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以产业论：中国靠第三代半导体实现换道超车了吗？能否突破美国“枷锁”？

2022-08-22 08:30:00

日前，中国香港媒体的一篇报道引起了广泛关注，文章的原标题是《中国三代芯片换道超车，超越美国四方联盟围堵》。文章中有几句话如下：

“美国可以用来制裁和控制中国第三代芯片发展的手段和技术也十分有限，中国新兴科技产业正迎来追赶和发展的良机。”

“既然第二代芯片被美国封锁或本身存在巨大的不确定性，不如另觅新径向第三代芯片进发，至少在其他能追赶上国际水平的领域先追上，并大量地扩大生产，尽量做到自给率越高越好。”

恰逢电子发烧友网此前刚刚完成对全球第三代半导体产业的梳理，我们将中国第三代半导体产业放到全球来看一下，我们是否领先？是否实现了借助第三代半导体的换道超车？

中国第三代半导体的实力

第三代半导体是以碳化硅SiC、氮化镓GaN为主的宽禁带半导体材料，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率、可承受大功率等特点。

目前，国产厂商在SiC和GaN方面都有布局。首先看一下SiC，在制造方面，目前半绝缘型SiC市场主要以4英寸衬底为主，导电型SiC主要以6英寸为主，但在更先进的8英寸晶圆升级上，国际厂商目前是明显领先国内厂商的。在我们的统计中，II-VI 、Wolfspeed、罗姆、ST 等厂商基本都预备从2022-2023年开始量产8英寸SiC。而根据中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟的预测，国内在2025年之前主要工作是4英寸到6英寸的升级。

制造方面的进度落后也反应在材料方面，目前国内主要提供SiC晶圆的厂商是山东天岳、天科合达、河北同光等，产品主要还是4英寸衬底为主，6英寸还在研发或者上量的阶段。当然，从下方我们分享的一张图片也能够看出，目前国内SiC材料厂商和国际厂商的差距。

然后我们再看一下GaN的上游。在GaN-on-GaN方面，苏州纳维在2017年就率先推出4英寸GaN单晶衬底，并且还表示突破了6英寸的关键核心技术，算是和国际厂商并驾齐驱，甚至是稍稍领先；而在GaN-on-SiC方面，情况其实是和上面SiC类似的，国际厂商目前份额和技术上都领先；在GaN-on-Si方面，目前市场份额最高的是住友电工、Wolfspeed、Qorvo等三家厂商，不过苏州晶湛2014年就已研发出8英寸硅基外延片，现阶段已能批量生产，因此技术上并不落后。

整体而言，在GaN的上游材料环节，国内企业在一些外延片的技术上已经追赶上，但是份额，或者说是市场的认可程度依然处于落后，并且我们已经规模量产的材料产品多是中低端的，因此仍需要更长的时间来提升。

从大的产业维度来看，第三代半导体的中游便是各大元器件供应商，也可以叫做芯片公司，提供的产品主要是功率电子、射频电子、光电子等。

在此前电子发烧友的梳理文章《GaN射频应用优势明显，功率玩家厚积薄发》中，我们主要看了射频以及功率器件。下图便是GaN器件相关厂商的汇总情况，无论是从厂商数量，还是从技术、应用进度来看，目前我国在GaN器件方面取得的成果是可喜的。

在GaN射频器件方面，虽然目前依然是国际厂商占据着主要市场，比如恩智浦、住友、Qorvo等，但是随着国内5G基站的快速建设，国内厂商如苏州能讯、中兴微电子、海特高新等也都在这方面形成了规模出货。

而在功率器件方面，根据TrendForce的统计数据，2021年国内厂商纳微半导体已经以29%的出货量占比超越Power Integrations（PI），成为该领域的第一名。而国内企业英诺赛科同样进展神速，以20%的出货量占比排在第三位。目前，GaN功率器件主要应用是在手机充电器，笔记本电脑厂商也在积极地布局。

在车用方面，GaN功率器件当前的主要应用集中在OBC上，国内厂商安世半导体和国际厂商ST、英飞凌、Ti、GaN Systems等几乎是齐头并进。

而从下图也能够看出，目前国内厂商在GaN器件正在积极地布局。

相较于GaN器件层面的成绩，国产SiC器件就显得逊色了一些，目前主要市场依然掌握在BIG5厂商手里，也就是ST、英飞凌、Wolfspeed、罗姆和安森美。不过，积极的一面是，国内在这个方面还是有很强的赶超意识和追赶姿态，在SiC二极管、SiC MOSFET和SiC模组方面都有布局。比如在SiC二极管方面，有泰科天润、三安、华润微电子、扬杰科技等厂商，而瞻芯电子、派恩杰、国基南方等则在积极布局SiC MOSFET。

中国第三代半导体的潜力

从芯片产业来看，国内厂商在第三代半导体的每一个环节都有布局，不过除了在GaN器件方面，目前国产厂商在各个环节都还处于追随者的位置，并没有完全体现出换道超车的效果，当然已经有了厚积薄发的态势。

不过，值得注意的是，目前和国产厂商竞争的主要对手是欧日厂商，美国在第三代半导体方面的优势并不如在硅半导体方面那么大。当然美国自己也意识到了这个问题，美国芯片制造商Wolfspeed已经在纽约州建成美国制订本土半导体振兴计划后的首家大型SiC晶圆厂，也是一座大型的8英寸SiC工厂，正在抢滩SiC市场。

因此，从当前的产业动态来看，第三代半导体确实是中国芯片产业突破美国封锁的一条可选路线。

并且，从下游市场来看，国内发展第三代半导体确实有着更坚实的市场基础。第三代半导体主要应用于光电、电力电子、以及微波射频三大领域，智能电网、新能源汽车、轨道交通、光伏、移动电子设备等是重要的终端市场，这其中国内在各个领域都有巨大的市场容量，我们以香港媒体提到的光伏和新能源汽车来看一下。

根据CPIA（中国光伏行业协会）的统计数据，2021年底中国大陆企业硅片产能约为407.2GW，占全球的98.1%，占据绝对领先地位，目前全球十大光伏企业均为中国企业。

而在新能源汽车方面，目前国产厂商发展速度同样迅猛。根据工信部的统计数据，2021年，我国新能源汽车产销量均超过350万辆，同比增长1.6倍。工信部装备工业一司副司长郭守刚曾用三个“快速”形容国产新能源汽车产业，即产销规模快速增长、质量品牌快速提高、产品出口快速增长。2022年，国内新能源汽车市场持续火热，根据工信部总工程师田玉龙此前透露的数据，上半年国内新能源汽车产销分别完成266.1万辆和260万辆，同比均增长1.2倍，市场渗透率为21.6%。

因此，从市场环境来看，国内第三代半导体拥有一片沃土。当然，在新能源汽车领域，国产第三代半导体厂商依然存在起步晚的天然劣势，需要从工规一点点向车规过渡，而这个门槛非常高，周期也非常长。业内人士表示，按照汽车行业的验证周期维度来算，我们可能会在1-2年后，看到国产SiC MOSFET大规模被应用在新能源汽车上。