科威特第三代半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展前景及投資分析

科威特第三代半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展前景及投資分析

近年來(lái)，第三代半導(dǎo)體材料如碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）在多個(gè)領(lǐng)域嶄露頭角，以其優(yōu)越的物理特性成為產(chǎn)業(yè)界、投資界及各地政府的寵兒。本文將圍繞第三代半導(dǎo)體材料的優(yōu)異特性、市場(chǎng)前景、應(yīng)用領(lǐng)域及投資分析展開探討，揭開其神秘面紗，共探投資機(jī)遇。

一、第三代半導(dǎo)體材料物理特性優(yōu)勢(shì)突出

半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電與性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。從應(yīng)用普及的進(jìn)程來(lái)劃分，可分為第一代半導(dǎo)體材料、第二代半導(dǎo)體材料、第三代半導(dǎo)體材料等。

第一代半導(dǎo)體材料包括硅（Si）、鍺（Ge）等，其中硅因其優(yōu)異的性能、低廉的價(jià)格及成熟的工藝，在大規(guī)模集成電路領(lǐng)域地位不可撼動(dòng)。第二代半導(dǎo)體材料主要包括砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP），砷化鎵主要運(yùn)用于大功率發(fā)光電子器件和射頻器件。

第三代半導(dǎo)體材料主要是以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表。與前兩代相比，第三代半導(dǎo)體材料具有寬的禁帶寬度，高的擊穿電場(chǎng)、高的熱導(dǎo)率、高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，通常又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料（禁帶寬度大于2.3eV）。

以SiC為例，相比傳統(tǒng)的Si半導(dǎo)體材料，SiC擁有3倍的禁帶寬度、3倍的熱導(dǎo)率、近10倍的擊穿場(chǎng)強(qiáng)、以及2倍的電子飽和漂移速率。其器件體積小、超高切換頻率、超高電壓工作、高溫下器件穩(wěn)定性高是制造高壓、高溫、抗輻照功率半導(dǎo)體器件的優(yōu)良半導(dǎo)體材料，也是目前綜合性能最好、產(chǎn)業(yè)化程度最高、技術(shù)最成熟的第三代半導(dǎo)體材料。

二、第三代半導(dǎo)體應(yīng)用前景廣闊，擁抱巨大增量市場(chǎng)

新能源汽車領(lǐng)域

在功率等級(jí)相同的條件下，采用SiC器件可將電驅(qū)、電控等體積小型化，滿足功率密度更高、設(shè)計(jì)更緊湊的需求，同時(shí)也能使電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程更長(zhǎng)。據(jù)羅蘭貝格估算，預(yù)計(jì)2025年一臺(tái)純電動(dòng)車中電子系統(tǒng)成本約為7030美元，較2019年的一臺(tái)燃油車的3145美元大增3885美元。據(jù)StrategyAnalytics數(shù)據(jù)顯示，純電動(dòng)汽車中功率半導(dǎo)體占汽車半導(dǎo)體總成本比重約為55%，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)能源汽車的21%。特斯拉的Model3車型采用了以24個(gè)SiC-MOSFET為功率模塊的逆變器，是第一家在主逆變器中集成全SiC功率器件的汽車廠商；目前全球已有超過(guò)20家汽車廠商在車載充電系統(tǒng)中使用SiC功率器件；此外，SiC器件應(yīng)用于新能源汽車充電樁，可以減小充電樁體積，提高充電速度。

光伏領(lǐng)域

基于硅基器件的傳統(tǒng)逆變器成本約占系統(tǒng)10%左右，卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來(lái)源之一。使用SiC-MOSFET或SiC-MOSFET與SiC-SBD結(jié)合的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，延長(zhǎng)器件使用壽命、降低生產(chǎn)成本。中國(guó)目前是最大的光伏組件生產(chǎn)國(guó)，占全球產(chǎn)能72.3%。2026年全球太陽(yáng)能光伏支架系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到160億美金。另外，SiC在充電樁、大功率電器、軌道交通領(lǐng)域均有巨大應(yīng)用前景。2023年，全球SiC功率器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到15億美金，2019-2023年CAGR=21.8%。

射頻領(lǐng)域

GaN 器件有Si基和SiC基兩種。GaN-on-Si主要應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域，用作高功率開關(guān)。GaN-on-SiC 主要應(yīng)用于射頻領(lǐng)域，主要得益于SiC的高導(dǎo)熱率以及低RFloss，適用于功率較大的宏基站。據(jù)Yole分析，預(yù)計(jì)2025年GaN射頻器件在通信基建上的市場(chǎng)將達(dá)7.31億美元，2019~2025年復(fù)合增速達(dá)14.88%，2025年整體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)20億美元，2019~2025年復(fù)合增速達(dá)12%。以我國(guó)5G基站市場(chǎng)為例，2020年我國(guó)5G基站達(dá)80萬(wàn)個(gè)，2023年預(yù)計(jì)小基站+微基站數(shù)量達(dá)到1.32億個(gè)。據(jù)拓璞產(chǎn)業(yè)研究院分析，預(yù)計(jì)2023年，我國(guó)5G基站建設(shè)需求GaN晶圓約45.3萬(wàn)片，對(duì)應(yīng)4寸半絕緣SiC襯底片需求45.3萬(wàn)片，襯底和外延需求量持續(xù)增加。此外在快充領(lǐng)域，OPPO和小米等均發(fā)布GaN充電頭，快充領(lǐng)域有望進(jìn)入指數(shù)級(jí)爆發(fā)期，2023年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到60億美金。

三、第三代半導(dǎo)體正當(dāng)進(jìn)入商業(yè)化爆發(fā)前夕

需求端

如上文所述，三代半導(dǎo)體材料適合諸多場(chǎng)景的使用，并且在這些場(chǎng)景中，中國(guó)幾乎都是全球單一的最大市場(chǎng)國(guó)。其中，SiC功率器件因其耐高壓，耐高溫，低能耗，小型化的特點(diǎn)，可以廣泛的應(yīng)用于電動(dòng)/混動(dòng)汽車、充電樁/充電站、高鐵軌交、光伏逆變器中。GaN功率器件憑其高頻率、低損耗、低成本的特點(diǎn)，可以廣泛使用于智能終端快充、數(shù)據(jù)中心、車規(guī)級(jí)充電場(chǎng)景中。GaN微波器件因其高頻率、高功率、高效率可以廣泛地應(yīng)用于宏基站/小微基站、智能終端、軍用雷達(dá)、衛(wèi)星通訊等領(lǐng)域。

供給端

近年來(lái)隨著工藝的進(jìn)步及下游市場(chǎng)的拉動(dòng)，三代半導(dǎo)體已經(jīng)初步具備產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)，價(jià)格亦達(dá)到了量產(chǎn)“甜蜜點(diǎn)”。全球范圍內(nèi)，襯底和外延由4寸向6寸線轉(zhuǎn)移，Cree已有8寸樣品出貨，未來(lái)5年將達(dá)到量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。三代半導(dǎo)體器件價(jià)格近年來(lái)持續(xù)下降，2023-2024年，SiC模塊價(jià)格有望達(dá)到硅基器件的3倍以內(nèi)，具備產(chǎn)能快速爆發(fā)的必要條件。

國(guó)家政策明確，重點(diǎn)解決“卡脖子”問(wèn)題，政府參與投資人角色

近年來(lái)，在國(guó)家及地方政府層面，多次出臺(tái)行業(yè)扶持政策，重點(diǎn)發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，解決行業(yè)“卡脖子”問(wèn)題。在火熱的市場(chǎng)環(huán)境下，各地政府也紛紛參與到第三代半導(dǎo)體項(xiàng)目的投資建設(shè)當(dāng)中。國(guó)家政策明確，重點(diǎn)解決“卡脖子”問(wèn)題，政府參與投資人角色。

四、產(chǎn)業(yè)鏈上游材料工藝難提升正當(dāng)時(shí)

產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是原材料，如碳粉、硅粉、化合物半導(dǎo)體粉體及相關(guān)輔料等，根據(jù)純度不同價(jià)格有一定差異。對(duì)于襯底廠商來(lái)說(shuō)，為降低成本大部分會(huì)自研粉體，也會(huì)有一部分對(duì)外采購(gòu)的比例。根據(jù)襯底廠商自研粉體的純度要求，大部分會(huì)選擇純度較高的進(jìn)口產(chǎn)品。

設(shè)備主要分為生產(chǎn)設(shè)備及前端工藝加工設(shè)備與傳統(tǒng)硅生產(chǎn)線大部分相同，但少部分需要特殊的生產(chǎn)設(shè)備。比如高溫離子注入機(jī)、碳膜濺射儀、量產(chǎn)型高溫退火爐等。前道工藝設(shè)備與傳統(tǒng)硅生產(chǎn)線大部分相同，如高溫離子注入機(jī)、碳膜濺射儀、量產(chǎn)型高溫退火爐等多為日本、歐洲、美國(guó)進(jìn)口設(shè)備。

在襯底、外延的材料制備的生長(zhǎng)環(huán)節(jié)，由于碳化硅具有硬度高、高溫生長(zhǎng)且環(huán)境緩慢生長(zhǎng)等特性，需要一些特殊的生產(chǎn)設(shè)備。襯底長(zhǎng)晶環(huán)節(jié)核心為長(zhǎng)晶爐，目前主流的長(zhǎng)晶爐主要為6英寸產(chǎn)線，未來(lái)五年內(nèi)將達(dá)到8英寸量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。外延設(shè)備目前仍以進(jìn)口日本、歐洲設(shè)備為主，同時(shí)國(guó)內(nèi)也有部分廠商實(shí)現(xiàn)銷售。切磨拋設(shè)備、外延測(cè)試設(shè)備及管磨設(shè)備仍以日本設(shè)備為主。

重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)：生產(chǎn)成本及良率：涉及襯底生長(zhǎng)、外延生長(zhǎng)時(shí)間、生長(zhǎng)溫度、每爐切片數(shù)量、硬度、耗電量等；參數(shù)指標(biāo)：缺陷密度（TTV）、總厚度偏差（BOW）、彎曲度（WARP）、表面粗糙度（RA）、微管密度、電阻率、空洞及裂紋等；重點(diǎn)關(guān)注客戶評(píng)價(jià)、訂單情況、客戶質(zhì)量、送樣/產(chǎn)品進(jìn)展。

五、投資分析

看好的方向

1. 6-8寸襯底、外延附加值高，占器件成本75%以上，工藝難度大，掌握核心技術(shù)的人才稀缺。

2. 有多年第三代半導(dǎo)體從業(yè)經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)（20+年國(guó)際化能力）。

3. 上游材料或器件2年可以投產(chǎn)、產(chǎn)能過(guò)萬(wàn)片。

4. 6-8寸外延、量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)或核心技術(shù)、擴(kuò)徑技術(shù)。

5. 傾向于