電子發燒友網報道（文/黃晶晶）第三代半導體的火熱程度勿需多言，從氮化鎵電源適配器的規模放量到特斯拉搭載碳化硅模塊，再到國內如火如荼地投資第三代半導體，這個產業被廣泛地看好。那么，2021-2022年第三代半導體的發展形勢如何呢？在日前舉辦的2022集邦咨詢化合物半導體新應用前瞻分析會上，北京大學教授、寬禁帶半導體研究中心主任沈波、集邦咨詢化合物半導體分析師龔瑞驕等專家介紹并分析了第三代半導體技術/產業發展現狀等議題。

國內外第三代半導體現狀與差距

第三代半導體，在國際上叫做寬禁帶半導體，主要以氮化鎵和碳化硅材料為主，主要應領域包括光電子、射頻電子、功率電子三大方向。

沈波分析指出，射頻電子方面，第三代半導體的應用從軍用雷達開始，探測距離和功率密集是成正比的，而氮化鎵和砷化鎵相比，功率密度要高得多，因此它做相控陣雷達有不可替代的優勢。民用方面，在5G移動通訊等應用上氮化鎵也以其高性能逐漸取代Si基LDMOS得到廣泛應用。

以新能源汽車、軌道交通為首的應用領域對碳化硅功率電子的需求大幅提升，同時氮化鎵也在其中扮演重要角色。通用電源則是另一個對氮化鎵等功率器件需求旺盛的市場。尤其是電源適配器等已經不斷拉升氮化鎵的使用量。

光電子仍然是第三代半導體當中產能規模最大的應用，包括LED照明、Mini/Micro-LED及其新型顯示應用、深紫光固態光源等方向。半導體照明的節能效益已非常可觀，中國的替代率已接近40%，同時Mini/Micro-LED及其新型顯示應用也在大力發展。

2020年功率電子的市場規模在50多億元，增長率接近90%，射頻電子在60多億元，增長率超過50%，長期來看功率電子的規模將超過射頻電子。同時，受到5G、新能源汽車、充電樁、數據中心、快充等行業的規模發展拉動，功率和射頻電子的市場規模未來有望和半導體照明市場并駕齊驅。

第三代半導體的核心技術包括在襯底、外延、芯片等環節。當前，碳化硅襯底方面國際上6英寸襯底是主流，Cree已推出8英寸但尚未導入量產。國內碳化硅相關企業已達30多家，4英寸碳化硅襯底已經成熟，6英寸導電型襯底已經規模產業化，8英寸襯底與國際還有較大差距。

碳化硅芯片方面，針對碳化硅功率電子，國際上已經完成多次迭代，二極管發展到第五代，三極管發展到第三代，IGBT也進入產業導入前期。車規級碳化硅模塊有意法半導體量產，羅姆、英飛凌、Cree等通過認證，逐漸走向成熟。國內碳化硅器件主要是二極管已經量產出貨，碳化硅MOSFET還在量產導入前期，預計2022年工業級碳化硅MOSFET將會量產，車規級預計在2-3年后可實現量產。

此外，650以下的氮化鎵功率電子技術已基本成熟，并實現了規模量產。但在650伏以上平面結構的氮化鎵功率電子的可靠性依然還有問題。

半導體照明從光效驅動轉向成本驅動的趨勢非常明顯，無熒光粉LED照明和長波長LED技術較為活躍。Mini-LED背光已經規模量產，Mini -LED直接發光技術已經可行，主要由于成本問題而沒有商業化。Micro-LED用于新型顯示則還有很長的路要走。

工業、儲能、新能源汽車將大幅拉升第三代半導體的市場需求

據集邦咨詢預測，隨著電動車滲透率的不斷升高以及整車架構朝800伏方向邁進，預計2025年全球對SiC的需求量將會達到169萬片，其中絕大部分的應用將會體現在汽車的主逆變器。受益于新能源革命，下游的光伏、儲能、新能源汽車以及工業自動化的爆發，功率半導體行業迎來了新的高景氣周期，整個功率半導體、分離器件和模塊的市場規模將從2020年的204億美金增長到2025年的274億美金，寬禁帶半導體的市場規模將從2020年的不到5%達到2025年的接近17%。

龔瑞驕指出，特斯拉引爆汽車市場的碳化硅應用。我們預測全球的SiC功率市場規模將從2020年的6.8億美元增長到2025年的33.9億美元，其中新能源汽車將成為最主要的驅動力，SiC將在主逆變器、OBC、DCDC中取得主要的應用，另外在車外的充電樁和光伏儲能領域有很大的應用。在這兩年光伏儲能領域SiC會有加速的滲透。

他還表示，GaN在消費市場快速的起量，但整體還處于一個初期階段，蘋果今年推出了140瓦的GaN快充，我們也認為GaN確實需要從消費電子做一個過渡，反復驗證它的可靠性，然后建立一個產能和生態的格局，方便以后推向工業級以及車規級。另外GaN整個市場規模將會從2020年的4800萬美元增長到2025年的13.2億美元。除了消費電子，它在新能源汽車、電信以及數據中心等也將有較大的成長空間。

沈波表示，中國已經形成了完整的第三代半導體產業鏈，從襯底、外延到芯片都有不少機構從事相關研發工作，并且也掌握了材料技術。但在產品研發上特別是高端產品，國內廠商與國外差距較大。

從產業布局看，第三代半導體產業主要集中在長三角、京津冀、珠三角（含閩三角）等區域。京津冀以研發為主，長三角和珠三角（含閩三角）以制造為主，長三角的電子更強，珠三角在光電子領域有優勢。另外、武漢、西安、合肥、成都、重慶、南昌、濟南、長沙、大連等城市也有一定規模的第三代半導體產業。

但沈波也同時認為，如今全國范圍的第三代半導體投資熱潮，若都實現量產，近期恐將引發一定程度產能過剩。如何合理利用這些產能，他指出，以新能源汽車為例，現今的年出貨量在300萬輛，但新能源汽車對碳化硅、氮化鎵器件的需求空間巨大，預期2025年年出貨量將達700萬輛，這一增長趨勢將帶動第三代半導體的需求量，從而逐漸的讓產能釋放。