第三代半導體持續升溫，碳化硅受資本市場關注，高成本難題有望突破

新華財經上海8月25日電（記者楊有宗）工信部8月24日在官網表示，將碳基材料納入「十四五」原材料工業相關發展規劃，並將碳化硅複合材料、碳基複合材料等納入「十四五」產業科技創新相關發展規劃。這引發市場對於以碳基材料等第三代半導體產業發展的廣泛關注。

近年來，隨着5G、新能源汽車、光伏等行業快速發展，我國半導體行業發展迎來重要節點。業內人士預測，「新基建」將為第三代半導體材料帶來的新機遇，5G基建、新能源汽車充電樁、特高壓及軌道交通四大關鍵領域，將會給第三代半導體帶來更大的市場空間。但與此同時，第三代半導體面臨的成本高、技術人才匱乏等問題也將帶來一定風險。

適用高壓、高頻場景 第三代半導體特點突出

「兩年時間，我們也從一個5個人的小公司，成長為擁有國內外4家控股子公司的企業。」瀚薪科技負責人徐菲說。

在上海自貿區臨港新片區揭牌兩周年之際，成長於臨港新片區的集成電路企業上海瀚薪科技有限公司宣布，將新建瀚薪科技碳化硅產業基地，開展碳化硅器件和模塊的研製，以及碳化硅系列產品的檢測和生產。

記者調查發現，在臨港新片區「東方芯港」，第三代半導體產業生態正在逐步形成。「在這裡我們能找到材料供應商，也能找到下游企業，不但能讓我們發揮專業特長，還能節省資源、提高效率。」徐菲說。

第三代半導體材料是指以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導體材料，與前兩代半導體材料相比，第三代半導體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優勢，第三代半導體材料製備的半導體器件可適用於高電壓、高頻率場景，此外，還能以較少的電能消耗，獲得更高的運行能力。

第一代半導體材料以硅和鍺等元素半導體為代表，其典型應用是集成電路，主要應用於低壓、低頻、低功率的晶體管和探測器中。第二代半導體材料是以砷化鎵為代表。由於第二代半導體材料的禁帶寬度不夠大，擊穿電場較低，限制了其在高溫、高頻和高功率器件領域的應用。

目前，從第三代半導體材料競爭看，市場格局日益明顯。在全球市場，以美國的Cree和II-VI公司為主，在國內市場，則主要有山東天岳，天科合達、河北同光等企業布局這一賽道。

以山東天岳為例，這家企業成立於2010年，主要從事碳化硅襯底的研發、生產和銷售。目前，公司主要產品覆蓋半絕緣型（4英寸為主）和導電型（6英寸為主）碳化硅襯底，已供應至國內碳化硅半導體行業的下游核心客戶，同時已被部分國外頂尖的半導體公司使用。

第三代半導體產業技術創新戰略聯盟秘書長於坤山判斷說，「經過多年的培育與發展，近年來，我國第三代半導體產業已開始由『導入期』向『成長期』過渡。」他認為，隨着第三代半導體產業自主可控能力的不斷增強、整體競爭實力的不斷提升以及產品體系的日益完善，第三代半導體產業已迎來高質量發展的風口。

8月18日，2021年臨港新片區第三季度建設項目集中開工儀式舉行。集中開工24個項目，其中包括天岳半導體產業基地。未來，天岳半導體將成為瀚薪科技的上游供應商。

5G、能源互聯網等「新基建」領域成應用「主戰場」

在前不久國務院新聞辦公室舉行的新聞發佈會上，國家發改委相關負責人表示，在新型基礎設施方面，今年將出台「十四五」新型基礎設施建設規劃，大力發展數字經濟，拓展5G應用，加快工業互聯網、數據中心等建設。在能源互聯網、5G基站、新能源汽車及充電樁、大數據中心等場景，第三代半導體將有着廣闊的應用空間。

「5G基站開始大規模建設以及快充市場的爆發，對第三代半導體的需求呈現出前所未有的增長趨勢。」於坤山認為，除5G外，新能源汽車也正成為第三代半導體市場的主要拉動力。

工信部副部長劉烈宏此前曾表示，目前我國5G終端連接數超過了3.1億，佔全球比例超過了80%；5G基站81.9萬個，佔全球的70%以上，覆蓋了全國所有地級以上城市；5G在工業領域和經濟社會各領域的應用示範項目已經超過了1萬個。

目前，碳化硅功率器件已被國際知名車企應用在其電動汽車上。電動驅動系統中，主逆變器負責控制電動機，是汽車的關鍵元器件，特斯拉 Model 3 的主逆變器採用了意法半導體生產的 24 個碳化硅 MOSFET 功率模塊，是全球第一家將碳化硅 MOSFET 應用於商用車主逆變器的 OEM 廠商。2020 年 12 月，豐田汽車推出並公開發售「Mirai」燃料電池電動汽車，是豐田汽車首次開始使用碳化硅功率器件。

在新能源汽車方面，以上海為例，上海市經信委副主任張建民說，「規划到2025年，上海新能源汽車年產量超過120萬輛，新能源汽車產值突破3500億元，占上海汽車製造業產值35%以上。」

與此同時，上海不同區域也在積極布局以第三代半導體為代表的材料產業發展。上海市委常委、臨港新片區黨工委書記朱芝松說，「新片區正在積極發揮集成電路產業集聚優勢，加強汽車電子尤其是汽車芯片領域的技術攻關和布局，力爭成為全球汽車芯片創新、創業的集聚地。」

成本高、技術人才匱乏成制約因素

由於晶體生長速率慢、製備技術難度較大，大尺寸、高品質碳化硅襯底生產成本依舊較高，碳化硅襯底較低的供應量和較高的價格一直是制約碳化硅基器件大規模應用的主要因素之一，限制了產品在下遊行業的應用和推廣。

華安證券分析說，行業發展的瓶頸目前在於碳化硅襯底成本高。目前碳化硅的成本是硅的四倍到五倍， 預計未來三年至五年價格會逐漸降為硅的2倍左右，碳化硅行業的增速取決於碳化硅產業鏈成熟的速度，且碳化硅器件產品參數和質量還未經足夠驗證。

山東天岳科創板招股書就表示，「短期內一定程度上限制了碳化硅器件在功率器件領域的滲透率，使得碳化硅材料即使在部分相對優勢領域的大規模應用仍存較大挑戰。」

東興證券研報稱，碳化硅行業仍處於成長期，從企業和競爭格局的角度看，技術問題尚未完全解決，先行者和傳統龍頭依靠着先發優勢和工藝的成熟度構築了明顯的壁壘。「在新能源車等新增下游需求的帶動下，碳化硅材料及相關器件需求有望迎來爆髮式增長。」

此外，這一行業還面臨高端技術和人才的缺乏等難題。

業內人士判斷，未來碳化硅器件的價格有望持續下降，其行業應用將快速發展。目前，行業企業正通過多種措施降低碳化硅器件成本。在襯底方面，通過增大碳化硅襯底尺寸、升級製備技術、擴大襯底產能等，共同推動碳化硅襯底成本的降低；在製造方面，隨着市場的開啟，各大器件供應商擴產製造，隨着規模擴大和製造技術不斷成熟，也帶來製造成本的降低；在市場方面，主要的產品供應商與大客戶通過簽訂長期合作合同對市場進行鎖定，供需雙方共同推進市場滲透並形成良性循環。

賽迪顧問預測，到2025年，氮化鎵在射頻器件領域佔比有望超過50%，市場規模有望衝破30億美元。碳化硅方面，在2025年有望達到30億美元，汽車市場將成為碳化硅市場規模增長的重要驅動力。

另據 Yole 報告，從全球市場來看，2019 年碳化硅功率器件的市場規模為 5.41 億美元，受益於電動汽車、充電樁、光伏新能源等市場需求驅動，預計 2025 年將增長至 25.62 億美元，複合年增長率約 30%。碳化硅襯底的需求有望因此獲益並取得快速增長。

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