第一章 行業(yè)概況

目前市場上的半導體材料以硅基為主，根據摩爾定律，當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，但隨著臺積電在1nm及以下芯片方面取得重大進展，硅基半導體未來將面臨著摩爾定律失效的問題，主要因為1顆原子的直徑大小約為0.1nm，在1nm制程下，一條線可容納不到10顆原子，只要其中有一個原子存在缺陷，就會影響到產品良率。而以碳化硅和氮化鎵為主的第三代半導體材料性能更加優(yōu)異，且熱導性能高，在小型化和輕量化方面更有優(yōu)勢，將成為下一代半導體材料的主要方向。

半導體材料起于上世紀50年代，最初以鍺為主，世界上第一只晶體管就是由鍺作為半導體材料，但由于硅在自然界的儲量非常豐富，產品價格更低，且鍺基半導體雖然電子能級更好，導電性能更強，但熱導能力較弱，發(fā)熱現象較為明顯，所以硅基半導體成為第一代半導體材料的核心。目前，世界上絕大多數的半導體器件均以硅作為基礎材料進行制造，占據全球半導體產品90%以上的市場份額，廣泛應用于集成電路及部分功率半導體等低壓、低頻、低功率領域，下游涵蓋消費電子、通信、光伏、軍事以及航空航天等。

第二代半導體材料以砷化鎵和銻化銦為主，為化合物半導體，砷化鎵是典型代表。第二代半導體材料電子遷移率較高，生長工藝成熟，但禁帶寬度較小，擊穿電場低，且材料有毒，易造成環(huán)境污染，在高溫、高頻、高功率領域應用比較受限，而在高頻、高速領域應用較廣，如衛(wèi)星通訊、移動通訊以及光通訊等。

第三代半導體材料以碳化硅和氮化鎵為主，為寬禁帶半導體材料，與前兩代半導體材料相比，第三代半導體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導率，在高溫、高壓金額高頻領域表現較為優(yōu)異，廣泛應用于新能源汽車、5G宏基站、光伏、風電、高鐵等領域。

表：第三代半導體材料

資料來源：千際投行，資產信息網，國融證券

與硅基材料相比，以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導體材料的耐高壓、耐高溫、高頻和高熱導率性能更好。

• 耐高壓：碳化硅和氮化鎵材料的擊穿電場強度均在3MV/cm及以上，是硅基材料的10倍，擊穿電場強度大，碳化硅基器件可以極大地提高耐壓容量、工作頻率和電流密度，并大大降低器件的導通損耗，所以非常適用于5G基站、軌交交通、光伏風電等高壓領域。
• 耐高溫：半導體器件在高溫下易產生載流子的本征激發(fā)現象，造成器件失效，而半導體材料的禁帶寬度越大，器件的極限工作溫度就越高，碳化硅和氮化鎵的禁帶寬度分別為3.2eVh、3.4eV，而硅的禁帶寬度僅為1.12eV，大約為碳化硅和氮化鎵禁帶寬度的1/3，較高的禁帶寬度可以保證碳化硅和氮化鎵器件在高溫條件下工作的可靠性。目前，硅器件的極限工作溫度一般不能超過300℃，而碳化硅器件的極限工作溫度可以達到600℃以上，耐高溫效果極為顯著。
• 高熱導性：高熱導率有助于半導體器件的散熱，實現快速降溫，在同樣的輸出功率下，能夠使半導體器件保持更低的溫度，所需的散熱設計要求更低，便于簡化器件終端的冷卻系統(tǒng)，有助于實現半導體器件的小型化和輕量化，所以同規(guī)格下對制程的要求更低。目前，碳化硅的熱導率超過硅的3倍，散熱性能性好，無需復雜的散熱設計需求，節(jié)省器件空間，更容易向集成化、小型化方向發(fā)展。
• 高頻性能：漂移速度是指一個電子因為電場的關系而移動的平均速度，電子漂移速度越快，工作頻率越高。碳化硅和氮化鎵的飽和電子漂移速率超過硅基材料的2倍，能夠實現更高的工作頻率和更高的功率密度。

表：三代半導體材料的指標參數對比

資料來源：千際投行，資產信息網，國融證券

此外，根據CREE公司數據，碳化硅襯底器件體積小，在相同的規(guī)格下，碳化硅基MOSFET尺寸僅為硅基MOSFET的1/10，大幅縮小了同規(guī)格器件的制程要求。同時，由于碳化硅擁有較高的禁帶寬度，碳化硅器件可進行重摻雜，導通電阻可至少降低至原來的1/100。并且，根據應用材料數據，由于碳化硅具有較高的能量轉換效率，且不會隨著頻率的提高而降低，碳化硅器件的工作頻率可以達到硅基器件的10倍，相同規(guī)格的碳化硅基MOSFET較硅基IGBT的總能量損耗可大大降低70%。

同時，在新能源汽車領域，相較于硅基IGBT，碳化硅MOSFET電動車的續(xù)航里程更長。在一般城市路況下，碳化硅MOSFET相較于硅基IGBT能夠節(jié)省77%的能量損耗，在高速路況下，碳化硅MOSFET相較于硅基IGBT能夠節(jié)省85%的能量損耗，能量損耗的減少使得碳化硅MOSFET的電動車相較于硅基IGBT電動車的續(xù)航里程提升5-10%，電池成本節(jié)省超過400美元。

第二章 商業(yè)模式與技術發(fā)展

2.1 產業(yè)鏈分析

第三代半導體產業(yè)鏈環(huán)節(jié)包括單晶襯底、外延片、器件設計、器件制造、封裝測試、整機終端。與Si材料不同，SiC和GaN器件不能直接制作在單晶襯底上，必須在襯底上生長高質量外延材料，在外延層上制造各類器件。

SiC功率器件用外延片主要生長在SiC單晶襯底上。GaN器件根據其應用領域不同襯底材料主要包括藍寶石、GaN、Si、SiC，其中藍寶石襯底目前最大尺寸為6in（152mm），生產GaN外延片質量好，價格便宜，主要用于光電子器件中LED芯片，由于其與GaN晶格失配度較大，導電性、導熱性差，無法用于射頻器件；GaN單晶襯底目前量產最大尺寸為2in（50mm），外延片質量極好，但價格昂貴，目前主要用于光電子器件中激光器；Si單晶襯底是GaN功率器件最主要的襯底材料，外延片質量良好，最大應用尺寸為8in（203mm），價格便宜，是消費電子電源芯片最主要選擇；SiC襯底目前國內量產尺寸為4in～6in（101mm～152mm），SiC襯底與GaN的失配小，生長的GaN外延片質量很好，同時SiC襯底熱導率高，散熱性能好，但價格貴，主要應用于5G基站射頻前段芯片、軍用雷達等領域。單晶襯底和外延片的材料制造能力、晶圓尺寸、性能參數決定了第三代半導體產業(yè)的發(fā)展水平及進程。

圖：GaN/SiC不同襯底應用情況

資料來源：千際投行，資產信息網，天風證券

SiC產業(yè)鏈主要包含粉體、單晶材料、外延材料、芯片制備、功率器件、模塊封裝和應用等環(huán)節(jié)。從產業(yè)鏈格局來看，美國僅科銳一家公司的SiC晶圓產量就占據全球60%以上，日本和歐洲緊隨其后。日本在SiC半導體設備和功率模塊方面優(yōu)勢較大，比較典型的企業(yè)包括富士電機、三菱電機、昭和電工、羅姆半導體等。歐洲在SiC襯底、外延片等方面優(yōu)勢較大，典型的公司包括瑞典的Norstel、德國的英飛凌和瑞士的意法半導體。與國外企業(yè)相比，國內企業(yè)整體競爭力較弱，但在全產業(yè)鏈上都有所布局，且近年來的進步十分迅速。在SiC襯底方面，山東天岳、天科合達可以供應3~6英寸的單晶襯底，產能亦在不斷提升；在SiC外延方面，東莞天域和瀚天天成均能夠供應3~6英寸的SiC外延；在SiC器件方面，以三安光電、中電科55所和中車時代為代表的國內企業(yè)在芯片設計與制造、模塊封裝等方面均已有深厚的積累。

圖：SiC產業(yè)鏈重點企業(yè)

資料來源：千際投行，資產信息網，天風證券

GaN產業(yè)鏈包括上游襯底、中游外延片、下游器件模塊等環(huán)節(jié)。GaN產業(yè)，住友電工和科銳是全球GaN射頻器件領域的龍頭企業(yè)，市場占有率均超過30%，其次為Qorvo和MACOM。蘇州納維科技，是國內唯一一家，國際上少有的幾家能批量生產2in（50mm）GaN的企業(yè)；東莞中鎵，建成國內首家專業(yè)氮化鎵襯底生產線，可以制備出1100μm的自支撐GaN襯底；蘇州晶湛、聚能晶源均可以生產8in（203mm）硅基氮化鎵外延片；世紀金光，是涵蓋SiC、GaN單晶、外延、器件、模塊研發(fā)設計生產銷售一體的公司；潤微電子收購中航微電子，擁有8in（203mm）硅基氮化鎵生產線和國內首個600V/10AGaN器件產品；士蘭微，擁有6in（152mm）硅基氮化鎵功率器件生產線。

圖：GaN產業(yè)鏈重點企業(yè)

資料來源：千際投行，資產信息網，天風證券

2.2 商業(yè)模式分析

目前第三代半導體主要商業(yè)模式可分為兩類：IDM（垂直整合制造）模式和垂直分工模式。

IDM（Integrated Device Manufacture）模式

從設計到制造、封測以及銷售自有品牌IC都一手包辦的半導體公司，被稱為IDM公司。國外IDM代表有：英特爾（Intel）、SK海力士、美光、NXP、英飛凌、索尼、德州儀器（TI）、三星（Samsung）、東芝（Toshiba）、意法半導體（ST）等。大陸IDM廠商主要有：華潤微電子、士蘭微、揚杰科技、蘇州固锝、上海貝嶺等。

垂直分工模式

有的半導體公司僅做IC設計，沒有芯片加工廠（Fab），通常被稱為Fabless，例如華為、ARM、NVIDIA和高通等。另外還有的公司只做代工，不做設計，稱為代工廠（Foundry），代表企業(yè)有臺積電、格羅方德、中芯國際、臺聯(lián)電等。

根據上述兩種商業(yè)模式，現有的半導體企業(yè)可以分為IDM、Foundry、Fabless以及Fab-lite（介于IDM和Fabless之間）這四種形式。

2.3 技術發(fā)展

SiC技術和產品進展

（1）SiC襯底

國內SiC商業(yè)化襯底以4英寸為主，逐步向6英寸過渡，微管密度小于1個/cm2，實現95%的襯底可用面積，位錯約在1×103/cm2，較上年有所進步。研發(fā)水平上，實現了高質量6英寸SiC襯底材料的制備，微管密度為0.5個/cm2，螺位錯密度為1200個/cm2。但也要認識到，國內SiC襯底單晶質量與國外差距明顯，存在單晶性能一致性差、成品率低、成本高等問題，國產高性能襯底自給率仍然較低，占全球的市場份額不到5%。

襯底尺寸成為影響器件成本的重要因素，其技術進展將直接影響器件商業(yè)化進程。在降低成本和市場需求等多重因素影響下，SiC襯底尺寸將持續(xù)擴大，“十四五”時期我國將推進6英寸襯底規(guī)模化量產，突破8英寸襯底關鍵技術，降低成本，提高自給率。國內能批量生產SiC單晶襯底的公司包括天科合達、山東天岳、爍科晶體、同光晶體、中科鋼研、南砂晶圓、福建北電新材料、世紀金光、中電化合物、江蘇超芯星等公司。

圖：國內SiC襯底技術指標進展

資料來源：千際投行，資產信息網，CASA

（2）SiC外延

SiC外延方面，國內已實現4-6英寸商業(yè)化產品供給，可以滿足3.3kV及以下功率器件制備需求，而超高壓（＞10kV）SiC功率器件所需的N型SiC外延片以及雙極型SiC功率器件所需的P型SiC外延片等方面還處于研究階段。研發(fā)水平方面，已經實現厚度大于200μm外延生長，摻雜濃度小于1×1013/cm3，在5×1018/cm3量級摻雜濃度均勻性<6%。瀚天天成、東莞天域是專注于SiC外延片生產銷售的企業(yè)，其產品除滿足國內市場需求外，還有部分外銷能力。中電科55所、中電科13所具備SiC外延生產能力，但主要是自用。

（3）SiC電力電子器件

現階段已商業(yè)化的SiC產品主要集中在650V-1700V電壓等級，3300V以上電壓等級器件尚處于工程樣品階段，主要產品是SiC二極管和晶體管，SiC IGBT器件還在研發(fā)當中。國內以4/6英寸小規(guī)模量產線/中試線為主。

SiC二極管實現650V-1700V全系列批量供貨能力，導通電流最高50A。泰科天潤已經發(fā)布3300V/0.6A-50ASiC二極管系列產品。

SiC MOSFET實現650V（120-17mΩ）、1200V（80-25mΩ）、1700V（80-45mΩ）產品小批量生產，尚處于應用推廣階段，代表企業(yè)有中電科55所、三安集成、中車時代半導體、全球能源互聯(lián)網研究院、基本半導體、瞻芯電子等。已經研制出6.5kV（25A，45mΩ?cm2），10kV（10A，114mΩ?cm2），15kV（10A，204mΩ?cm2），20kV（4A，443mΩcm2）SiC MOSFET樣品。

圖：2020年國內企業(yè)推出的SiC器件

資料來源：千際投行，資產信息網，CASA

（4）SiC功率模塊

國內SiC功率模塊量產產品電壓等級650V-1700V，其中比亞迪產品已經開始實現上車應用。CASA Research據公開發(fā)布消息統(tǒng)計，目前正在推進布局的企業(yè)包括華微電子、士蘭微、江蘇宏微、斯達半導體、中恒微等。

GaN技術和產品進展

（1）GaN襯底

國內商業(yè)化的GaN襯底尺寸以2英寸為主，4英寸實現小批量出貨，預計2025年前完成6英寸襯底的批量生產并進入市場。主要企業(yè)包括蘇州納維和東莞中鎵等公司，蘇州納維2英寸GaN單晶襯底厚度300±15μm，位錯密度104cm-2-5×106cm-2，電阻率0.01-108Ω·cm，綜合指標達到國際先進水平。

（2）GaN外延

GaN電力電子應用方面，Si基GaN外延片主流尺寸為6英寸，英諾賽科率先實現8英寸GaN-on-Si外延材料及晶圓制造大規(guī)模量產，外延材料的均勻性小于1%。

GaN射頻應用方面，SiC基GaN外延片主流尺寸為4英寸，并逐步向6英寸發(fā)展，代表企業(yè)中電科13所、55所、三安集成、蘇州能訊等。

GaN光電子應用方面，LED照明市場以及UVA紫外LED用藍寶石基GaN外延片主流尺寸為4英寸，主要企業(yè)有三安光電、華燦光電、乾照光電等，UVB/UVC紫外LED用藍寶石基GaN外延片主流尺寸為2英寸，主要企業(yè)有中科潞安、圓融光電等；Mini/Micro-LED用Si基GaN外延片實現8英寸材料產業(yè)化，代表企業(yè)有晶湛半導體、晶能光電等；藍/綠光激光器GaN基GaN外延片主流尺寸2英寸，國內企業(yè)目前還未實現產業(yè)化。

（3）GaN電力電子器件/模塊

國內實現650V產品，主要為分立器件，已經開始批量應用，但導通電阻較高、系統(tǒng)集成度較低，與國際水平存在一定差距；低壓產品處于應用推廣階段。代表企業(yè)有英諾賽科、賽微電子、能華微電子等。

2020年，GaN電力電子器件在PD快充領域的應用具有戰(zhàn)略性意義，說明GaN電力電子器件得到PD快充領域的認可，相關器件產品快速滲透。國內企業(yè)如英諾賽科、氮矽科技、芯冠科技、東科半導體、蘇州量微、聚能創(chuàng)芯、能華微電子相繼推出用于PD快充的GaN模塊產品。但GaN電力電子器件尚未在新能源汽車領域取得實質進展。相比較而言，國內GaN企業(yè)可參考國外企業(yè)的市場策略，先選擇準入門檻較低的消費類領域，對材料、器件和工藝、封裝等產業(yè)鏈進行充分的驗證，循序漸進推進GaN在更廣闊范圍的應用市場。因此，建議首先布局消費類電源市場，如PD快充、LED驅動電源等；然后切入工業(yè)類電源，如數據中心；最后進入可靠性要求較高的新能源汽車市場。

（4）GaN射頻器件/模塊

對于SiC基GaN工藝，國內主流尺寸為4英寸，工作頻段DC6GHz，輸出功率10-700W，代表企業(yè)主要有中電科13所、中電科55所、蘇州能訊、三安集成等。

對于Si基GaN工藝，國內代表企業(yè)為四川益豐(OMMIC)，其Si基工藝線為6英寸線，D01GH工藝器件柵長100nm，功率達3.3W/mm（@30GHz），截止頻率達110/160GHz（fT/fmax）。英諾賽科正在開發(fā)8英寸Si基GaN射頻器件工藝。

（5）GaN光電子器件

LED芯片國產化率已經超過80%；南昌大學江風益團隊利用V坑解決黃光鴻溝難題，黃光LED芯片發(fā)光效率達到27.9%，世界領先；發(fā)光波長在UVA波段（320nm-400nm）的紫外LED已有成熟的商業(yè)化產品并能滿足應用的需求，外量子效率已超過40%；發(fā)光波長在UVC波段（280nm）的深紫外LED產品的外量子效率約5%，研發(fā)水平在350mA下光輸出功率達到89.6mW；紫外單光子探測器探測效率和暗計數噪音達到國際領先水平。

隨著Mini-LED技術快速突破，成本迅速下降，在超高清電視、高階顯示器等市場需求拉動下，Mini-LED背光和顯示市場開始起量，其中Mini背光產業(yè)鏈上中下游協(xié)作成果斐然，2020年Mini-LED背光產品密集發(fā)布，如海信、康佳、華碩、TCL等，規(guī)模商業(yè)化已經開啟；Mini直顯芯片技術基本成熟，器件性價比不斷提升，全面推動了Mini-LED顯示在專業(yè)顯示、商業(yè)顯示和租賃市場的產業(yè)化進程。

Micro-LED作為下一代顯示技術的重要技術路線，因其在消費類電子市場的廣闊應用空間，得到LED行業(yè)以及顯示行業(yè)的高度重視，從關鍵裝備到芯片、封裝、驅動、應用系統(tǒng)，國內企業(yè)也進行了全面布局。

2.4 政策監(jiān)管

行業(yè)自律協(xié)會

中國半導體行業(yè)協(xié)會于1990年11月17日成立，是由全國半導體界從事集成電路、半導體分立器件、半導體材料和設備的生產、設計、科研、開發(fā)、經營、應用、教學的單位及其它相關的企、事業(yè)單位自愿參加的、非營利性的、行業(yè)自律的全國性社會團體。協(xié)會宗旨是按照國家的憲法、法律、法規(guī)和政策開展本行業(yè)的各項活動；為會員服務，為行業(yè)服務，為政府服務；在政府和會員單位之間發(fā)揮橋梁和紐帶作用；維護會員單位和本行業(yè)的合法權益，促進半導體行業(yè)的發(fā)展。

政府法律法規(guī)

第三代半導體國防戰(zhàn)略意義重大，《瓦森納協(xié)定》嚴格禁運和封鎖，本地化勢在必行。第三代半導體材料為寬禁帶半導體，除了在新能源汽車、光伏、軌道交通等民用領域有廣闊應用外，第三代半導體在國防領域有重要應用，是有源相控陣雷達、毫米波通信設備、激光武器、“航天級”固態(tài)探測器等軍事裝備中的核心組件，2008年《瓦森納協(xié)定》就對國內第三代半導體材料進行了明確的限制，部分西方發(fā)達國家作為協(xié)定成員國對我國實施嚴格禁運。除了最先進的設備以外，華裔工程師也很難進入歐美等知名半導體公司的核心部門，相關并購也會受到西方發(fā)達國家的嚴格審查，以防技術泄露，國內產業(yè)發(fā)展必須靠獨立自主。

國家頂層規(guī)劃已經出臺，地方支持政策相繼落地，十四五期間第三代半導體將迎來大發(fā)展時代。2021年3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》發(fā)布，其中明確提出要大力發(fā)展碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體產業(yè)。目前，在國家十四五產業(yè)規(guī)劃的基礎上科技部、工信部等重要部委，已相繼出臺細則文件，大力支持第三代半導體材料產業(yè)發(fā)展，從國家層面指明了第三代半導體產業(yè)支持方向。此外，繼國家頂層政策落地后，目前，北京、上海、廣東、湖南、山東等國內主要省市均出臺了相關政策支持碳化硅等第三代半導體產業(yè)發(fā)展的配套政策，在政策大力支持下，十四五期間有望成為國內第三代半導體產業(yè)大步發(fā)展的時代。

表：國家層面第三代半導體產業(yè)發(fā)展支持政策

資料來源：千際投行，資產信息網，工信部，發(fā)改委，科技部

表：地方政府第三代半導體產業(yè)發(fā)展支持政策

資料來源：千際投行，資產信息網

第三章 行業(yè)發(fā)展與市場競爭

3.1 行業(yè)財務分析

圖：行業(yè)綜合財務分析

資料來源：千際投行，資產信息網，Wind

圖：行業(yè)歷史估值

資料來源：千際投行，資產信息網，Wind

圖：指數市場表現

資料來源：千際投行，資產信息網，Wind

圖：指數歷史估值

資料來源：千際投行，資產信息網，Wind

估值方法可以選擇市盈率估值法、PEG估值法、市凈率估值法、市現率、P/S市銷率估值法、EV/Sales市售率估值法、RNAV重估凈資產估值法、EV/EBITDA估值法、DDM估值法、DCF現金流折現估值法、NAV凈資產價值估值法等。

圖：主要上市公司

資料來源：千際投行，資產信息網，Wind

圖：三安光電主營構成

資料來源：千際投行，資產信息網，Wind

圖：聞泰科技主營構成

資料來源：千際投行，資產信息網，Wind

3.2 風險因子分析

管理風險

大部分公司處于擴張期，規(guī)模越來越大，涉及的領域也越來越多，如果公司的管理水平和員工的整體素質不能適應未來公司規(guī)模達到擴張的需要，將會削弱公司的市場競爭力。

技術風險

行業(yè)技術快速更新?lián)Q代，行業(yè)的需求和業(yè)務模式不斷升級。在此情況下，公司存在技術產品喪失競爭優(yōu)勢的風險、現有核心技術被競爭對手模仿等風險。

產品質量控制風險

隨著公司經營規(guī)模的擴大，如果公司不能持續(xù)有效地執(zhí)行相關質量控制制度和措施，一旦產品出現質量問題，將影響公司在客戶中的地位和聲譽，進而對公司經營業(yè)績產生不利影響。

3.3 市場發(fā)展現狀

全球市場

2020年，盡管新冠疫情對全球產業(yè)造成沖擊，但半導體市場實現了強勁的增長。據美國半導體行業(yè)協(xié)會數據顯示，全球半導體2020年市場規(guī)模達到4400億美元，同比增長6.8%。新冠疫情居家辦公推動了對手機、計算機、云基礎設施的需求，拉動半導體市場增長。但同時，新冠疫情給汽車半導體帶來消極影響，汽車半導體產能不足疊加汽車電動化對半導體需求增加的雙重影響，造成全球汽車半導體芯片短缺。以SiC和GaN為代表的第三代半導體在新能源汽車、5G、15光伏發(fā)電、PD快充等領域不斷取得突破，2020年全球第三代半導體市場總體保持增長態(tài)勢。

根據Yole和Omdia數據顯示，到2020年底，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）功率半導體的全球市場將增長到8.54億美元，SiC電力電子市場規(guī)模約為7.03億美元，GaN電力電子市場規(guī)模約為1.51億美元。到2025年SiC電力電子市場規(guī)模將超過30億美元，GaN電力電子器件市場規(guī)模將超過6.8億美元。綜合Yole、IHS、Gartner等多家分析機構數據及調研反饋，2020年全球功率半導體器件市場規(guī)模約為180~200億美元，SiC、GaN電力電子器件滲透率約為4.2%~4.5%，較2019年提升一個百分點。

新能源汽車是最大的應用領域。由于新冠疫情的大流行，2020年上半年電動汽車/混合電動汽車（EV/HEV）領域的SiC器件和材料市場增長放緩。盡管如此，SiC的市場前景仍然樂觀。豐田、大眾、寶馬等汽車制造商繼續(xù)為其下一代車型的逆變器、車載充電器（OBC）和DC/DC轉換器中的SiC分立器件或模塊進行合格鑒定。在這種背景下，新能源汽車中SiC功率半導體市場預計將以38％的年復合增長率增長，到2025年將超過15億美元。

隨著新能源汽車的應用，SiC引起了充電基礎設施市場極大的興趣。受益于SiC的更高效率和更高頻率，大功率充電器可以通過提供比Si基絕緣柵雙極晶體管（IGBT）更緊湊的解決方案來。Yole16估計，這個市場的復合年增長率為90％，從2019年的500萬美元增長到2025年的2.25億美元。

除汽車領域外，光伏技術（PVs）、鐵路和電機驅動器等應用在2019-2025年期間還將以兩位數的年復合增長率增長。

中國市場

在此背景下，2020年我國第三代半導體產業(yè)電力電子和射頻電子總產值超過100億元，較2019年增長69.5%。其中，SiC、GaN電力電子產值規(guī)模達44.7億元，同比增長54%，襯底材料約2.2億元，外延及芯片約5億元，器件及模組約7.2億元，裝置約30億元，相較前幾年，中下游的增長速度加快。而GaN微波射頻產值達到60.8億元，同比增長80.3%。其中，襯底約6.5億元，外延及芯片9.2億元，器件及模組19.6億元，裝置約25.5億元。

圖：2016-2020年我國SiC、GaN電力電子產值規(guī)模（億元）

資料來源：千際投行，資產信息網，CASA

圖：2016-2020年我國GaN微波射頻產值規(guī)模（億元）

資料來源：千際投行，資產信息網，CASA

在半導體照明方向，受COVID-19和內需不振影響，增速持續(xù)下調。2020年中國大陸整體產值預計7013億元，較2019年下降7.1%。但在出口市場，2020年我國LED照明產品累計出口額為355.94億美元，同比增長達17.9%，這體現了照明產品的剛需屬性，也體現了我國已經牢固樹立了LED照明行業(yè)供應鏈、產業(yè)鏈優(yōu)勢，在疫情帶來的出口替代效應下，吸引了全球半導體照明產品訂單。

中國擁有第三代半導體材料最大的應用市場，受益于新能源汽車、5G、消費電子領域需求強勁，未來幾年國內SiC和GaN功率半導體市場將迎來高速增長。在政策和市場的雙重驅動下，國內第三代半導體電力電子和射頻方向行情呈現明顯上升態(tài)勢。

由于第三代半導體材料屬于國家戰(zhàn)略性先進材料方向，具有技術創(chuàng)新和拉動經濟新增點的雙重優(yōu)勢，近年來，得到了國家大基金、地方政府、民間資本的高度關注。據CASA Research不完全統(tǒng)計，2020年共24筆投資擴產項目（2019年17筆），已披露的投資擴產金額達到694億元（不含GaN光電子），較2019年同比增長161%。分材料看，SiC投資17筆，涉及金額550億元；GaN投資7筆，涉及金額144億元。分環(huán)節(jié)看，襯底環(huán)節(jié)投資12筆（主要為SiC襯底），涉及金額175億元；器件/模塊環(huán)節(jié)投資15筆，涉及金額520億元。分區(qū)域看，長三角地區(qū)投資11筆，涉及金額263.3億元；中西部地區(qū)投資6筆，涉及金額229億元；京津冀魯投資5筆，涉及金額188.5億元。

圖：2017-2020年第三代半導體投資擴產情況（億元）

資料來源：千際投行，資產信息網，CASA

圖：2020年國內主要第三代半導體投資擴產情況（億元）

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據CASA Research統(tǒng)計，2020年國內SiC、GaN電力電子器件市場規(guī)模約為46.8億元，較上年同比增長90%。據中國半導體行業(yè)協(xié)會數據顯示，2020年我國功率半導體分立器件市場規(guī)模約為3002.6億元，SiC、GaN電力電子器件整體滲透率約為1.56%。

市場規(guī)模增長的主要驅動因素是新能源汽車市場的快速滲透和PD快充市場的爆發(fā)；而2020年光伏市場是有國家補貼的最后一年，裝機量出現恢復性增長。其中，SiC器件占據的市場規(guī)模有所回升。

未來五年，SiC、GaN電力電子器件應用市場將以45%的年復合增長率增長至近300億元。在中高壓領域，SiC電力電子器件將繼續(xù)滲透，新能源汽車仍將是最大應用領域。在低壓、小功率電源領域，包括LED驅動電源、電動工具電源、消費電源、D類音頻，GaN電力電子器件將是主角，成為驅動市場的新力量；在中壓領域，GaN、SiC電力電子器件在數據中心服務器、路由器和網絡交換機中的應用正呈現不斷增長的趨勢。我國在“十四五”科技計劃中將建設“面向大數據中心應用的GaN基高效功率電子，應用于數據中心電源的GaN電力電子器件”提上日程。預計，未來這個市場復合年均增長率將達到66.5%；以此為契機，有條件的企業(yè)要加快儲備相關技術和完善專利布局，產業(yè)鏈相關的“政產學研用金”各方也加強協(xié)同，共同建立良好的產業(yè)生態(tài)。

圖：2020年我國SiC、GaN電力電子器件應用市場結構

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3.4 競爭格局

經過幾年的發(fā)展，國內第三代半導體產業(yè)已經開始由“導入期”向“成長期”過渡，商業(yè)技術逐步穩(wěn)定、應用示范效應拉動，各市場漸次開啟，帶來需求高速增長。而供給方面，企業(yè)數量持續(xù)增加，產線加快建設，供應鏈開始逐步成型，產業(yè)鏈自主可控能力增強。據CASA Research不完全統(tǒng)計，截至2020年底，國內有超過170家從事第三代半導體電力電子和微波射頻的企業(yè)，而2018年尚不足100家，覆蓋了從上游材料的制備（襯底、外延）、中游器件設計、制造、封測到下游的應用，基本形成完整的產業(yè)鏈結構。

圖：2020年我國第三代半導體企業(yè)分布地圖

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國內主流企業(yè)積極擴產布局，產業(yè)進入擴張期。經過幾年發(fā)展，第三代半導體器件已經迅速進入了新能源汽車、光伏逆變、5G基站、PD快充等應用領域，市場迅猛增長，行業(yè)競爭日趨激烈。為了迎合市場需求，爭奪未來幾年的關鍵競爭位置，國內主流企業(yè)在產業(yè)、產品和市場等多方面加強布局。其中尤以產能擴充為主要特征，天科合達、同光晶體、納維科技、泰科天潤、中電科55所、三安光電、世紀金光、基本半導體、英諾賽科等紛紛擴產，預示著國內第三代半導體產業(yè)開始進入擴張期。

龍頭企業(yè)緊抓本地化機遇，產業(yè)鏈合作水平不斷提升。貿易戰(zhàn)加速了本地化的進程，以華為為代表的應用企業(yè)調整供應鏈，國內企業(yè)獲得了試用、改進的機會，國產器件逐漸導入終端產品供應鏈。國內第三代半導體企業(yè)抓住發(fā)展機遇，主動與下游應用企業(yè)開展合作，推動國產器件的快速應用。

圖：國內產業(yè)合作情況

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與此同時，傳統(tǒng)半導體企業(yè)依托資金、技術、渠道以及商業(yè)模式的優(yōu)勢，積極布局第三代半導體，謀求更多的利潤增長點，代表企業(yè)有華潤微、聞泰科技、斯達半導體、比亞迪、賽微電子、露笑科技、新潔能等。據CASAResearch不完全統(tǒng)計，2020年有17家半導體企業(yè)陸續(xù)登陸科創(chuàng)板，其中有5家企業(yè)計劃布局第三代半導體，分別為芯朋微、中車時代電氣、芯愿景、銀河微電、新潔能。布局方向較為明確，直指以新能源汽車、PD快充、5G射頻應用等為代表的第三代半導體新技術領域。

圖：上市企業(yè)第三代半導體布局情況

資料來源：千際投行，資產信息網，CASA

Mini/Micro-LED和紫外LED成為企業(yè)重點布局方向。隨著超高清視頻產業(yè)時代到來，液晶電視產品向大屏化、高清化及高動態(tài)范圍（HDR）、寬色域方向發(fā)展，Mini-LED背光成為面板企業(yè)和LED企業(yè)關注的焦點，2020年Mini-LED背光產業(yè)鏈上中下游協(xié)作成果斐然，全年Mini-LED背光產品密集發(fā)布，如海信、康佳、華碩、TCL等，規(guī)模商業(yè)化已經開啟。

Micro-LED作為下一代顯示技術的重要技術路線，因其在消費類電子市場的廣闊應用空間，得到半導體照明行業(yè)以及顯示行業(yè)的高度重視，從關鍵裝備到芯片、封裝、驅動、應用系統(tǒng)，均吸引國內外企業(yè)爭相部署。深紫外LED殺菌消毒應用市場爆發(fā)，吸引企業(yè)大舉投入。2020年上半年，深紫外LED得到了空前關注，原有紫外LED產線滿負荷運轉，行業(yè)內一度出現供不應求的局面。很多持觀望態(tài)度的企業(yè)，紛紛加入紫外LED大軍，企業(yè)積極性空前高漲。

整體來看，我國第三代半導體供應鏈的自主保障能力得到增強，但國內企業(yè)的市場競爭力較國際巨頭仍有差距。一方面，與國際企業(yè)相比，我國第三代半導體產業(yè)規(guī)模仍然較小，企業(yè)優(yōu)勢不明顯。各細分應用市場的核心器件均由Cree|Wolfspeed、ROHM、Infineon等國外企業(yè)占據，國產產品市占率不足10%。同時，國際企業(yè)從產品數量、技術指標、企業(yè)規(guī)模等各方面都超過國內企業(yè)，如Cree|Wolfspeed2020財年實現營收約30億元，規(guī)模遠大于國內企業(yè)。

另一方面，國內同類企業(yè)之間在技術、產品、市場等方面的差距在加大，但仍未出現具有絕對優(yōu)勢的龍頭企業(yè)，競爭格局仍未成型。以中電科13所、中電科55所、三安集成等為代表的領先企業(yè)，經過幾年摸索沉淀已經完成了技術、產品和市場經營的初期積累，在資本助力下進入加速發(fā)展期，在2020年前后實現了規(guī)模迅速上量。

但從整體來看，前幾家的市場占比仍然較小，而領先企業(yè)的SiC、GaN產品的單獨銷售規(guī)模也未超過10億元，并未形成具有絕對優(yōu)勢的龍頭企業(yè)。隨著越來越多的資本和競爭者進入該領域，預計未來幾年，行業(yè)內的兼并、重組事件將增多，產業(yè)鏈的聚集與融合將成為常態(tài)。為此，全行業(yè)要進一步加強協(xié)作，統(tǒng)籌推進補齊短板和鍛造長板，針對產業(yè)薄弱環(huán)節(jié)，實施好關鍵核心技術攻關工程，盡快解決一批‘卡脖子’問題，強化我國第三代半導體產業(yè)鏈自主可控能力。

3.5 中國主要參與者

中國參與者主要有：三安集成（600703）、華潤微（688396）、斯達半導（603290）、揚杰科技（300373）、聞泰科技（600745）、士蘭微（600460）、天科合達（870013）、華微電子（002617）、山東天岳（002069）、立昂微（605358）、賽微電子（300456）、中微公司（688012）等。

三安光電（600703）

三安光電成立于2000年，主要從事化合物半導體所涉及的部分核心原材料、外延片生長和芯片制造，具有國內產銷規(guī)模首位的化合物半導體生產規(guī)模，屬于技術、資本密集型的產業(yè)，是化合物半導體集成電路產業(yè)鏈布局最為完善、領先的企業(yè)。公司致力于將化合物半導體集成電路業(yè)務發(fā)展至全球行業(yè)領先水平，努力打造具有國際競爭力的半導體廠商。

聞泰科技（600745）

聞泰科技全資子公司安世半導體與NEPTUNE及其股東簽署收購協(xié)議，以優(yōu)惠價格收購晶圓廠優(yōu)質資產，公司安世業(yè)務產能有望大幅增長。根據CNBC報道，安世半導體將以6300萬英鎊（約合5.6億人民幣）收購英國最大芯片制造商Newport Wafer Fab（NWF）。該工廠成立于1982年，產能超過3.5萬片/月（最大可擴充至4.4萬片/月），涵蓋MOSFET、Trench IGBT、CMOS、模擬和化合物半導體等各類半導體技術。一般來說，8寸產能的資本開支約為1億美金/萬片，公司以優(yōu)惠價格收購Newport Wafer Fab股權，為公司長期發(fā)展奠定堅實的產能基礎。

華潤微（688396）

華潤微旗下國內首條6英寸商用SiC晶圓生產線量產，充分利用IDM模式優(yōu)勢和在功率器件領域雄厚的技術積累開展SiC功率器件研發(fā)，向市場發(fā)布第一代SiC工業(yè)級肖特基二極管(1200V、650V)系列產品，國內首條6英寸商用SiC晶圓生產線正式量產。

公司中低壓功率SGTMOSFET產品實現關鍵核心技術突破，器件性能達到對標產品的國際先進水平。公司完成光電高壓可控硅成品平臺研發(fā)，推出過零觸發(fā)和隨機相位觸發(fā)等多顆產品。MEMS硅麥克風工藝平臺從6英寸升級到8英寸，首顆代表產品參數達標。

3.6 全球主要參與者

全球參與者主要有：Wolfspeed（CREE）、貳陸公司（IIVI）、英飛凌科技（IFNNY）、意法半導體（STM）、Rohm ADR（ROHCY）、日本住友（8053）、三菱電機（MIELY）、X Fab Silicon（XFAB）等。

Wolfspeed（CREE）

Wolfspeed，原名CREE(科瑞)，成立于1987年，總部位于美國北卡羅來納州，是第三代半導體行業(yè)(即寬帶隙半導體)的全球領軍企業(yè)。目前公司專注于碳化硅和氮化鎵材料、功率和射頻(RF)器件的生產制造與銷售。Wolfspeed是目前全球最大的SiC襯底制造商，公司成立于1987年，并于1993年納斯達克上市。創(chuàng)始人曾在北卡羅來納州立大學從事SiC物理特性相關科研工作。

公司技術最初商業(yè)化應用場景為LED，小部分產品進入軍用和航空航天領域，后進入照明市場。?近年來，公司戰(zhàn)略不斷發(fā)生變化，并于2021年10月將公司名稱由CREE更改為Wolfspeed，加大在第三代化合物半導體領域中的布局。

英飛凌科技（IFNNY）

英飛凌1992年開始研發(fā)SiC功率器件，1998年建立2英寸的生產線，2001年推出第一個SiC產品。20年來公司的碳化硅技術在不斷進步，2006年發(fā)布采用MPS技術的二極管，解決耐沖擊電流的痛點；2013年推出第五代薄晶圓技術二極管，2014年——2017年先后發(fā)布SiC JFET，第五代1200V二極管，6英寸技術和SiC溝槽柵MOSFET。

2019年以來，英飛凌推出Cool SiC MOSFET系列，Cool SiC單管產品采用TO和SMD封裝，電壓等級為650V、1200V和1700V，額定導通電阻為27mΩ-1000mΩ，適用于硬開關和諧振開關拓撲，即使橋接拓撲中關斷電壓為零時，出色的寄生導通抗擾度也可在低動態(tài)損耗方面樹立基準，優(yōu)化了開關性能。

意法半導體（STM）

2019年12月2日，意法半導體完成對瑞典碳化硅晶圓制造商Norstel AB的整體收購。此次并購后，Norstel將被完全整合到意法半導體的全球研發(fā)和制造業(yè)務中，繼續(xù)發(fā)展150mm碳化硅裸片和外延片生產業(yè)務研發(fā)200mm晶圓以及更廣泛的寬禁帶材料。

在全球碳化硅產能受限的大環(huán)境下，整體并購Norstel將有助于增強ST內部的SiC生態(tài)系統(tǒng)，提高生產靈活性，使ST能夠更好地控制晶片的良率和質量改進，并為碳化硅長遠規(guī)劃和業(yè)務發(fā)展提供支持。總目標是保證晶圓供給量，滿足汽車和工業(yè)客戶未來幾年增長的MOSFET和二極管需求。

第四章 未來趨勢

第三代半導體戰(zhàn)略地位得到廣泛重視

由于在新能源汽車、5G通訊、光伏發(fā)電、智能電網、消費電子、國防軍工、航空航天等諸多領域具有廣闊的應用前景，第三代半導體材料的重要性和戰(zhàn)略地位得到廣泛重視。歐盟委員會、美國能源部、日本新能源產業(yè)技術開發(fā)機構等發(fā)達國家和機構相繼啟動第三代半導體襯底及器件的多個發(fā)展計劃和研發(fā)項目，推動本國（地區(qū)）第三代半導體產業(yè)鏈發(fā)展，鞏固其在第三代半導體領域的領先地位。

國內方面，2016年至今，中央和地方政府對第三代半導體產業(yè)給予了高度重視，出臺多項產業(yè)發(fā)展扶持政策。國務院及工信部、國家發(fā)改委等部門先后在產業(yè)發(fā)展、營商環(huán)境、示范應用等方面出臺政策，進一步支持我國第三代半導體產業(yè)發(fā)展；科技部通過“國家重點研發(fā)計劃”共支持第三代半導體和半導體照明相關研發(fā)項目超過30項，涵蓋電力電子、微波射頻應用的多個應用領域，對第三代半導體基礎研究及前沿技術、重大共性關鍵技術、典型應用示范給予高度重視和重點支持；北京、深圳、濟南、長沙等地方各級政府出臺多項產業(yè)發(fā)展措施和政策，引導和支持區(qū)域內第三代半導體產業(yè)發(fā)展。

碳化硅晶片需求旺盛，供給相對不足

隨著新能源汽車、5G通訊、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網等行業(yè)加大應用碳化硅器件的投資，全球對碳化硅器件需求持續(xù)增長，國內碳化硅器件領域的投資也逐漸升溫，對上游碳化硅晶片的需求持續(xù)。因此，新進入的碳化硅晶片生產商在短期內形成規(guī)?；芰Υ嬖谳^大難度，市場供給仍主要依靠現有晶片生產商擴大自身生產能力，國內碳化硅晶片供給不足的局面預計仍將維持一段時間。

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