本文來自電子發(fā)燒友網(wǎng)，作者/吳子鵬。
日前，中國香港媒體的一篇報(bào)道引起了廣泛關(guān)注，文章的原標(biāo)題是《中國三代芯片換道超車，超越美國四方聯(lián)盟圍堵》。文章中有幾句話如下：
“美國可以用來制裁和控制中國第三代芯片發(fā)展的手段和技術(shù)也十分有限，中國新興科技產(chǎn)業(yè)正迎來追趕和發(fā)展的良機(jī)。”
“既然第二代芯片被美國封鎖或本身存在巨大的不確定性，不如另覓新徑向第三代芯片進(jìn)發(fā)，至少在其他能追趕上國際水平的領(lǐng)域先追上，并大量地?cái)U(kuò)大生產(chǎn)，盡量做到自給率越高越好。”
恰逢電子發(fā)燒友網(wǎng)此前剛剛完成對(duì)全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的梳理，我們將中國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)放到全球來看一下，我們是否領(lǐng)先？是否實(shí)現(xiàn)了借助第三代半導(dǎo)體的換道超車？
中國第三代半導(dǎo)體的實(shí)力
第三代半導(dǎo)體是以碳化硅SiC、氮化鎵GaN為主的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度、高遷移率、可承受大功率等特點(diǎn)。
目前，國產(chǎn)廠商在SiC和GaN方面都有布局。首先看一下SiC，在制造方面，目前半絕緣型SiC市場主要以4英寸襯底為主，導(dǎo)電型SiC主要以6英寸為主，但在更先進(jìn)的8英寸晶圓升級(jí)上，國際廠商目前是明顯領(lǐng)先國內(nèi)廠商的。在我們的統(tǒng)計(jì)中，II-VI、Wolfspeed、羅姆、ST等廠商基本都預(yù)備從2022-2023年開始量產(chǎn)8英寸SiC。而根據(jù)中國寬禁帶功率半導(dǎo)體及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的預(yù)測，國內(nèi)在2025年之前主要工作是4英寸到6英寸的升級(jí)。
制造方面的進(jìn)度落后也反應(yīng)在材料方面，目前國內(nèi)主要提供SiC晶圓的廠商是山東天岳、天科合達(dá)、河北同光等，產(chǎn)品主要還是4英寸襯底為主，6英寸還在研發(fā)或者上量的階段。當(dāng)然，從下方我們分享的一張圖片也能夠看出，目前國內(nèi)SiC材料廠商和國際廠商的差距。
然后我們?cè)倏匆幌翯aN的上游。在GaN-on-GaN方面，蘇州納維在2017年就率先推出4英寸GaN單晶襯底，并且還表示突破了6英寸的關(guān)鍵核心技術(shù)，算是和國際廠商并駕齊驅(qū)，甚至是稍稍領(lǐng)先；而在GaN-on-SiC方面，情況其實(shí)是和上面SiC類似的，國際廠商目前份額和技術(shù)上都領(lǐng)先；在GaN-on-Si方面，目前市場份額最高的是住友電工、Wolfspeed、Qorvo等三家廠商，不過蘇州晶湛2014年就已研發(fā)出8英寸硅基外延片，現(xiàn)階段已能批量生產(chǎn)，因此技術(shù)上并不落后。
整體而言，在GaN的上游材料環(huán)節(jié)，國內(nèi)企業(yè)在一些外延片的技術(shù)上已經(jīng)追趕上，但是份額，或者說是市場的認(rèn)可程度依然處于落后，并且我們已經(jīng)規(guī)模量產(chǎn)的材料產(chǎn)品多是中低端的，因此仍需要更長的時(shí)間來提升。
從大的產(chǎn)業(yè)維度來看，第三代半導(dǎo)體的中游便是各大元器件供應(yīng)商，也可以叫做芯片公司，提供的產(chǎn)品主要是功率電子、射頻電子、光電子等。
在此前電子發(fā)燒友的梳理文章《GaN射頻應(yīng)用優(yōu)勢明顯，功率玩家厚積薄發(fā)》中，我們主要看了射頻以及功率器件。下圖便是GaN器件相關(guān)廠商的匯總情況，無論是從廠商數(shù)量，還是從技術(shù)、應(yīng)用進(jìn)度來看，目前我國在GaN器件方面取得的成果是可喜的。
在GaN射頻器件方面，雖然目前依然是國際廠商占據(jù)著主要市場，比如恩智浦、住友、Qorvo等，但是隨著國內(nèi)5G基站的快速建設(shè)，國內(nèi)廠商如蘇州能訊、中興微電子、海特高新等也都在這方面形成了規(guī)模出貨。
而在功率器件方面，根據(jù)TrendForce的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年國內(nèi)廠商納微半導(dǎo)體已經(jīng)以29%的出貨量占比超越Power Integrations（PI），成為該領(lǐng)域的第一名。而國內(nèi)企業(yè)英諾賽科同樣進(jìn)展神速，以20%的出貨量占比排在第三位。目前，GaN功率器件主要應(yīng)用是在手機(jī)充電器，筆記本電腦廠商也在積極地布局。
在車用方面，GaN功率器件當(dāng)前的主要應(yīng)用集中在OBC上，國內(nèi)廠商安世半導(dǎo)體和國際廠商ST、英飛凌、Ti、GaN Systems等幾乎是齊頭并進(jìn)。
而從下圖也能夠看出，目前國內(nèi)廠商在GaN器件正在積極地布局。
相較于GaN器件層面的成績，國產(chǎn)SiC器件就顯得遜色了一些，目前主要市場依然掌握在BIG5廠商手里，也就是ST、英飛凌、Wolfspeed、羅姆和安森美。不過，積極的一面是，國內(nèi)在這個(gè)方面還是有很強(qiáng)的趕超意識(shí)和追趕姿態(tài)，在SiC二極管、SiC MOSFET和SiC模組方面都有布局。比如在SiC二極管方面，有泰科天潤、三安、華潤微電子、揚(yáng)杰科技等廠商，而瞻芯電子、派恩杰、國基南方等則在積極布局SiC MOSFET。
中國第三代半導(dǎo)體的潛力
從芯片產(chǎn)業(yè)來看，國內(nèi)廠商在第三代半導(dǎo)體的每一個(gè)環(huán)節(jié)都有布局，不過除了在GaN器件方面，目前國產(chǎn)廠商在各個(gè)環(huán)節(jié)都還處于追隨者的位置，并沒有完全體現(xiàn)出換道超車的效果，當(dāng)然已經(jīng)有了厚積薄發(fā)的態(tài)勢。
不過，值得注意的是，目前和國產(chǎn)廠商競爭的主要對(duì)手是歐日廠商，美國在第三代半導(dǎo)體方面的優(yōu)勢并不如在硅半導(dǎo)體方面那么大。當(dāng)然美國自己也意識(shí)到了這個(gè)問題，美國芯片制造商Wolfspeed已經(jīng)在紐約州建成美國制訂本土半導(dǎo)體振興計(jì)劃后的首家大型SiC晶圓廠，也是一座大型的8英寸SiC工廠，正在搶灘SiC市場。
因此，從當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)來看，第三代半導(dǎo)體確實(shí)是中國芯片產(chǎn)業(yè)突破美國封鎖的一條可選路線。
并且，從下游市場來看，國內(nèi)發(fā)展第三代半導(dǎo)體確實(shí)有著更堅(jiān)實(shí)的市場基礎(chǔ)。第三代半導(dǎo)體主要應(yīng)用于光電、電力電子、以及微波射頻三大領(lǐng)域，智能電網(wǎng)、新能源汽車、軌道交通、光伏、移動(dòng)電子設(shè)備等是重要的終端市場，這其中國內(nèi)在各個(gè)領(lǐng)域都有巨大的市場容量，我們以香港媒體提到的光伏和新能源汽車來看一下。
根據(jù)CPIA（中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年底中國大陸企業(yè)硅片產(chǎn)能約為407.2GW，占全球的98.1%，占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)先地位，目前全球十大光伏企業(yè)均為中國企業(yè)。
而在新能源汽車方面，目前國產(chǎn)廠商發(fā)展速度同樣迅猛。根據(jù)工信部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年，我國新能源汽車產(chǎn)銷量均超過350萬輛，同比增長1.6倍。工信部裝備工業(yè)一司副司長郭守剛曾用三個(gè)“快速”形容國產(chǎn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)，即產(chǎn)銷規(guī)?？焖僭鲩L、質(zhì)量品牌快速提高、產(chǎn)品出口快速增長。2022年，國內(nèi)新能源汽車市場持續(xù)火熱，根據(jù)工信部總工程師田玉龍此前透露的數(shù)據(jù)，上半年國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)銷分別完成266.1萬輛和260萬輛，同比均增長1.2倍，市場滲透率為21.6%。
因此，從市場環(huán)境來看，國內(nèi)第三代半導(dǎo)體擁有一片沃土。當(dāng)然，在新能源汽車領(lǐng)域，國產(chǎn)第三代半導(dǎo)體廠商依然存在起步晚的天然劣勢，需要從工規(guī)一點(diǎn)點(diǎn)向車規(guī)過渡，而這個(gè)門檻非常高，周期也非常長。業(yè)內(nèi)人士表示，按照汽車行業(yè)的驗(yàn)證周期維度來算，我們可能會(huì)在1-2年后，看到國產(chǎn)SiC MOSFET大規(guī)模被應(yīng)用在新能源汽車上。
寫在最后
第三代半導(dǎo)體從時(shí)間節(jié)點(diǎn)上看，確實(shí)屬于新興賽道，國產(chǎn)芯片廠商在這方面的劣勢并不像硅半導(dǎo)體那么明顯，因此在一些環(huán)節(jié)上，已經(jīng)跑在了全球領(lǐng)先的位置，當(dāng)然還有很多產(chǎn)業(yè)短板需要補(bǔ)齊，但差距并不大，有非常大“換道超車”的可能，并且不太容易受到美國的“封鎖”干擾。
不過，第三代半導(dǎo)體是整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要分支，而不是全部。在未來可預(yù)見的、非常長的一段時(shí)間里，硅半導(dǎo)體依然是核心戰(zhàn)場，是不可回避的產(chǎn)業(yè)內(nèi)容，國產(chǎn)半導(dǎo)體切不可真的“你打你的，我打我的”，而顧此失彼。因此，中國芯未來依然道阻且長。
