国星之光论坛解读1：揭秘第三代半导体新赛道

    目前，国家2030计划和“十四五”国家研发计划已明确第三代半导体是重要发展方向。在上周五（10月16日），国星光电举办了2020第一届国星之光论坛，而论坛的主角之一，就是第三代半导体。那么到底什么是第三代半导体呢？为什么说第三代半导体有望成为国产替代希望？

    什么是第三代半导体

    第三代半导体也被称为宽带隙半导体，主要是以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的宽带隙半导体材料，其带隙宽度大于2.2eV，是5G、人工智能、工业互联网等多个“新基建”产业的重要材料，同时也是世界各国半导体研究领域的热点。

    与以硅（Si）材料为代表的第一代半导体材料，和以砷化镓（GaAs）为代表的第二代半导体材料相比，以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料具备「五高」特性：高光效、高功率、高电压、高频率、高工作温度。

    Si作为集成电路最基础的材料，构筑了整个信息产业的最底层支撑。人类对Si性能的探索已经非常成熟，然而一些固有的缺点却无法逾越，如光学性能、高压高频性能等。与此同时第三代半导体以其恰好弥补Si的不足而逐步受到半导体行业青睐，成为继Si之后最有前景的半导体材料。

    什么是第三代半导体材料都有哪些应有方向

    第三代半导体材料主要可应用于光电、电力电子、和微波射频三大领域。从当前来看，碳化硅目前主要是用在650V以上的高压功率器件领域，而氮化镓主要是用在650V以下的中低压功率器件领域及微波射频和光电领域。不过未来，氮化镓也有机会进一步往600～900V发展。

    具体而言

    光电方向是截至目前应用最为成熟的领域，已被验证是一场成功的技术革命。LED从无到有，快速发展，直至现在发展为千亿美元的规模，是一个新材料开发推动社会变革的典范。目前应用于包括显示、背光、照明等领域，其中Micro LED与UVC LED因仍然存在技术挑战，且具备新的市场想象空间，被产业寄予厚望。

    功率器件方向广泛用于智能电网、新能源汽车、轨道交通、可再生能源开发、工业电机、数据中心、家用电器、移动电子设备等国家经济与国民生活的方方面面，是工业体系中不可或缺的核心半导体产品。其中SiC 功率器件被认为未来最大的应用市场在新能源汽车，主要是功率控制单元（PCU）、逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等方面；GaN功率器件因其高频高效率的特点而在消费电子充电器、新能源充电桩、数据中心等领域有着较大的应用潜力。

    微波射频方向包括汽车雷达、卫星通讯、5G基站、预警探测等应用。相较于已经发展十多年的SiC，GaN功率器件是后进者，但它拥有类似SiC性能优势的宽禁带材料，且拥有更大的成本控制潜力，目前是射频器件最合适的材料，这在5G时代非常重要。GaN最大的拉动力也被认为是5G基站。

    据Omdia《2020年SiC和GaN功率半导体报告》[1]显示，2020年底，全球SiC和GaN功率半导体的销售收入预计将达到8.54亿美元，以未来十年年均两位数的增长率，预计2029年将超过50亿美元。

    在未来十年，受到汽车、航天电子、电源、太阳光电(PV)逆变器以及工业马达的需求驱动，以SiC和GaN为代表的新兴的第三代功率半导体器件市场将以18%的速度稳步成长。预计在2022年以前，SiC和GaN功率元件的全球销售额将从2012年的1.43亿美元大幅增加到28亿美元[2]。可以说，第三代半导体大势所趋！

    什么是第三代半导体市场规模与前景

    目前，我国在光电大部分领域实现领跑，而在功率器件及射频器件方面的发展还处于跟跑和并跑阶段，因此，我国对第三代半导体器件的研究极其迫切，需加快其产业发展。

    第三代半导体材料主要以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为主，生产过程分为单晶生长、外延层生长及器件制造三大步骤，对应的是产业链衬底、外延、器件与模组等大环节。

    目前，在光电领域，国星光电在外延、芯片、封装领域均有布局，经过多年发展，已经成为国内LED封装龙头，且在目前仍然具备技术挑战和市场想象空间的Micro LED与UVC LED领域中拔得头筹。

    而在第三代半导体领域，LED+第三代半导体研究机构-行家说产业研究中心认为：在第三代半导体产业上，除了原本赛道上的玩家，拥有LED制造经验、人才储备以及资金实力的LED领军企业，切入第三代半导体也具备一定的先发优势。在LED产业工艺日趋成熟，价格竞争激烈的情况下，提前布局未来前景开阔的蓝海市场不失为极具前瞻性的战略选择。

    而基于前瞻性的战略布局与人才队伍建设，国星光电期望在国家第三代半导体的发展中能添砖加瓦，创造新的辉煌。