行业动态|海内外龙头相继上市下游汽车市场放量在即第三代半导体处爆发前夜

财联社（上海，记者 邱豪 王碧薇 实习记者 林荣昌）讯，被视作前沿产业的第三代半导体，近年来投资热度持续升温，俨然成为业界、资本界和各地政府宠儿。

与此同时，海内外龙头企业也即将迎来资本市场的检验。9月初，国内领先的第三代半导体材料商山东天岳（天岳先进）首发过会，不久将正式登陆科创板；大洋彼岸，全球领头羊Cree（已更名为Wolfspeed）则将从纳斯达克交易所转场，于10月4日登陆纽交所。多位业内人士和分析人士向财联社记者表示，受益于电动汽车等下游市场的可观需求，第三代半导体产业已处于爆发前夜。

物理性能适配电动汽车 SiC器件未来5年CAGR近4成

第三代半导体，指的是以SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）为代表的宽禁带化合物半导体。和Si（硅）相比，SiC和GaN在禁带宽度、热导率等物理特性上具备明显优势，故而更适用于高压、高温和高频场景，主要在新能源汽车、光伏、5G基站和快充等领域发挥所长。

目前主要的第三代半导体器件包括应用于射频领域的GaN器件、应用于电力电子功率领域的SiC器件及GaN-on-Si器件等，其中又以SiC功率器件的未来空间最广。TrendForce集邦咨询分析师告诉记者，2020年SiC功率器件的市场规模约6.7亿美元，预计2025年将达到33.9亿美元，年复合增长率为38%。

在下游市场方面，SiC功率器件最主要的增长驱动力来自新能源汽车，占比在6成左右。车上应用包括主区逆变器、车载充电器（OBC）和直流变压器（DC-DC）等。对于电动汽车而言，SiC器件的吸引力不小：与硅基IGBT相比，采用SiC的逆变器重量更轻、电池的续航能力更强、充电效率更高，与电动汽车追求轻量化和长续航十分契合。

业界自然颇为关注SiC的“上车”进展。2018年，特斯拉率先在Model 3中采用全SiC逆变器，就引发了不小轰动；国内方面，去年比亚迪(002594,股吧)也将SiC MOSFET首次用在了在“汉”系列上；今年以来，包括蔚来、江淮、吉利等越来越多的车厂相继宣布采用SiC器件。功率器件商英飞凌于近日表示，目前已有超过20家整车厂和Tier1的客户正在验证其SiC产品。

一组以特斯拉为例的计算可以直观说明潜在的供需缺口：据估计，每两辆特斯拉Model 3就需要一片6英寸的SiC晶圆，按照100万辆的产能计算，每年需要50万片SiC晶圆片。而2020年全球6英寸SiC晶圆产量约为40-60万片，意味着仅特斯拉一家车企就能吃下全球现有的全部产能。

这也给了产业链龙头，尤其是材料商们大步扩产的动力：占据最多份额的Cree在2019年宣布五年内投资10亿美元，以便在2024年将产能提升30倍，8英寸SiC衬底也将在2022年量产；II-VI则表示将把6英寸SiC衬底的产能提升5至10倍，其中也包括量产8英寸衬底；此外，罗姆、昭和电工等也都接连公开大幅扩产的计划。

经历过此轮缺芯潮带来的停产之痛，许多车厂亦开始提前布局，与上游密切绑定，成为第三代半导体产业链发展的重要推手。

材料供给已现短缺 器件价格制约需求增长 衬底成降本关键

下游需求仍在逐步打开，而上游材料的供应已经吃紧。前述分析师向记者表示，目前第三代半导体的供应链关键点落在了SiC衬底以及GaN外延片上。

“SiC衬底作为整个第三代半导体产业的核心环节，其制程难度高、放量生产困难，主要被海外几大厂商掌握，使得市场供应量有所不足；而GaN外延片的批量供应则主要被台积电等几大代工厂掌握，现阶段消费快充市场需求持续处于高位，使得头部GaN功率设计厂商已经占据绝大部分产能，其他厂商很难再拿到产能，而新进的代工厂要达到‘成熟’的工艺能力，必须经过一定的时间周期，所以供需形势同样不容乐观。”该分析师指出。

头部材料商们近来频频签下供货长单，未来产能被客户提前锁定。如全球最大的SiC外延片供应商昭和电工，今年以来先后获得来自英飞凌、罗姆和东芝的长约。Cree也早与英飞凌、意法半导体、安森美等中游企业签订长期供货协议。

某国内SiC功率器件设计公司的CEO告诉记者，目前Cree等海外龙头的晶圆片已经很难买到，“现在美国的大厂，只针对几个大客户给长年限的合同。小客户去买，要么没货，要么交期很长。不过这对国内上游材料企业来说，也是一个很好的机会。”

而具有军用属性的半绝缘型SiC衬底（用于制成GaN射频器件）更是遭遇来自美国等《瓦森纳协定》成员国的禁运。贸易管控背景叠加国内5G建设高峰，使得刚过会的山东天岳在2020年迎来营收倍增，在半绝缘领域的全球市占率也从2019年的18%大幅提升至30%。然而业内对其能否维系这一份额存在分歧。

供不应求的另一面，是SiC仍有较大的降本空间。有产业链人士向记者表示，材料工艺进步带来的良率提升，就有望让SiC价格下降1/3，而长远看，未来成本削减的上限或为当前价格的一半。

“SiC取代硅基IGBT的技术路线，特斯拉和比亚迪已经给大家探过路了，肯定没问题。现在核心的矛盾是价格，真正愿意去用SiC器件的，还只是一部分车型。”《化合物半导体》中文版主编陆敏博士告诉记者，当下SiC材料的价格大约是硅的60、70倍，制成的SiC SBD器件价格约是硅基器件的2-5倍，而SiC MOSFET器件大概在5-8倍。

“SiC价格基本上每年以10%-15%的幅度在降，但目前单晶衬底主流的制备方法PVT（物理气相传输法）存在技术瓶颈，长期看成本减半即是上限，还是会比硅器件贵很多，”陆敏认为，在有新的颠覆性制备工艺商业化应用之前，SiC器件的增长极限是与硅基器件平分汽车市场。

产业界则流传另一套算法：虽然在一辆车上采用SiC意味着增加200-300美元，但整车成本可以节省更多——包括600美元的电池成本、600美元的汽车空间成本以及1000美元散热系统成本。

前述器件设计公司CEO也认为，单个器件对比而言，SiC没有价格优势，但从整个系统应用角度去考虑，SiC的效益显然更佳。不过，他同时承认，“厂家从自身利益出发，现在还没到全系统替换的时候，因而SiC的功效还不能完全发挥。”

尽管对“贵”的标尺不统一，但削减成本、进而释放下游需求，已成产业链共识。据了解，目前上游材料成本占到器件成品的75%，其中衬底约占50%，外延约25%。

有业内人士向记者表示，和衬底相比，外延技术难度并不大，而一些器件IDM商也正在向上游外延环节延伸，以达到削减成本的目的。因此真正的降本痛点落于衬底环节，这也是整个第三代半导体产业链上价值量最大、技术壁垒最高、国内与国际水平差距最大的一环。

国内衬底项目遍地开花 业内人士：多数难实现产业化

与传统硅基IC的晶圆制造相比，第三代半导体投资周期短，固定资产投资相对较弱，更依赖于工艺和人，已吸引大量资本的涌入，相关项目呈遍地开花局势。

据中国电子材料行业协会统计，目前国内光是SiC衬底在建和已建成的项目就不下于30个，其中不乏三安光电(600703,股吧)、露笑科技(002617,股吧)等上市公司身影。项目总规划投资额超过300亿元人民币，预计规划产能超200万片/年。

不过，中电科第四十六研究所首席专家王英民博士表示，目前国内SiC衬底已实现产业化的仅有山西烁科、山东天岳、天科合达、河北同光4家公司，2020年国内产量为11万片左右。多位受访人士认为，国内在衬底环节起步时间晚、技术和人才储备弱，而大多跟风新进的参与者对材料性质不熟，产业化前景并不乐观。