資本熱捧的碳化硅和氮化鎵究竟是個啥？

本文來自微信公眾號“馭勢資本”。

上世紀五十年代以來，以硅(Si)材料為代表的第一代半導體材料取代了笨重的電子管引發(fā)了集成電路(IC)為核心的微電子領域迅速發(fā)展。然而，由于硅材料的帶隙較窄、電子遷移率和擊穿電場較低，Si在光電子領域和高頻高功率器件方面的應用受到諸多限制，在高頻下工作性能較差，不適用于高壓應用場景，光學性能也得不到突破。

第二代半導體材料

第二代半導體材料是以砷化鎵(GaAs)、銻化銦(InSb)為主的化合物半導體，其主要被用于制作高頻、高速以及大功率電子器件，在衛(wèi)星通訊、移動通訊以及光通訊等領域有較為廣泛的應用。砷化鎵和磷化銦半導體激光器成為光通信系統(tǒng)中的關鍵器件，同時砷化鎵高速器件也開拓了光纖及移動通信的新產(chǎn)業(yè)。

第三代半導體材料性能優(yōu)勢明顯

第三代半導體材料包括了以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶化合物半導體。第一二代半導體材料工藝已經(jīng)逐漸接近物理極限，在微電子領域的摩爾定律開始逐步失效，而第三代半導體是可以超越摩爾定律的。

相比于第一代及第二代半導體材料，第三代半導體材料在高溫、高耐壓以及承受大電流等多個方面具備明顯的優(yōu)勢，因而更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。

在器件的性能對比上，GaN材料以及SiC材料在通態(tài)電阻以及擊穿電壓方面都具備較大的優(yōu)勢。

第三代半導體材料應用可以分為微電子以及光電子領域，具體可以細分為電力電子器件、微波射頻、可見光通信、太陽能、半導體照明、紫外光存儲、激光顯示以及紫外探測器等領域，有望突破傳統(tǒng)半導體技術(shù)的瓶頸，與第一代、第二代半導體技術(shù)互補，對節(jié)能減排、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、催生新的經(jīng)濟增長點將發(fā)揮重要作用。

國家持續(xù)推出政策支持第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展

國家對于第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了持續(xù)不斷的政策方面的支持，2016年，國務院推出了《國務院關于印發(fā)“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃的通知》，其中首次提到要加快第三代半導體芯片技術(shù)與器件的研發(fā);2019年6月商務部及發(fā)改委在鼓勵外商投資名單中增加了支持引進SiC超細粉體外商企業(yè);

2019年11月工信部印發(fā)《重點新材料首批次應用示范指導目錄》，其中GaN單晶襯底、功率器件用GaN外延片、SiC外延片，SiC單晶襯底等第三代半導體產(chǎn)品進入目錄;2019年12月國務院在《長江三角洲區(qū)域—體化發(fā)展規(guī)劃綱要》中明確要求加快培育布局第三代半導體產(chǎn)業(yè)，推動制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

除了行業(yè)政策推動，在財稅政策方面，第三代半導體同屬于集成電路產(chǎn)業(yè)，同樣享受國家對集成電路企業(yè)所得稅優(yōu)惠政策，先后包括2019年5月財政部及稅務總局印發(fā)的《關于集成電路設計和軟件產(chǎn)業(yè)企業(yè)所得稅政策的公告》，針對依法成立且符合條件的集成電路設計企業(yè)和軟件企業(yè)，在2018年12月31日前自獲利年度起計算優(yōu)惠期；

第一年至第二年免征企業(yè)所得稅，第三年至第五年按照25%的法定稅率減半征收企業(yè)所得稅，并享受至期滿為止;并在2020年7月再次推出《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》，對于國家鼓勵的集成電路設計、裝備、材料、封裝、測試企業(yè)和軟件企業(yè)，自獲利年度起，第一年至第二年免征企業(yè)所得稅，第三年至第五年按照25%的法定稅率減半征收企業(yè)所得稅。

除了國家層面的支持政策外，據(jù)CASA統(tǒng)計顯示，2019年我國地方各級政府共計出臺32項政策，進一步支持第三代半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，支持的方面包括集群培育、科研獎勵、人才培育以及項目招商等，2019年各地通過政策將實質(zhì)性的人、財、物資源注入，推動著各地產(chǎn)業(yè)集聚加速。

2019年針對第三代半導體的產(chǎn)業(yè)投資金額逐年提升，根據(jù)CASA統(tǒng)計，2019年投資金額共計265.8億元，整體相比2018年投資金額上升54.53%，其中SiC項目金額220.8億元，占比83.07%，GaN項目金額45億元。

SiC/GaN：穩(wěn)定爬升的光明期

雖然學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界很早認識到SiC和GaN相對于傳統(tǒng)Si材料的優(yōu)點，但是由于制造設備、制造工藝與成本的劣勢，多年來只是在小范圍內(nèi)得到應用，無法挑戰(zhàn)Si基器件的統(tǒng)治地位。

但是隨著5G、汽車等新市場出現(xiàn)，SiC/GaN不可替代的優(yōu)勢使得相關產(chǎn)品的研發(fā)與應用加速;隨著制備技術(shù)的進步，SiC與GaN器件與模塊在成本上已經(jīng)可以納入備選方案內(nèi)，需求拉動疊加成本降低，SiC/GaN的時代即將迎來。

SiC：極限功率器件的理想材料

SiC是由硅和碳組成的化合物半導體材料，在熱、化學、機械方面都非常穩(wěn)定。C原子和Si原子不同的結(jié)合方式使SiC擁有多種晶格結(jié)構(gòu)，如4H、6H、3C等等。4H-SiC因為其較高的載流子遷移率，能夠提供較高的電流密度，常被用來做功率器件。

SiC從上個世紀70年代開始研發(fā)，2001年SiC SBD商用，2010年SiC MOSFET商用，SiC IGBT還在研發(fā)當中。隨著6英寸SiC單晶襯底和外延晶片的缺陷降低和質(zhì)量提高，使得SiC器件制備能夠在目前現(xiàn)有6英寸Si基功率器件生長線上進行，這將進一步降低SiC材料和器件成本，推進SiC器件和模塊的普及。

SiC器件相對于Si器件的優(yōu)勢主要來自三個方面：降低電能轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗、更容易實現(xiàn)小型化、更耐高溫高壓。

降低能量損耗

SiC材料開關損耗極低，全SiC功率模塊的開關損耗大大低于同等IGBT模塊的開關損耗，而且開關頻率越高，與IGBT模塊之間的損耗差越大，這就意味著對于IGBT模塊不擅長的高速開關工作，全SiC功率模塊不僅可以大幅降低損耗還可以實現(xiàn)高速開關。

低阻值使得更易實現(xiàn)小型化

SiC材料具備更低的通態(tài)電阻，阻值相同的情況下可以縮小芯片的面積，SiC功率模塊的尺寸可達到僅為Si的1/10左右。

更耐高溫

SiC的禁帶寬度3.23ev，相應的本征溫度可高達800攝氏度，承受的溫度相對Si更高;SiC材料擁有3.7W/cm/K的熱導率，而硅材料的熱導率僅有1.5W/cm/K，更高的熱導率可以帶來功率密度的顯著提升，同時散熱系統(tǒng)的設計更簡單，或者直接采用自然冷卻。

SiC產(chǎn)業(yè)鏈：歐美占據(jù)關鍵位置

SiC生產(chǎn)過程分為SiC單晶生長、外延層生長及器件制造三大步驟，對應的是產(chǎn)業(yè)鏈襯底、外延、器件與模組三大環(huán)節(jié)。

SiC襯底：SiC晶體通常用Lely法制造，國際主流產(chǎn)品正從4英寸向6英寸過渡，且已經(jīng)開發(fā)出8英寸導電型襯底產(chǎn)品，國內(nèi)襯底以4英寸為主。由于現(xiàn)有的6英寸的硅晶圓產(chǎn)線可以升級改造用于生產(chǎn)SiC器件，所以6英寸SiC襯底的高市占率將維持較長時間。

SiC外延：通常用化學氣相沉積(CVD)方法制造，根據(jù)不同的摻雜類型，分為n型、p型外延片。國內(nèi)瀚天天成、東莞天域已能提供4寸/6寸SiC外延片。

SiC器件：國際上600~1700V SiC SBD、MOSFET已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，主流產(chǎn)品耐壓水平在1200V以下，封裝形式以TO封裝為主。

價格方面，國際上的SiC產(chǎn)品價格是對應Si產(chǎn)品的5~6倍，正以每年10%的速度下降，隨著上游材料器件紛紛擴產(chǎn)上線，未來2~3年后市場供應加大，價格將進一步下降，預計價格達到對應Si產(chǎn)品2~3倍時，由系統(tǒng)成本減少和性能提升帶來的優(yōu)勢將推動SiC逐步占領Si器件的市場空間。

全球SiC產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國、歐洲、日本三足鼎立態(tài)勢。其中美國全球獨大，全球SiC產(chǎn)量的70%~80%來自美國公司，典型公司是Cree、Ⅱ-Ⅵ;歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應用產(chǎn)業(yè)鏈，典型公司是英飛凌、意法半導體(STM.US)等;日本是設備和模塊開發(fā)方面的領先者，典型公司是羅姆半導體、三菱電機(MIELY.US)、富士電機等。

國內(nèi)企業(yè)在SiC方面也多有布局。SiC襯底方面，天科合達、山東天岳、同光晶體等均能供應3英寸~6英寸的單晶襯底。SiC外延片方面，廈門瀚天天成與東莞天域生產(chǎn)3英寸~6英寸SiC外延片。

SiC器件IDM方面，中電科55所是國內(nèi)少數(shù)從4-6寸碳化硅外延生長、芯片設計與制造、模塊封裝領域?qū)崿F(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)單位，其6英寸碳化硅中試線已投入運行，旗下的控股子公司揚州國揚電子為“寬禁帶電力電子器件國家重點實驗室”的重要實體單位，專業(yè)從事以碳化硅為代表的新型半導體功率模塊的研制和批產(chǎn)，現(xiàn)有一條于2017年投產(chǎn)、產(chǎn)能50萬只/年的模塊工藝線。

泰科天潤已經(jīng)量產(chǎn)SiC SBD，產(chǎn)品涵蓋600V/5A～50A、1200V/5A～50A和1700V/10A系列。深圳基本半導體擁有獨創(chuàng)的3D SiC技術(shù)，推出的1200V SiC MOSFET性能達到業(yè)界領先水平。

SiC器件Fabless方面，上海瞻芯電子于2018年5月成功地在一條成熟量產(chǎn)的6英寸工藝生產(chǎn)線上完成SiC MOSFET的制造流程。代工方面，三安光電旗下的三安集成于2018年12月公布商業(yè)版本的6英寸碳SiC晶圓制造流程，并將其加入到代工組合當中。

根據(jù)公司新聞稿，目前三安SiC工藝技術(shù)可以為650V、1200V和更高額定電壓的肖特基勢壘二極管(SBD)提供器件結(jié)構(gòu)，公司預計在不久后會推出針對900V、1200V和更高額定電壓的SiC MOSFETs產(chǎn)品。

SiC市場：汽車是最大驅(qū)動力

SiC器件正在廣泛地被應用在電力電子領域中，典型市場包括軌交、功率因數(shù)校正電源(PFC)、風電(wind)、光伏(PV)、新能源汽車(EV/HEV)、充電樁、不間斷電源(UPS)等。

根據(jù)Yole的預測，2017~2023年，SiC功率器件市場將以每年31%的復合增長率增長，2023年將超過15億美元;而SiC行業(yè)龍頭Cree則更為樂觀，其預計短期到2022年，SiC在電動車用市場空間將快速成長到24億美元，是2017年車用SiC整體收入(700萬美元)的342倍。

制造良率提升有利于降低AMOLED屏幕生產(chǎn)成本

隨著AMOLED生產(chǎn)良率提升，AMOLED顯示面板成本有望下降。中國國內(nèi)主流AMOLED面板廠商制造良率已越過60%的盈虧平衡點。中國顯示面板龍頭企業(yè)京東方成都第6代柔性AMOLED生產(chǎn)線良率超85%，維信諾AMOLED生產(chǎn)良率亦超70%。隨著中國廠商AMOLED生產(chǎn)良率提升，AMOLED面板成本將有效下降，廠商毛利有望逐步改善，行業(yè)發(fā)展向好。

主流廠商生產(chǎn)良率進入65%-90%區(qū)間，成本趨近LCD生產(chǎn)成本區(qū)間，有望迎來訂單與出貨量上升，帶來良性循環(huán)。

SiC是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一，技術(shù)也已經(jīng)趨于成熟，令其成為實現(xiàn)新能源汽車最佳性能的理想選擇。與傳統(tǒng)解決方案相比，基于SiC的解決方案使系統(tǒng)效率更高、重量更輕及結(jié)構(gòu)更加緊湊。目前SiC器件在EV/HEV上應用主要是功率控制單元、逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、車載充電器等方面。

新能源車的功率控制單元(PCU)。PCU是汽車電驅(qū)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，管理電池中的電能與電機之間的流向、傳遞速度。傳統(tǒng)PCU使用硅基材料半導體制成，強電流與高壓電穿過硅制晶體管和二極管的時的電能損耗是混合動力車最主要的電能損耗來源。

而使用SiC則大大降低了這一過程中能量損失，將傳統(tǒng)PCU配備的Si二極管置換成SiC二極管，Si IGBT置換成SiC MOSFET，就可以降低10%的總能量損耗，同時也可以大幅降低器件尺寸，使得車輛更為緊湊。豐田(`TM.US)中央研發(fā)實驗室(CRDL)和電裝公司從1980年代就開始合作開發(fā)SiC半導體材料，2014年雙方正式發(fā)布了基于SiC半導體器件的新能源汽車PCU，是這一領域的典型代表。

車用逆變器。SiC用在車用逆變器上，能夠大幅度降低逆變器尺寸及重量，做到輕量化與節(jié)能。在相同功率等級下，全SiC模塊的封裝尺寸顯著小于Si模塊，同時也可以使開關損耗降低75%(芯片溫度為150°C);在相同封裝下，全SiC模塊具備更高電流輸出能力，支持逆變器達到更高功率。

特斯拉(TSLA.US)Model 3采用了意法半導體(后來增加了英飛凌)生產(chǎn)的SiC逆變器，是第一家在主逆變器中集成全SiC功率模塊的車企。2017年12月2日，ROHM為VENTURI車隊在電動汽車全球頂級賽事“FIA Formula E”錦標賽第四賽季中提供了采用全SiC功率模塊制造的逆變器，使得相對于第二賽季的逆變器尺寸下降43%，重量輕了6kg。

車載充電器。SiC功率器件正在加速其在車載充電器領域的應用趨勢，在今年的功率器件展PCIM Europe 2018(2018年6月5~7日在德國紐倫堡舉行)上，多家廠商推出了面向HEV/EV等電動汽車充電器的SiC功率器件產(chǎn)品。據(jù)Yole統(tǒng)計，截至2018年有超過20家汽車廠商在自家車載充電器中采用SiC SBD或SiC MOSFET器件，且這一市場在2023年之前保持44%的增長。

重要SiC企業(yè)梳理

天科合達

公司概況：SIC 晶片領軍企業(yè)，成長速度快

天科合達是國內(nèi)第三代半導體材料SIC晶片的領軍企業(yè)：公司成立于2006年9月12日，2017年4月至2019年8月在全國股轉(zhuǎn)系統(tǒng)掛牌轉(zhuǎn)讓，2020年7月擬在科創(chuàng)板市場上市。

公司成長速度極快，2017-2019年公司收入由0.24億增長至1.55億元，兩年復合增長率154%。

營收構(gòu)成：SIC 晶片占比約為一半

公司營收由三部分構(gòu)成：碳化硅晶片占比48.12%，寶石等其他碳化硅產(chǎn)品占比36.65%，碳化硅單晶生長爐占比15.23%。

設備自制：從設備到 SIC 片一體化布局

公司以高純硅粉和高純碳粉作為原材料，采用物理氣相傳輸法(PVT)生長碳化硅晶體，加工制成碳化硅晶片;其中的碳化硅晶體的生長設備-碳化硅單晶生長爐公司也能完成自制并對外銷售。

管理層

(1)劉偉先生，出生于1967年3月，中國國籍，無境外永久居留權(quán)，正高級工程師，畢業(yè)于西安交通大學電氣工程專業(yè)，碩士研究生。1990年7月至2001年3月，歷任石河子熱電廠生產(chǎn)技術(shù)科專工、鍋爐分廠主任、檢修分廠副主任、熱力分公司經(jīng)理、生產(chǎn)技術(shù)科科長、副廠長、廠長;

2001年3月至2008年12月，任天富熱電副總經(jīng)理兼熱電廠廠長、東熱電廠廠長、南熱電廠書記和廠長;2008年12月至2019年6月，歷任天富集團黨委委員兼天富熱電黨委副書記和南熱電廠廠長、董事長，天富集團黨委副書記、黨委書記、董事長兼天富熱電(天富能源)黨委書記、副董事長;2019年6月至今，任天富集團黨委書記、董事長、天富能源黨委書記、董事長。

2015年3月至2015年10月，任天科合達有限董事長;2015年10月至今，任公司董事長。

(2)楊建先生，出生于1976年9月，中國國籍，無境外永久居留權(quán)，畢業(yè)于中國科學院大學項目管理專業(yè)，碩士研究生。1999年7月至2001年12月，任新疆眾和股份有限公司財務部會計;2002年1月至2006年12月，任北京天富科技有限公司財務部經(jīng)理;2007年1月至2011年9月，任天科合達有限財務總監(jiān);2012年1月至2013年8月，任掌金科技(北京)有限公司副總經(jīng)理。

2013年9月至2015年10月，歷任天科合達有限副總經(jīng)理、董事兼總經(jīng)理;2015年10月至今，任公司董事、總經(jīng)理。

公司毛利率

公司產(chǎn)品毛利率隨著規(guī)模增大而顯著增加，從2017年度的-12%增長到2020年Q1的29.45%。

公司產(chǎn)能與產(chǎn)量

公司2019年SIC產(chǎn)能37525片，產(chǎn)量36879片，產(chǎn)能利用率超過98%，過去兩年產(chǎn)能利用率也都維持高位。

公司銷量與單價

天科合達SIC片的銷售均價2017/2018/2019/2020Q1分別為2002.95元/2420.57元/2286.75元/3042.96元，均價呈現(xiàn)穩(wěn)中有升的態(tài)勢。

行業(yè)格局與公司地位

公司地位：2018年，以導電型的SIC來看，天科合達以1.7%的市場占有率排名全球第六，排名國內(nèi)導電型碳化硅晶片第一。

公司前五大客戶

公司前五大客戶，大多是國內(nèi)SIC產(chǎn)業(yè)鏈公司，包括三安集成、中電化合物、東莞天域等。

研發(fā)投入與技術(shù)水平

公司研發(fā)投入：2018年研發(fā)投入：1262萬;2019年研發(fā)投入：2919萬;2020年1-3月：568萬;公司技術(shù)研發(fā)人員共75人，占公司員工總數(shù)的13.7%，其中核心技術(shù)人員5名;公司擁有已獲授權(quán)的專利34項，其中已獲授權(quán)發(fā)明專利33項(含6項國際發(fā)明專利);公司先后榮獲“十一五”國家科技計劃執(zhí)行優(yōu)秀團隊獎、新疆生產(chǎn)建設兵團科學技術(shù)進步獎一等獎等重要獎項;

公司產(chǎn)品和研發(fā)的階段：階段一：06-07年：2寸導電型、半絕緣型研發(fā)成功;08-11年：3英寸導電型、半絕緣型產(chǎn)品研發(fā)成功并少量銷售;階段二：12-16年：4英寸導電/半絕緣型研發(fā)成功并少量銷售;階段三：2017年:4英寸導電型規(guī)?；慨a(chǎn);2018年:6英寸半絕緣型研發(fā)成功;2019:4英寸半絕緣型產(chǎn)品規(guī)模量產(chǎn);2020年：8英寸的產(chǎn)品開始啟動研發(fā)。

未來發(fā)展規(guī)劃和募投產(chǎn)能：

募投項目：公司在現(xiàn)有產(chǎn)能的基礎上，擬對主營業(yè)務碳化硅襯底材料進行擴產(chǎn)。內(nèi)容包括主要建設一個包括晶體生長、晶片加工和清洗檢測等全生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)基地。

項目目標：項目投產(chǎn)后年產(chǎn)12萬片6英寸碳化硅晶片，其中6英寸導電型碳化硅晶片約為8.2萬片，6英寸半絕緣型碳化硅晶片約為3.8萬片。

項目投資：本項目總投資金額95,706.00萬元，其中固定資產(chǎn)投資88,438.00萬元，流動資金7,268.00萬元。項目建設期2年。

山東天岳

1、半絕緣SIC片的領軍企業(yè)：公司成立于2010年，專注于碳化硅晶體襯底材料的生產(chǎn);公司產(chǎn)品主要在半絕緣型的SIC片。公司投資建成了第三代半導體材料產(chǎn)業(yè)化基地，具備研發(fā)、生產(chǎn)國際先進水平的半導體襯底材料的軟硬件條件，是我國第三代半導體襯底材料行業(yè)的先進企業(yè)。

2、成長能力：據(jù)了解，公司收入從2018年收入1.1億左右增加至2019年超過2.5億總收入(其中也有約一半是SIC衍生產(chǎn)品寶石等)，同比增長100%以上。公司的SIC片主要集中在半絕緣型，而天科合達主要集中在導電型。

3、華為入股：華為旗下的哈勃科技投資持股山東天岳8.17%。

4、生產(chǎn)能力(公司采用的是長晶爐的數(shù)量進行表征)：山東天岳的產(chǎn)能主要由長晶爐的數(shù)量決定，2019年產(chǎn)線上長晶爐接近250臺，銷售襯底約2.5萬片，預計年底前再購置一批長晶爐，目標增加至550臺以上;

5、銷售價格：2018、2019年公司襯底平均銷售價格大數(shù)大約在6300元/片、8900元/片，預計今年的平均價格將會突破9000元，價格變動的主要原因是2,3寸小尺寸襯底、N型等相對低價的襯底銷售占比逐步降低，高值的4寸高純半絕緣產(chǎn)品占比逐步提升導致單位售價提高。

6、技術(shù)實力：山東天岳的碳化硅技術(shù)起源于山東大學晶體國家重點實驗室，公司于2011年購買了該實驗室蔣明華院士專利，并投入了大量研發(fā)，歷經(jīng)多年工藝積累，將碳化硅襯底從實驗室的技術(shù)發(fā)展成為了產(chǎn)業(yè)化技術(shù);山東天岳除30人的研發(fā)團隊外，還在海外設有6個聯(lián)合研發(fā)中心;公司擁有專利近300項，其中先進發(fā)明專利約50多項，先進實用性專利約220項，申請中的發(fā)明專利約50多項。

斯達半導

1、斯達半導97.5%的收入均是IGBT，是功率半導體已上市公司中最純正的IGBT標的，2019收入7.8億(yoy+15.4%)，歸母凈利潤1.35(yoy+39.8%)，IGBT模塊全球市占率2%，排名全球第八;

2、斯達半導在積極進行第三代半導體SIC的布局。公司SiC相關的產(chǎn)品和技術(shù)儲備在緊鑼密鼓的進行：

3、公司在未來重點攻關技術(shù)研發(fā)與開發(fā)計劃：

主要提到三項重要產(chǎn)品開發(fā)：1、全系列FS-Trench型IGBT芯片的研發(fā);2、新一代IGBT芯片的研發(fā);3、SiC、GaN等前沿功率半導體產(chǎn)品的研發(fā)、設計及規(guī)?；a(chǎn)：公司將堅持科技創(chuàng)新，不斷完善功率半導體產(chǎn)業(yè)布局，在大力推廣常規(guī)IGBT模塊的同時，依靠自身的專業(yè)技術(shù)，積極布局寬禁帶半導體模塊(SiC模塊、GaN模塊)，不斷豐富自身產(chǎn)品種類，加強自身競爭力，進一步鞏固自身行業(yè)地位。

4、公司和宇通客車等客戶合作研發(fā)SIC車用模塊

2020年6月5日，客車行業(yè)規(guī)模領先的宇通客車宣布，其新能源技術(shù)團隊正在采用斯達半導體和CREE合作開發(fā)的1200V SiC功率模塊，開發(fā)業(yè)界領先的高效率電機控制系統(tǒng)，各方共同推進SiC逆變器在新能源大巴領域的商業(yè)化應用。

宇通方面表示，“斯達和CREE在SiC方面的努力和創(chuàng)新，與宇通電機控制器高端化的產(chǎn)品發(fā)展路線不謀而合，同時也踐行了宇通“為美好出行”的發(fā)展理念，相信三方在SiC方面的合作一定會碩果累累?！?/p>

我們在之前發(fā)布的斯達半導深度報告中測算斯達在不同SIC滲透率和不同SIC市占率情境下2025年收入彈性，中性預計2025年斯達在國內(nèi)的SIC器件市占率為6-8%。

預計2023-2024年國內(nèi)SIC產(chǎn)業(yè)鏈如山東天岳、三安光電等更加成熟后，SIC將迎來替代IGBT拐點，但是IGBT和SIC MOS等也將長期共存，相信國內(nèi)的技術(shù)領先優(yōu)質(zhì)的IGBT龍頭斯達半導能夠不斷儲備相關技術(shù)和產(chǎn)品，積極擁抱迎接這一行業(yè)創(chuàng)新。

露笑科技

1、傳統(tǒng)主業(yè)是電磁線產(chǎn)品：公司是專業(yè)的節(jié)能電機、電磁線、渦輪增壓器、藍寶長晶片研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的企業(yè)，公司主要產(chǎn)品有各類銅、鋁芯電磁線、超微細電磁線、小家電節(jié)能電機、無刷電機、數(shù)控電機、渦輪增壓器和藍寶石長晶設備等產(chǎn)品。公司是國內(nèi)主要電磁線產(chǎn)品供應商之一，也是國內(nèi)最大的鋁芯電磁線和超微細電磁線產(chǎn)品生產(chǎn)基地之一。

2、SIC長晶設備已經(jīng)開始對外供貨：露笑科技基于藍寶石技術(shù)儲備，經(jīng)過多年研發(fā)已快速突破碳化硅工藝壁壘，在藍寶石基礎上布局碳化硅長晶爐和晶片生產(chǎn)。碳化硅跟藍寶石從設備、工藝到襯底加工有較強的共同性和技術(shù)基礎，例如精確的溫場控制、精確的壓力控制、精確的籽晶晶向生長以及基片加工等壁壘。

公司在多年藍寶石生產(chǎn)技術(shù)支持下成功研發(fā)出碳化硅自主可控長晶設備，并在2019年開始對外供貨SIC長晶設備。

3、公司布局SIC的人才優(yōu)勢：公司引進具有二十多年碳化硅行業(yè)從業(yè)經(jīng)驗的技術(shù)團隊，開展碳化硅襯底及外延技術(shù)研究，加碼布局碳化硅產(chǎn)業(yè)。2020年4月，公司發(fā)布非公開募集資金公告，擬募集資金總額不超過10億元，用于新建碳化硅襯底片產(chǎn)業(yè)化項目、碳化硅研發(fā)中心項目和償還銀行貸款。隨著公司碳化硅產(chǎn)品研發(fā)并量產(chǎn)，公司有望取得一定的市場份額。

4、與合肥合作打造第三代半導體SIC產(chǎn)業(yè)園：2020年8月8日與合肥市長豐縣人民政府在合肥市政府簽署《合肥市長豐縣與露笑科技股份有限公司共同投資建設第三代功率半導體(碳化硅)產(chǎn)業(yè)園的戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》。包括但不限于碳化硅等第三代半導體的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目，包括碳化硅晶體生長、襯底制作、外延生長等的研發(fā)生產(chǎn)，項目投資總規(guī)模預計100億元。

其他未上市的SIC產(chǎn)業(yè)鏈相關廠商比亞迪半導體、中車時代半導體、泰科天潤等優(yōu)質(zhì)功率半導體公司。

GaN：5G應用的關鍵材料

GaN：承上啟下的寬禁帶半導體材料

GaN材料與Si/SiC相比有獨特優(yōu)勢。GaN與SiC同屬于第三代寬禁帶半導體材料，相較于已經(jīng)發(fā)展十多年的SiC，GaN功率器件是后進者，它擁有類似SiC性能優(yōu)勢的寬禁帶材料，但擁有更大的成本控制潛力。

與傳統(tǒng)Si材料相比，基于GaN材料制備的功率器件擁有更高的功率密度輸出，以及更高的能量轉(zhuǎn)換效率，并可以使系統(tǒng)小型化、輕量化，有效降低電力電子裝置的體積和重量，從而極大降低系統(tǒng)制作及生產(chǎn)成本。

GaN是極穩(wěn)定的化合物，又是堅硬的高熔點材料，熔點約為1700℃，GaN具有高的電離度，在Ⅲ—Ⅴ族化合物中是最高的(0.5或0.43)。在大氣壓力下，GaN晶體一般是六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。

GaN器件逐步步入成熟階段。基于GaN的LED自上世紀90年代開始大放異彩，目前已是LED的主流，自20世紀初以來，GaN功率器件已經(jīng)逐步商業(yè)化。2010年，第一個GaN功率器件由IR投入市場，2014年以后，600V GaN HEMT已經(jīng)成為GaN器件主流。2014年，行業(yè)首次在8英寸SiC上生長GaN器件。

隨著成本降低，GaN市場空間持續(xù)放大。GaN與SiC、Si材料各有其優(yōu)勢領域，但是也有重疊的地方。GaN材料電子飽和漂移速率最高，適合高頻率應用場景，但是在高壓高功率場景不如SiC;隨著成本的下降，GaN有望在中低功率領域替代二極管、IGBT、MOSFET等硅基功率器件。

以電壓來分，0~300V是Si材料占據(jù)優(yōu)勢，600V以上是SiC占據(jù)優(yōu)勢，300V~600V之間則是GaN材料的優(yōu)勢領域。根據(jù)Yole估計，在0~900V的低壓市場，GaN都有較大的應用潛力，這一塊占據(jù)整個功率市場約68%的比重，按照整體市場154億美元來看，GaN潛在市場超過100億美元。

GaN RF市場即將大放異彩。根據(jù)Yole估計，大多數(shù)低于6GHz的宏網(wǎng)絡單元實施將使用GaN器件，到2023年，GaN RF器件市場規(guī)模達到13億美元。

GaN在電力電子領域與微波射頻領域均有優(yōu)勢

GaN在電力電子領域主要優(yōu)勢在于高效率、低損耗與高頻率。GaN材料的這一特性使得其在消費電子充電器、新能源充電樁、數(shù)據(jù)中心等領域具有很大的應用前景。

高轉(zhuǎn)換效率：GaN的禁帶寬度是Si的3倍，擊穿電場是Si的10倍。因此，同樣額定電壓的GaN開關功率器件的導通電阻比Si器件低3個數(shù)量級，大大降低了開關的導通損耗。

低導通損耗：GaN的禁帶寬度是Si的3倍，擊穿電場是Si的10倍。因此，同樣額定電壓的GaN開關功率器件的導通電阻比Si器件低3個數(shù)量級，大大降低了開關的導通損耗。

高工作頻率：GaN開關器件寄生電容小，工作效率可以比Si器件提升至少20倍，大大減小了電路中儲能原件如電容、電感的體積，從而成倍地減少設備體積，減少銅等貴重原材料的消耗。

GaN在微波射頻領域主要優(yōu)勢在于高效率、大帶寬與高功率。為射頻元件材料，GaN在電信基礎設施和國防軍工方面應用已經(jīng)逐步鋪展開來。

更高效率：降低功耗，節(jié)省電能，降低散熱成本，降低總運行成本。

更大的帶寬：提高信息攜帶量，用更少的器件實現(xiàn)多頻率覆蓋，降低客戶產(chǎn)品成本。也適用于擴頻通信、電子對抗等領域。

更高的功率：在4GHz以上頻段，可以輸出比GaAs高得多的頻率，特別適合雷達、衛(wèi)星通信、中繼通信等領域。

GaN產(chǎn)業(yè)鏈：海外企業(yè)為主，國內(nèi)企業(yè)逐步涉足

GaN與SiC產(chǎn)業(yè)鏈類似，GaN器件產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)依次為：GaN單晶襯底(或SiC、藍寶石、Si)→GaN材料外延→器件設計→器件制造。目前產(chǎn)業(yè)以IDM企業(yè)為主，但是設計與制造環(huán)節(jié)已經(jīng)開始出現(xiàn)分工，如傳統(tǒng)硅晶圓代工廠臺積電開始提供GaN制程代工服務，國內(nèi)的三安集成也有成熟的GaN制程代工服務。各環(huán)節(jié)相關企業(yè)來看，基本以歐美企業(yè)為主，中國企業(yè)已經(jīng)有所涉足。

GaN襯底：主流產(chǎn)品以2~3英寸為主，4英寸也已經(jīng)實現(xiàn)商用。GaN襯底主要由日本公司主導，日本住友電工的市場份額達到90%以上。我國目前已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)包括蘇州納米所的蘇州納維科技公司和北京大學的東莞市中鎵半導體科技公司。

GaN外延片：根據(jù)襯底的不同主要分為GaN-on-Si、GaN-on-SiC、GaN-on-sapphire、GaN-on-GaN四種。GaN-on-Si：目前行業(yè)生產(chǎn)良率較低，但是在降低成本方面有著可觀的潛力：因為Si是最成熟、無缺陷、成本最低的襯底材料;同時Si可以擴展到8寸晶圓廠，降低單位生產(chǎn)成本，使其晶圓成本與SiC基相比只有其百分之一;

Si的生長速度是于SiC晶體材料的200至300倍，還有相應的晶圓廠設備折舊以及能耗成本上的差別等。GaN-on-Si外延片主要用于制造電力電子器件，其技術(shù)趨勢是優(yōu)化大尺寸外延技術(shù)。GaN-on-SiC：結(jié)合了SiC優(yōu)異的導熱性和的GaN高功率密度和低損耗的能力，是RF的合適材料。

受限于SiC的襯底，目前尺寸仍然限制在4寸與6寸，8寸還沒有推廣。GaN-on-SiC外延片主要用于制造微波射頻器件。GaN-on-sapphire：主要應用在LED市場，主流尺寸為4英寸，藍寶石襯底GaN LED芯片市場占有率達到90%以上。GaN-on-GaN：采用同質(zhì)襯底的GaN主要應用市場是藍/綠光激光器，應用于激光顯示、激光存儲、激光照明等領域。

GaN器件設計與制造：GaN器件分為射頻器件和電力電子器件，射頻器件產(chǎn)品包括PA、LNA、開關器、MMIC等，面向基站衛(wèi)星、雷達等市場;電力電子器件產(chǎn)品包括SBD、常關型FET、常開型FET、級聯(lián)(Cascode)FET等產(chǎn)品，面向無線充電、電源開關、包絡跟蹤、逆變器、變流器等市場。按工藝分，則分為HEMT、HBT射頻工藝和SBD、Power FET電力電子器件工藝兩大類。

GaN市場：射頻是主戰(zhàn)場，5G是重要機遇

GaN是射頻器件的合適材料。目前射頻市場主要有三種工藝：GaAs工藝，基于Si的LDMOS(橫向擴散金屬氧化物半導體)工藝，以及GaN工藝。GaAs器件的缺點是器件功率較低，低于50W。LDMOS器件的缺點是工作頻率存在極限，最高有效頻率在3GHz以下。GaN彌補了GaAs和Si基LDMOS兩種老式技術(shù)之間的缺陷，在體現(xiàn)GaAs高頻性能的同時，結(jié)合了Si基LDMOS的功率處理能力。

在射頻PA市場，LDMOS PA帶寬會隨著頻率的增加而大幅減少，僅在不超過約3.5GHz的頻率范圍內(nèi)有效，采用0.25微米工藝的GaN器件頻率可以高達其4倍，帶寬可增加20%，功率密度可達6~8 W/mm(LDMOS為1~2W/mm)，且無故障工作時間可達100萬小時，更耐用，綜合性能優(yōu)勢明顯。

在更高的頻段(以及低功率范圍)，GaAs PA是目前市場主流，出貨占比占9成以上。GaAs RF器件相比，GaN優(yōu)勢主要在于帶隙寬度與熱導率。帶隙寬度方面，GaN的帶隙電壓高于GaAs(3.4 eV VS1.42 eV)，GaN器件具有更高的擊穿電壓，能滿足更高的功率需求。熱導率方面，GaN-on-SiC的熱導率遠高于GaAs，這意味著器件中的功耗可以更容易地轉(zhuǎn)移到周圍環(huán)境中，散熱性更好。

GaN是5G應用的關鍵技術(shù)。5G將帶來半導體材料革命性的變化，隨著通訊頻段向高頻遷移，基站和通信設備需要支持高頻性能的射頻器件，GaN的優(yōu)勢將逐步凸顯，這正是前一節(jié)討論的地方。正是這一優(yōu)勢，使得GaN成為5G的關鍵技術(shù)。

在Massive MIMO應用中，基站收發(fā)信機上使用大數(shù)量(如32/64等)的陣列天線來實現(xiàn)了更大的無線數(shù)據(jù)流量和連接可靠性，這種架構(gòu)需要相應的射頻收發(fā)單元陣列配套，因此射頻器件的數(shù)量將大為增加，使得器件的尺寸大小很關鍵，利用GaN的尺寸小、效率高和功率密度大的特點可實現(xiàn)高集化的解決方案，如模塊化射頻前端器件。

除了基站射頻收發(fā)單元陳列中所需的射頻器件數(shù)量大為增加，基站密度和基站數(shù)量也會大為增加，因此相比3G、4G時代，5G時代的射頻器件將會以幾十倍、甚至上百倍的數(shù)量增加。在5G毫米波應用上，GaN的高功率密度特性在實現(xiàn)相同覆蓋條件及用戶追蹤功能下，可有效減少收發(fā)通道數(shù)及整體方案的尺寸。

GaN在電力電子器件領域多用于電源設備。由于結(jié)構(gòu)中包含可以實現(xiàn)高速性能的異質(zhì)結(jié)二維電子氣，GaN器件相比于SiC器件擁有更高的工作頻率，加之可承受電壓要低于SiC器件，所以GaN電力電子器件更適合高頻率、小體積、成本敏感、功率要求低的電源領域，如輕量化的消費電子電源適配器、無人機用超輕電源、無線充電設備等。

GaN電力電子器件增速最快的是快充市場。2018年，世界第一家GaN IC廠商Navitas和Exagan推出了帶有集成GaN解決方案(GaNFast?)的45W快速充電電源適配器，此45W充電器與Apple USB-C充電器相比，兩者功率相差不大，但是體積上完全是不同的級別，內(nèi)置GaN充電器比蘋果充電器體積減少40%。

目前來看，采用GaN材料的快速充電器已成星火燎原之勢，有望成為行業(yè)主流。

參考資料來自：馭勢資本研究所

（編輯：彭偉鋒）