0625 韭菜公社第三代半导体专家会议纪要

Part1

碳化硅氮化硅市场产业化的进度，细分市场规模和增长速度，以及产业链中不同环节的技术突破和价值地位高低。

第三代半导体又称宽禁带半导体，现在比较成熟两个材料，一个就是碳化硅（SiC），一个氮化镓(GaN)，只能做分立器件。在整个半导体的这个领域当中，只占很小的一个领域。

存量领域

半导体领域最大的一个领域是集成电路。集成电路现在几乎100%都是用硅来做。整个半导体领域现在一年销售额大概是在五千亿美金左右。其中90%都是硅，剩余10%里才是非集成电路，分立器件约占的5%。

增量领域

例如新能源汽车、5G基站，是一个很大的空间。但即使算上增量，也不到一千亿的体量。可能天花板的空间估计在几百亿美金。去年整个第三代半导体在分立器件这个领域约6亿美金左右。加上5G基站约6亿美金左右，合计十几亿美金。十几亿美金将来要发展成几百亿美金还是很有想象空间，但在半导体领域当中仍然只是一个细分的市场。

分立器件分两类

电力电子器件，主要用在新能源汽车、光伏逆变器等领域。

微波射频器件，做信号传输，例如5G基站。

第三代半导体的主要应用领域就是目前最热的两个行业5G、新能源汽车。但在新能源汽车里，一辆车价值最多10%要用到电力电子器件或者碳化硅氮化镓。其余90%其他的例如电机、电池等。

碳化硅氮化镓之间的关系

电力电子领域（电流电压的功率变换）它们两者之间有不同的赛道。

碳化硅适合中高压，650伏以上的电压等级。主要应用场景是新能源汽车、光伏逆变器以及工业的一些应用领域。

氮化镓适合中低压，655伏以下，主要应用场景是快充，手机快充消费电子快充等。

微波射频5G基站领域

氮化镓碳化硅是合作使用的关系。是在碳化硅的基板上长一层氮化镓，叫碳化硅基的氮化镓。这个材料做出来的器件，就是微波射频器件，用在5G基站的功率放大器。现在5G基站里50%用碳化硅基的氮化镓器件，剩余50%用传统的硅器件。

市场空间:碳化硅现在处在一个市场爆发的状态，主要感谢马斯克。在特斯拉没有使用碳化硅之前，碳化硅在这个领域的应用一直没起来。基本上做碳化硅的都在亏损，即便到现在大部分还在亏损。特斯拉在新能源汽车上用了碳化硅之后，就把市场带起来了。全球将近上亿辆汽车，各国都在推进新能源汽车。去年已经中国将近100多万了，全球300多万，这个数字逐年在增加，假设未来10-15年后，全部变成新能源汽车，这个市场就很大。

假设一亿辆汽车一半用上碳化硅，5000万辆这个市场就有500亿美金。去年车上大概用了3亿美金，从3亿到500亿，差不多要用10-15年的时间，年复合增长率在30%以上，这是最大爆款的市场。碳化硅还有其他市场，尽管体量没有车那么大，但渗透率比车要高一些。

光伏:去年1.2亿美金，将来到饱和之后估计将近有40亿美金每年，基本上也是每年以20%的速度在增长。风电:和光伏并行，去年体量约0.2亿美金左右，将来到饱和之后估计将近也有40亿美金每年，基本上每年也是百分之20-30%的速度增长。车外配套设施充电桩:去年约0.5亿美金，将来饱和估计可以到80亿美金。

还有两个领域，市场饱和量不会太大。目前还需要技术突破，但将来肯定要用碳化硅。一个是火车，就是高铁和地铁，还有就是电网特高压输电。因为自带火车电网要求的功率和电压都比较大。碳化硅是越高压电流越大越高功率，越有优势。

氮化镓（GAN）主要是硅基氮化镓，走的低成本路线，市场刚刚开启，应用场景包括消费电子（例：快充）、服务器电源、微型逆变器、激光雷达等，远期市场空间是100亿。

应用场景。因为材料异质性和外延材料问题，目前氮化镓主要只用于消费电子快充方向，对应空间不到10亿美金。其他应用场景中，服务器电源都要备份，低压电流要求也不高，但行业空间不小；光伏领域，户用微型逆变器方向，欧美应用居多，中国未来可能发展；激光雷达方向是潜在的巨大市场，华为是激光雷达路线（特斯拉视觉路线），未来汽车智能化可能使用很多激光类产品，氮化镓可用于激光脉冲电源的驱动器，但目前氮化镓产品质量还无法达到车用功率器件的标准。

无论碳化硅和氮化镓，产业链包括上游（衬底）、中游（外延、设计、制造、封测）、下游（应用）。碳化硅衬底是产业链中技术门槛最高的环节，是制约整个产业链环节发展的关键。目前碳化硅生产中一台炉子一年产300-500片，而硅片一台炉子生产几万片；六寸的碳化硅片价格达到7000元左右，而六寸硅片价格100元左右，两者差距在60-100倍，而如此巨大的差距主要因为碳化硅衬底难长。衬底生产难度极高，生产效率较低，导致价格很贵，行业处在成熟技术生产效率低，生产效率高的技术（如液相法等）又不成熟的处境之中。衬底产量低和高价制约了行业的发展，未来行业快速发展的关键取决于衬底的发展情况和降价速度。

5、目前普遍认为半导体第一代差距较大，第二代有一定差距，第三代起点相同差距较小，可以弯道超车。碳化硅差距可能至少在5年，在各个环节衬底、外延器件等都有差距，国内一级市场投资可能超过千亿，有点过火。

Part2

国内涉足第三代半导体的公司，技术和产能优势排序。三安集成、天科合达、山东天岳、海威华芯等。

衬底：衬底环节，国内外差距很大最主要体现在尺寸，世界主流尺寸是6英寸，但目前国内主流还是在4英寸，而且国外Cree已经研制出8英寸，最快2022年底可能就能进入市场，而国内现在6英寸还是小批量供应，所以尺寸上体现出技术差别，另外衬底品质上差别，体现在是否完美，技术中有两个指标，微管和位错，微管部分国内外差别不大，都是每c㎡小于1个，位错国外目前Cree可以达到1000/c㎡，国内目前是5000-1万/c㎡，技术差距大约有5年时间才能赶超。

器件：其次门槛较高的就是器件，器件的难度体现在工艺步骤很多，比如1个二极管大约几十步工艺，1个MOSFET大约上百步工艺，另一方面前期需要大规模投资，衬底一条产线可能几亿，器件至少在10亿人民币以上，核心问题还是工艺步骤多及一些核心高温工艺，如高温栅氧 高温注入等。

目前国内外差距主要体现在，国外MOSFET已经大批量出货了，国内目前还没有能够大规模供货的企业，原因是因为国内目前还是在二极管领域，在三极管领域技术还是稍有滞后，同时二极管部分动静态指标也有一定差距，虽然电流电压等级参数相同，但导通电阻、开关损耗等相对有差距，意味着当真正面临使用阶段，效率会有一定差距。

除此之外，用在消费电子、工业、车规可靠性不同，目前车规级国内还没有企业能供货，特斯拉是意法半导体供货，比亚迪汉据行业内有传言是英飞凌供货，所以这部分就是器件上我们与国外还有一定差距。

封装：封装环节的核心矛盾在于，碳化硅材料的主要特性是高温高频，但目前封装还是照搬硅封装，所以高温高频性能并不能得到有效发挥，但这部分国内外都还没有突破，国内斯达半导体在做硅封装模块比较优秀，目前在碳化硅方面也有布局。

外延：整体来看，碳化硅领域，技术瓶颈较低的是外延，目前外延有商用商业化设备的主要有两家国外企业，一家是意大利的LPE，另一家是德国的Aixtron，因为这两家公司在卖设备的时候也会带工艺，所以技术门槛不是太高，大约一千万左右就能买一台设备就可以做出合格的外延产品，后续的研发主要体现在让厚度更厚，性能更好以及在保证品质的情况下降成本，因为器件中衬底成本大约占到50%，外延成本在20-25%，所以外延工艺控制好，成本可以降低很多。

应用：最后是应用部分，应用需要量大才有技术问题显现及突破，目前国内大部分车企，比亚迪，北汽、宇通、蔚来等都有相应平台在做。

氮化镓与碳化硅不同，首先是技术相对滞后，其次是在硅衬底基础上完成的，硅衬底是集成电路范畴，所以台积电、三星等大厂都会代工，国内中芯国际也会做，所以氮化镓在器件环节的设计和代工可以沿用集成电路的模式，可以代工。之间的差别体现在，器件中最核心的工艺是光刻，光刻对衬底的透光率识别要求很高，而氮化镓整体透光性质由硅决定，所以可以沿用硅代工，但碳化硅的透光率和光刻的条件就完全不同，另外还有很多独特的高温工艺，所以目前尚无大的代工体系。

氮化镓领域，最大问题在于设计难度较大，这个领域最好的公司是北爱尔兰的纳微半导体，目前是让台积电代工，现在在美国准备上市。氮化镓目前主要在消费电子上应用，器件的频率越高，电感这些无源器件就可以越小，最终体现在充电头就可以越小，所以氮化镓器件的小取决于频率，频率取决与集成度，纳微半导体主要是解决这方面问题，此外器件中的驱动电路等都是低压的，但氮化镓是高压的，要把低压和高压设计在一个芯片上是有很大学问的，目前国内企业暂时还很难做到，所以氮化镓的制造流程主要难度就在设计环节。

第二个技术门槛较高的环节在外延，硅上用氮化镓就做异质外延，要做出比较好的品质、性能来，跟设计和制造都要挂钩。其他模块封装及应用部分，与碳化硅相同，都需要应用来反馈。

1）衬底环节：山东天岳和天科合达是两家头部企业，这两家在国际可以排在前4位，第一是美国的Cree，第二是日本罗姆半导体，第三是美国的II-VI，第四是国内的这两家

2）外延：厦门的瀚天天成和东莞天域是专门做外延的

3）器件：北京的泰科天润（湖南浏阳6寸工艺线已经投产）、华润微、三安集成、闻泰科技、斯达半导、中车时代都是碳化硅领域的头部企业。

在苏州比较聚集，苏州有一个纳米城，基础比较扎实，聚集比较多。

比如苏州晶湛、苏州能讯（主要做微波射频）、苏州纳维（氮化镓衬底）、英诺赛科（氮化镓器件IDM）以及东莞的东莞中镓（氮化镓衬底）

还有专门做代工的成都海威华芯，以及三安集成及芜湖启迪等在氮化镓也有布局。

Part3

据说某龙头公司在碳化硅取得突破，相关情况介绍。

碳化硅衬底领域，近几年新上的项目很多，也包括一些上市公司。

比如露笑科技，原来是做蓝宝石的，18年就开始做碳化硅炉子，卖给中科钢研。但只是代工一部分，最核心的热场部分还是中科钢研自己做。

碳化硅的长晶炉并不复杂，并不比硅的单晶炉复杂，任何一个做硅单晶炉的都能做碳化硅炉子，核心的问题是工艺。

长晶炉的结构大同小异，技术路线有两种，露笑科技2019年开始做，时间比较短，虽然已有相当大的投入，但是应该没有产品在卖，因为碳化硅衬底的瓶颈是最高的，没有近十年的深耕投入是很难做出产品的，像天科合达和山东天岳至少十来年以上，国内和国外差距也有5-8年。

差距赶不上的原因在于PVT的方法，研发效率非常低，长得非常慢，需要时间去积累摸索，所以从没有做这个行业到重新进入行业，从无到有，从零到一，至少要三年，从一到量产，又要三年，没有五六年不可能出产品。

天科合达六寸15年就做出来了，但到现在才开始较大量的供应，山东天岳招股书里主要是四寸半绝缘，六寸导电也研发出来在送样，山东天岳都只在送样阶段，新玩家应该不会这么快进入供应链，不符合规律。（具体的情况不是很清楚）

Part4

其他类型第三代半导体，如氮化铝（东方银星合作公司）、氧化锌、金刚石等，进展和前景？

氮化铝、氧化镓、金刚石被叫做第四代半导体并不科学，也属于第三代半导体，因为都是宽禁带半导体，更学术的说法叫超宽禁带。

氧化锌：比氮化镓要早，因为P型很难做的原因已经被抛弃。

氮化铝：有一定应用场景，和碳化硅一样做衬底材料，最终做氮化镓的衬底材料。有两个应用，一个是光电，做深紫外，发光效率很高；另一个是做功率器件，一方面是因为导热系数比蓝宝石、硅都好，另一方面是与氮化镓晶格比较匹配，长出来的晶体比较漂亮，功率就会更高。

但现在还很不成熟，2英寸的才刚出来，价格可能比碳化硅6英寸的还贵，近乎贵了1000倍，所以目前谈不上产业化的应用，还在研究阶段。可能需要近10年才能大规模应用。

金刚石：被学术界称为终极半导体，现在能做指甲盖那么大，因为生长特别困难，至少15年才能走上大规模应用。

氧化镓：比氮化铝进展更快，日本已经出来四寸，因为特别好长，所以走低成本路线。但P型比较难，半导体需要有N型P型，如果有一个做不了就很难做成好的器件。另一个问题则是导热性太差，导致产业化有瓶颈。另一方面氧化镓还特别容易碎，对环境的耐受性也差。所以在封装上会有更多的要求。可能5年后有产业化应用。

Part5

砷化镓、磷化铟等二代半导体价值前景？

砷化镓，磷化铟属于第二代半导体，市场也很大，主要有以下几点：

第一，砷化镓。氮化镓用在基站，基站目前建设量少，但手机端用量很大，手机接收5G信号的微波器件是用不了氮化镓的（功率太高费电），因此仍然需要使用砷化镓。但5G手机用到的射频会比4G多很多，器件数量至少要比4G翻番，整个市场需求容量可能是基站的五倍。

第二，磷化铟。做红外激光的光电器件，主要做垂直腔面发射激光器VCSEL，用于手机上的人脸识别，以后如果类似智能门锁扫地机的都用到的话，体量也比较大。

另一方面，磷化铟是一种超高频材料，比氮化镓和碳化硅都要高，适用于以后的6G、太赫兹等，是以后的6G材料，用于卫星通信。

Part6

问答部分

Q1：详细了解6G相关

A1：第二代半导体材料包括砷化镓、磷化铟，砷化镓以前主要用于光电领域，例如0 . 8-1微米的发光二极管、激光器；另外一个应用是在手机段的射频。磷化铟，以前主要主要用于1-1.9微米的发光二极管和激光器，现在主要用于垂直腔面激光器，前置用于人脸识别，后置用于AR游戏（深度感受较强）；6G通讯上用于超高频材料，几百G赫兹以上。

Q2：如何看待露笑科技碳化硅衬底片已送样检测通过，向下游客户进行送样

A2：刚刚讲过产业链包括衬底、外延、器件，外延也是一个非常关键的环节，如果器件有问题，是衬底出了问题还是外延有问题，这里比较容易说不清，关键是他们衬底找地方做好外延一块给客户，再去验证也是可能的。

Q3：请问海威华芯在行业的地位如何，有公告说海威华芯专利上是遥遥领先于这个中国的其他企业

A3：海威华芯主要是代工的模式，在第二代半导体里台湾稳懋是龙头，海威华芯算是后起之秀，但体量不是很大，专利的多少不代表实际水平有多大，关键看也有多少核心专利。

Q4：美国限制了28纳米，芯片产业环节晶圆的制造、材料、设计、封测，哪个轮动会大一些，芯片景气度会持续多久

A4：28纳米被限制对我们有一定影响，缺芯我觉得最少要到22年底，缺芯是个周期，疫情导致产能错配，另一个是因为新的应用起来了，扩产差不多要1年左右，产能慢慢释放，恐慌心理也会慢慢地消解，所以我个人认为可能到明年年底会有很大的改观。

Q5：硅光芯片为什么很难做到单片集成

A5：把磷化铟转移或者集成到硅上，技术和工艺上有很多难度，但现在很多实验室也验证通过了，是条路子。

Q6：国内现在可以达到这种大规模商业化应用、或者说比较接近商业化应用的公司有哪些

A6：衬底有天科合达、山东天岳，山西烁科、河北同光，外延有瀚天天成，东莞天域，器件比较多，泰科天润、华润微、三安。

Q7：衬底是最关键的吗

A7：碳化硅主要是衬底，谁掌握了衬底谁就掌握了产业的命脉，国际上CREE就是做衬底起家的，因为他掌握了衬底可以向下游延伸，也可以做器件，而且他的衬底前几年一直是卖方市场，都被包圆了。（后续补充：氮化镓最难的是器件的集成设计）

Q8：和海外巨头差距

A8：尺寸、品质、质量，缺陷密度，导致器件的良率和可靠性有差别。

Q9：第四代半导体以什么材料为主

A9：第四代本身这个说法不科学，准确的说是超宽禁带半导体，材料有氮化铝、金刚石、氧化镓，更接近产业的是氧化镓。

Q10：请梳理下天科合达和天富能源的关系。

A10：天富能源是天科合达的原始创始股东，早期的时候中科院出技术，天富能源出钱共同孵化了这个公司，后期有很多人参股、股改，哈勃，大基金进来。

Q11：相关的公众号

A11：CSC化合物半导体，化合物半导体联盟等

Q12：华为在第三代半导体或者是宽禁带半导体的布局情况？

A12：华为在供应链的安全被打压后一直在做，天科合达、山东天岳都有投资，在外延部分投了瀚天天成等，基本上碳化硅产业链都有布局。华为在第三代半导体全产业链布局。

Q13：外延、衬底、器件、封装四个步骤在产业链中的利润率

A13：通过衬底可以看到下游，它是产业技术最核心的地方，利润率不会太低，毛利率在30%多。体量方面，去年天科合达2亿多，山东天岳4亿多。国内碳化硅衬底目前就大概10亿人民币不到的体量。外延在这个基础上除以2，器件大概在20亿左右，封装大概是5亿左右。

Q14：第二代半导体的三安光电，第三代半导体的氮化镓中的海威华芯做代工，碳化硅的山东天岳和天科合达和上市的露笑科技。露笑科技的生产工艺（衬底这个环节）回答的实际上是这个衬底的工艺。

A14：衬底的生产环节，工艺步骤分为5个环节，第一个环节合成，第二步长晶，第三步切割、下一步打磨抛光，最后清洗。

所有的合成长晶的炉子都是自己在做，这部分没法代工，没有成熟商业化的炉子（含工艺）。因为PVT是直接与工艺挂钩，设备并不复杂。天科合达是自己做炉子，山东天岳的炉子是自己设计的，听说是北方华创给代工的，整个炉子是自己的知识产权。

山西烁科是中电集团的，本身装备能力就很强，就自己做。有设计一般的单晶炉厂都能做。

后面的切磨抛清洗，设备以进口是从日本和德国为主，国产率不高。目前磨抛有一个特斯迪、赫瑞特，他们在这个领域比较领先，国产化也开始进入供应链了。

Q15：氮化铝陶瓷基板，好几个上市公司都生产，和氮化铝半导体有联系吗。东方银星前期大涨，涉及的手机滤波器氮化铝薄膜mems，和氮化铝量产有必然联系吗。

A15：一个是陶瓷材料是非晶体，氮化铝基板实际上是用作封装的材料，导热性很好，强度也不错，一般在IGBT，MOSFET这些封装里都会用到氮化硅基板。现在比氮化铝基板更好的是氮化硅，半导体氮化铝是两码事，陶瓷氮化铝很便宜，而一个半导体单晶氮化铝是上万元。两者是完全不一样的，就好比石墨跟钻石间的差别。

Q16：氮化铝企业哪些研发靠前？

A16：氮化铝半导体企业，一个浙江杭州奥趋光电，现在2寸快量产了，但价格太贵。现在产业化在做的不多，其他就是一些研究机构比如中科院、中电科、一些大学。因为本身这个市场差不多还得至少10年。

氮化铝现在还有一些用途就是滤波器，实际上不是氮化铝是氮钪铝。5G通讯里，实际上除了PA放大器，还有很多滤波器，滤波器市场体量要比PA的体量更大，氮钪铝实际上是很好的滤波材料。用一些溅射或其他方法制备，算不上单晶，应该是多晶状态，生产难度比氮化铝容易很多，能量产。

Q17：碳化硅一般器械生产不了，比如以国内华润微作为一个案例，您怎么评价它在这个环节的优缺点。包括组装厂，在分装这块有没有突破。

A17：碳化硅做IDM模式有它的道理，碳化硅是碳化硅基和硅材料不一样，这个领域代工体系还没有建立，代工体系的建立需要时间，这期间找谁去做，实际上自己有工艺线，就能很快生产出华润微、泰格天润这种，他们都是IDM。Cree、英飞凌、日本罗姆都是做IDM。碳化硅分立器件现在没有代工体系建立，因为本身器件的设计相对没有这么复杂，工艺的设计、制造需要很快的迭代，反馈，你有设备有自己的工艺线，能很快设计并制造出来。代工本身费用高，周期长，三五个周期才迭代出来，根本赶不上人家的速度，在分立器件，IDM为王，若干年后代工体系可能才会慢慢出来。

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