球30% SiC市場的目標(biāo)。為了滿足日益擴(kuò)大的SiC產(chǎn)品需求，羅姆相繼加大投資力度，在日本阿波羅筑后和宮崎新工廠將于2022年投入運(yùn)營，計(jì)劃器件產(chǎn)能提高5倍以上。此外，羅姆還將把在馬來西亞的半導(dǎo)體工廠產(chǎn)能擴(kuò)大到1.5倍，計(jì)劃到2023年8月建成。除了馬來西亞工廠新廠房開工建設(shè)和日本筑后工廠的SiC新廠房正式運(yùn)轉(zhuǎn)之外，2022年羅姆還將繼續(xù)對前工程和后工程進(jìn)行積極投資。

　　近日，韓國SK Siltron第三次對SiC業(yè)務(wù)進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)，預(yù)計(jì)到2024年將投資近10億元，負(fù)責(zé)后段工藝的生產(chǎn)，計(jì)劃于今年下半年開始量產(chǎn)。一旦該廠的擴(kuò)建和良率穩(wěn)定下來，SK Siltron的SiC生產(chǎn)規(guī)模將較去年大幅擴(kuò)大。這是SK Siltron第三個擴(kuò)產(chǎn)動作，之前還在美國和韓國擴(kuò)充SiC產(chǎn)能。SK Siltron近期表示將在未來5年內(nèi)，在美國將投資約38.42億人民幣，以擴(kuò)大美國SiC晶圓生產(chǎn)規(guī)模。

　　最近幾個月，還有TRinno、Scenic等多家韓國企業(yè)也在建線，涉及SiC襯底、外延和器件等環(huán)節(jié)。此外，行業(yè)公司包括鴻海、環(huán)球晶、漢磊科技等都在進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)、收并購、產(chǎn)業(yè)鏈上下游整合等一系列舉措。

　　從上述眾多的擴(kuò)產(chǎn)和加大投資等事件來看，整個第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在釋放出國際企業(yè)大力完善第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)布局，強(qiáng)化競爭優(yōu)勢以搶奪日漸增長的市場份額的信號。

　　頭部SiC企業(yè)規(guī)劃在未來幾年投入巨資，擴(kuò)充產(chǎn)能，進(jìn)一步支持和推動客戶業(yè)務(wù)和市場發(fā)展。根據(jù)SEMI的預(yù)估，全球功率暨第三代半導(dǎo)體的投資額，將在2021年成長20%至70億美元，2022年將持續(xù)創(chuàng)新高至85億美元，2017-2022年復(fù)合成長率高達(dá)15%。

　　資本市場以及行業(yè)廠商大幅擴(kuò)產(chǎn)的背后，也反映著第三代半導(dǎo)體市場需求正在被快速打開。

　　2018年，特斯拉在Model 3上采用了650V SiC MOSFET，逆變器效率提升了5%-8%，電動車的續(xù)航顯著提升，此舉讓SiC成為了全球車企的關(guān)注焦點(diǎn)。

　　如今，汽車領(lǐng)域的SiC應(yīng)用正處于關(guān)鍵市場窗口期。

　　一方面車規(guī)SiC市場來的很快很猛很集中，隨著特斯拉和比亞迪等車企的示范效應(yīng)，新能源旗艦車型也逐步由600V平臺向800V平臺切換，近幾年成為各家車廠的爆款車型應(yīng)用SiC的市場窗口期;

　　另一方面，如果說五年內(nèi)是硅抽身讓出來給SiC公司肆意狂奔的相對弱競爭市場，還是Si和SiC之間的競爭，那么五年后新進(jìn)入者要面對的可能便是SiC和SiC的競爭。根據(jù)Yole的預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)2025年汽車領(lǐng)域的SiC銷售額占比約達(dá)到61%。

　　另外，SiC在光伏、軌道交通等領(lǐng)域均有巨大應(yīng)用前景。

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)中，硅基逆變器成本占系統(tǒng)的10%，但卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來源。使用SiCMOSFET功率模塊的光伏逆變器，轉(zhuǎn)換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升50倍，從而縮小系統(tǒng)體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產(chǎn)成本。

　　軌道交通車輛中大量應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，其牽引變流器、輔助變流器、主輔一體變流器、電力電子變壓器、電源充電機(jī)都有使用SiC器件的需求。SiC器件的應(yīng)用可以提高裝置效率，提升系統(tǒng)整體效能。

　　目前，SiC器件并不像其他芯片那樣缺貨，但是上下游企業(yè)紛紛開始綁定產(chǎn)能，以應(yīng)對未來的市場爆發(fā)。

　　SiC襯底方面，據(jù)意法半導(dǎo)體透露，目前其已經(jīng)鎖定了Wolfspeed超過60%的SiC襯底供應(yīng)，而GTAT又被安森美并購了，國際優(yōu)質(zhì)SiC襯底供應(yīng)更為緊張。SiC外延產(chǎn)能的爭奪也很激烈，以昭和電工為例，2021年5月-9月，英飛凌、羅姆和東芝三家企業(yè)都跟昭和電工綁定多年協(xié)議，去年12月日本電裝也搶了一部分產(chǎn)能。

　　國內(nèi)市場，東莞天域跟露笑科技簽訂了15萬片SiC襯底的戰(zhàn)略合作。此外，還與II-VI公司達(dá)成了6英寸導(dǎo)電型SiC襯底戰(zhàn)略合作，行業(yè)人士認(rèn)為這也是在鎖定襯底產(chǎn)能。

　　不過，國產(chǎn)SiC離“上車”還有一段距離。由于車規(guī)級SiC產(chǎn)品的缺陷控制要求非常高，目前國內(nèi)SiC模塊產(chǎn)業(yè)鏈還不完備，現(xiàn)階段都是采用進(jìn)口SiC技術(shù)，這類產(chǎn)品主要集中在英飛凌、羅姆和Wolfspeed等國際頭部廠商手中，國內(nèi)產(chǎn)品占比相對較少。

　　二、國內(nèi)廠商如何破局?

　　全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競爭市場顯現(xiàn)出美日歐三足鼎立格局。以SiC市場為例，美國在SiC 領(lǐng)域全球獨(dú)大，美國Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、Transphorm、道康寧等行業(yè)巨頭占據(jù)了全球70 %以上的市場份額;歐洲擁有英飛凌、意法半導(dǎo)體、IQE、Siltronic等代表公司，以構(gòu)建從襯底到外延、器件以及應(yīng)用的完整SiC全產(chǎn)業(yè)鏈;日本的羅姆半導(dǎo)體、三菱電機(jī)、富士電機(jī)、松下、瑞薩電子、住友電氣等則是在終端設(shè)備和功率模塊開發(fā)方面占據(jù)領(lǐng)先地位。

　　從布局趨勢來看，跨國企業(yè)紛紛加快布局速度，持續(xù)提升技術(shù)水平。SiC襯底和外延方面，部分器件企業(yè)選擇延伸切入該領(lǐng)域，以增強(qiáng)整體服務(wù)能力。技術(shù)進(jìn)展方面，6英寸SiC襯底產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)商用化，8英寸是未來發(fā)展方向，幾大主流廠商均推出8英寸襯底樣品，預(yù)計(jì)5年內(nèi)8英寸將全面商用。SiC外延6英寸產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)商用化，已經(jīng)研制出8英寸產(chǎn)品，可滿足中低壓、高壓、超高壓功率器件制備要求。

　　反觀國內(nèi)市場，國內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步較晚，但已形成一定基礎(chǔ)，目前正高速發(fā)展。據(jù)CASA Research不完全統(tǒng)計(jì)，截至2020年底，國內(nèi)有超過170家從事第三代半導(dǎo)體電力電子和微波射頻的企業(yè)，而2018年尚不足100家，覆蓋了從上游材料的制備(襯底、外延)、中游器件設(shè)計(jì)、制造、封測到下游的應(yīng)用，基本形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)。

　　如SiC襯底制造商天科合達(dá)、山東天岳、露笑科技等;SiC外延片生產(chǎn)企業(yè)東莞天域、瀚天天成、英諾賽科、晶湛半導(dǎo)體、聚能晶源等;負(fù)責(zé)器件設(shè)計(jì)的企業(yè)有深圳基本半導(dǎo)體、瞻芯電子、蘇州鍇威特、陸芯科技等。而以IDM模式生產(chǎn)器件和模塊的企業(yè)有比亞迪半導(dǎo)體、泰科天潤、瑞能半導(dǎo)體、士蘭微、揚(yáng)杰科技、匯川技術(shù)、中國中車等多家企業(yè)，以及與Wolfspeed、羅姆類似的全流程布局的有三安光電等。

　　國內(nèi)企業(yè)在SiC襯底方面以4英寸為主，同時山東天岳、天科合達(dá)、河北同光、中科節(jié)能、露笑科技等廠商已完成6英寸襯底的研發(fā);中電科裝備已成功研制出6英寸半絕緣襯底，在SiC單晶襯底技術(shù)上形成自主技術(shù)體系。從市場現(xiàn)狀來看，在SiC這條賽道上，國內(nèi)企業(yè)經(jīng)過幾年深入耕耘，正在積極進(jìn)入一些關(guān)鍵產(chǎn)品的供應(yīng)鏈，但目前與國外還存在一定差距。

　　業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，除了LED發(fā)光和射頻，SiC的技術(shù)難點(diǎn)主要在于襯底缺陷的控制。當(dāng)前低缺陷密度的襯底材料主要是歐美及日本廠商生產(chǎn)，國內(nèi)想要突破還需要相當(dāng)長的一段時間。同時SiC材料工藝控制難度高、產(chǎn)品批次性波動大導(dǎo)致良率偏低以及主要材料供應(yīng)被壟斷，甚至推導(dǎo)到市場價格一直居高不下，目前只限定在部分應(yīng)用市場。

　　另一邊，GaN領(lǐng)域，目前全球有超過30家企業(yè)從事GaN半導(dǎo)體的研發(fā)，其中實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)的企業(yè)僅有10家左右。GaN 器件產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)依次為：GaN襯底→GaN外延→器件設(shè)計(jì)→器件制造。目前產(chǎn)業(yè)以IDM企業(yè)為主，但是設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)已經(jīng)開始出現(xiàn)分工，其中，住友電工在GaN襯底領(lǐng)域一家獨(dú)大，市場份額超過90%;外延片龍頭包括IQE、COMAT等;GaN制造環(huán)節(jié)代表性企業(yè)包括穩(wěn)懋、富士通和臺積電，大陸方面以三安光電為代表，有成熟的GaN制程代工服務(wù)。

　　從應(yīng)用端來看，GaN功率元件主要應(yīng)用于消費(fèi)性產(chǎn)品，消費(fèi)電子(60%)、新能源車(20%)、通訊及數(shù)據(jù)中心(15%)為前三大應(yīng)用領(lǐng)域。其中消費(fèi)電子成為GaN 最主要應(yīng)用市場，2020年以來，受到小米、OPPO、華為等手機(jī)廠商的熱捧。GaN在消費(fèi)電子領(lǐng)域迅速起量的同時，其應(yīng)用范圍也在持續(xù)擴(kuò)展，正向新基建所涉及的5G、數(shù)據(jù)中心、新能源汽車等領(lǐng)域滲透。

　　中國的GaN發(fā)展雖然起步晚，但在政策不斷支持下 GaN 相關(guān)產(chǎn)業(yè)也在迅速地發(fā)展。目前可以小批量生產(chǎn)2英寸襯底，具備4英寸襯底生產(chǎn)的能力，開發(fā)出了6英寸樣品，并在建多個與第三代半導(dǎo)體相關(guān)的研發(fā)中試平臺。

　　總體上看，國際龍頭企業(yè)正在大力完善產(chǎn)業(yè)布局，強(qiáng)化競爭優(yōu)勢，沿產(chǎn)業(yè)鏈上下游延伸趨勢日益明顯，全產(chǎn)業(yè)鏈布局進(jìn)一步提升了其競爭優(yōu)勢。在這種形勢下，國內(nèi)企業(yè)如何破局是需要思考和面對的問題。

　　中國第三代半導(dǎo)體興起的時間較短，回顧國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程，2013年，科技部863計(jì)劃首次將第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)列為國戰(zhàn)戰(zhàn)略發(fā)展產(chǎn)業(yè)。2016年為第三代半導(dǎo)體發(fā)展元年，國務(wù)院國家新產(chǎn)業(yè)發(fā)展小組將第三半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)列為發(fā)展重點(diǎn)，國內(nèi)企業(yè)擴(kuò)大第三半導(dǎo)體研發(fā)項(xiàng)目投資，行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。

　　2018年，中車時代電氣國內(nèi)第一條6 英寸SiC生產(chǎn)線和泰科天潤國內(nèi)第一條SiC器件生產(chǎn)線相繼建成;2019年9月，三安集成建成國內(nèi)第一條6英寸GaN、砷化鎵(GaAs)外延芯片產(chǎn)線并投入量產(chǎn);在2020年7月，華潤微宣布國內(nèi)首條6英寸商用SiC晶圓生產(chǎn)線正式量產(chǎn);同年9月，第三代半導(dǎo)體寫入“十四五”規(guī)劃，行業(yè)被推向風(fēng)口。

　　當(dāng)前，在全球第三代半導(dǎo)體競爭趨于白熱化的情況下，為了滿足市場需求，搶灘市場份額，國內(nèi)半導(dǎo)體公司紛紛加大資本投入，積極布局SiC、GaN為主的第三代半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)。

　　近一年來，國產(chǎn)半導(dǎo)體企業(yè)不斷跑馬圈地、投資擴(kuò)產(chǎn)，持續(xù)完善第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈。

　　去年4月，賽微電子宣布投資10億元建設(shè)6至8英寸硅基GaN功率器件半導(dǎo)體制造工廠，二期建成投產(chǎn)后月產(chǎn)能將達(dá)到1.2萬片晶圓;

　　隨后，三安光電也宣布其湖南半導(dǎo)體基地一期開始投產(chǎn)，全面建成達(dá)產(chǎn)后6英寸SiC晶圓月產(chǎn)能可達(dá)3萬片，將成為國內(nèi)首條SiC垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈;

　　11月，露笑科技發(fā)布《2021年度非公開發(fā)行A股股票預(yù)案》，擬募資29.4億元用于投資生產(chǎn)6英寸SiC襯底和建設(shè)大尺寸SiC襯底研發(fā)中心，建成后將形成年產(chǎn)24萬片6英寸導(dǎo)電型SiC襯底片的生產(chǎn)能力，而研發(fā)中心項(xiàng)目投資額為5億元，重點(diǎn)推進(jìn)8英寸SiC襯底片的技術(shù)研發(fā)工作;

　　2021年底，中科鋼研集團(tuán)高純SiC粉項(xiàng)目于山東菏澤開工，投資額超過10億元;

　　今年初，國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化基地也正式開工建設(shè)，總統(tǒng)投資超18億元。據(jù)悉，該項(xiàng)目建成后將加速推動產(chǎn)業(yè)鏈集聚發(fā)展，支撐關(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)和成果轉(zhuǎn)化;

　　安世半導(dǎo)體也通過收購英國晶圓廠Newport Wafer Fab提升了在第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品領(lǐng)域的IDM能力，2022年安世半導(dǎo)體的SiC、GaN等產(chǎn)品都將逐步量產(chǎn)。

　　除了上述企業(yè)的投資擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，還有以晶盛機(jī)電、斯達(dá)半導(dǎo)體為代表的企業(yè)，通過定增募資的方式擴(kuò)大SiC業(yè)務(wù)布局。華潤微、納微科技、中國電科46所等多家企業(yè)也陸續(xù)傳出新技術(shù)研發(fā)、新產(chǎn)品投放市場的消息。

　　拋開如火如荼的擴(kuò)產(chǎn)投資，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局逐漸迎來空前重構(gòu)和變化，產(chǎn)業(yè)鏈布局正在加速。面對差距以及行業(yè)巨頭的大舉進(jìn)攻，本土芯片供應(yīng)商應(yīng)該以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動，更加注重推動第三代半導(dǎo)體功率器件的研發(fā)和應(yīng)用，同時聚焦下游市場，通過綁定家電龍頭，聯(lián)手新能源汽車企業(yè)，加速科研成果轉(zhuǎn)化和技術(shù)應(yīng)用落地。

　　三、寫在最后

　　無論是從技術(shù)還是到應(yīng)用，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍處于“起跑階段”，創(chuàng)造的產(chǎn)值相較于第一代半導(dǎo)體仍難以比擬。

　　然而，當(dāng)科技的演進(jìn)帶動時代的基調(diào)，朝著高效能、綠能零碳的大方向走，未來我們除了需要持續(xù)仰仗硅芯片的運(yùn)算力之外，也需要GaN及SiC等第三代半導(dǎo)體材料在能源與通訊兩大領(lǐng)域做出突破性進(jìn)展。

　　有觀點(diǎn)認(rèn)為，第三代半導(dǎo)體是支撐下一代移動通信、新能源汽車、能源互聯(lián)網(wǎng)、國防軍工等產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展的重要技術(shù)，也是我們產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和關(guān)鍵材料、關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)步的核心器件，是中國最有機(jī)會突破技術(shù)封鎖，形成戰(zhàn)略優(yōu)勢的領(lǐng)域之一。

　　近年來，受惠于國家的支持和國產(chǎn)半導(dǎo)體行業(yè)的不懈努力，國產(chǎn)第三代半導(dǎo)體正在以不可思議的速度高速成長。在第三代半導(dǎo)體方面，國內(nèi)外差距沒有一、二代半導(dǎo)體明顯。

　　科技部原副部長曹健林曾在第三代半導(dǎo)體論壇上表示：“我們面臨著歷史性的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，中國發(fā)展第三代半導(dǎo)體已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)和積累，一是產(chǎn)業(yè)鏈比較完整，具備技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)同的基礎(chǔ)，二是國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和裝備巨頭在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域還沒有形成專利、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模的壟斷，國內(nèi)企業(yè)還有機(jī)會趕上?！?/p>

　　只是如今，在國際大廠相繼大舉投資擴(kuò)產(chǎn)，“All in”第三代半導(dǎo)體市場背后，不清楚國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的機(jī)會還有多大，時間窗口還有多少。