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第三代半导体材料氮化镓,受益于国家政策来势汹汹!

18 07月
作者:无痕阅盘|分类:股海风云|标签:氮化镓 半导体 第三代 5G


在发现半导体之前,人类只能用机械控制电。但有了半导体之后,人类可以直接用电来控制电,正式进入电子时代。

 

作为制作半导体器件和集成电路的电子材料,半导体材料是整个半导体产业的基础,目前已经发展到第三代。

 

一般来说,越往后发展的会越先进,会取代之前的。但半导体的“代”不是替代关系,而是同时存在的关系,只是各自应用范围不同,分别应用于不同的产品和场景。

 

三代半导体材料简介 


  

一代半导体材料主要是指硅(Si)、锗(Ge),兴起于20世纪50年代,带动了以集成电路为核心的微电子产业的快速发展,被广泛的应用于消费电子、通信、光伏、军事以及航空航天等多个领域。

 

硅是大家熟知的半导体材料,占据了绝对主导地位,目前大多数的半导体器件及集成电路产品还是使用硅晶圆来制造,硅器件占到了全球销售的半导体产品的95%以上。


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第二代半导体材料是以砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)为主的化合物半导体,相对于硅材料具有光电性能佳、工作频率高、抗高温、抗辐射等优势,主要被用于制作高频、高速以及大功率电子器件,在卫星通讯、移动通讯以及光通讯等领域有较为广泛的应用。

 

第三代半导体材料包括了以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的宽禁带化合物半导体。相比于第一代及第二代半导体材料,在高温、高耐压以及承受大电流等多个方面具备明显的优势,因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。

 

GaN 和 SiC 在材料性能上各有优劣,因此在应用领域上各有侧重和互补。

 

与GaN相比,针对 SiC 材料的研究时间更长,相对技术成熟度更高,其在导热率上具备更多的优势,因此在高功率应用,比如高铁、输变电、新能源汽车以及工业控制等领域占据主要地位;GaN 材料的优势在于拥有更高的电子迁移率,因此会比SiC和Si有更高的开关速度,在高频率领域具备优势,例如微波射频以及通信等应用场景。

 

第三代半导体产业链与一般半导体产业链模式相类似,一般分为衬底、外延生长、设计、制造以及封装这五个流程,同样也存在IDM模式,实现了设计制造的一体化。


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SiC(碳化硅)


  

SiC具有耐高压、耐高温、能量损耗低、大功率等特点,可用于制造MOSFET、IGBT、SBD等器件,是卫星通讯、高压输变电、轨道交通电动汽车、通讯基站等重要领域的核心材料,被认为是5G通信晶片中最理想的衬底。

 

目前行业呈现美、欧、日三足鼎立格局,其中美国一家独大,全球产能占比超过七成。行业模式以IDM模式为主,代表性企业有美国 Cree、德国 Infineon、日本罗姆和意法半导体,大陆IDM厂商以泰科天润、瑞能半导体和华润微为代表,但与国际领先水平仍有较大差距。


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根据 Yole 相关报告,SiC器件市场规模在2018年为4.3亿美元左右,到2019年增长至5.64亿美元,未来仍将保持稳步增长,预计在2025年整体市场规模将达到32亿美元左右,年均复合增长率保持在30%以上。


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从 SiC 下游应用占比来看,目前电动汽车领域占据了主要市场,未来随着 SiC 车用逆变器的大规模采用,汽车市场占比还将持续上升,成为SiC市场增长的主要推动力。

 

GaN (氮化镓)


  

GaN 具有高临界磁场、 高电子饱和速度与极高的电子迁移率等特点,是超高频器件的极佳选择,适用于5G通信、微波射频等领域的应用。

 

5G射频系统由于要使用到高频载波聚合以及高频带等多种新技术,整体系统复杂度大幅提高,使用GaN等新技术可以大幅缩减系统功耗。快速充电领域也将是GaN未来重要的增长点,GaN快充使手机快速充电器可以做到大功率、小体积,与目前的小型化以及高功率发展趋势完美契合。

 

GaN 龙头企业以IDM模式为主。衬底市场主要由日本住友化工、三菱化学和新越化学主导,市场份额超过 90%;外延片龙头包括括 NTTAT、EpiGaN 、IQE等;制造环节代表性企业包括稳懋、富士通和台积电等。具体的可以看下图。


第三代半导体材料氮化镓,受益于国家政策来势汹汹!

 

根据 Yole 统计数据,2018年GaN整体市场规模为6.45亿美元,其中无线通讯应用规模为3.04亿美元,军事应用规模为2.7亿美元,未来在电信基础设施以及国防两大应用的推动下,预计到 2024 年,GaN 市场规模将增长至20.01亿美元,年复合增长率为 21%。

 

写在最后


  

近年来,国家对于第三代半导体产业发展提供了持续不断的政策方面的支持,发布了多项行业政策以及财税政策给相关企业提供发展助力。


第三代半导体材料氮化镓,受益于国家政策来势汹汹!

 

在5G基建、5G终端射频和新能源车等多重需求推动以及国家政策大力支持的双重驱动下,未来成长空间广阔,相关厂商有望迎来较好的发展机遇,我国第三代化合物半导体市场规模有望实现快速增长。


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