什么是第三代半导体？一文看懂车用、通信、充电通吃的杀手级应用

第三代半导体是目前高科技领域最热门的话题，不只中国大陆想要这个技术，从欧洲、美国到中国台湾，所有人都在快速结盟，想在这个机会里分一杯羹。为什么第三代半导体这么火热？它的应用与商机在哪里？

过去30年，台积电、联电擅长制造的逻辑IC，基本上都是以硅做为材料的。但硅也有一些弱点，如果用门做比喻，用硅做的半导体，就像是用木头做的木门，轻轻一拉就能打开（从绝缘变成导电）。

而第二代或第三代化合物半导体就像是铁门，甚至金库的大门，需要很大的力气，要施加大的电压，才能让半导体材料打开大门，让电子通过。因此，要处理高电压、射频信号，或是在信号的转换速度上，第三代半导体都优于传统的硅。

目前，坊间所称的第二代半导体，指的是砷化镓、磷化铟这两种半导体材料，「这是1980年代发展出来的技术。」而现在所称的第三代半导体，指的是碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）这两种材料，「这是2000年之后才开始投入市场的新技术」。

尤其，第三代半导体并不好做，以通信芯片为例，要按照不同的通信需求，选择不同的材料，在原子等级的尺度下精确排好，难度有如给你各种不同形状的石头，堆出一座稳固的高塔，谁能用这些材料，生产出更省电、性能更好的晶体管，就是这个市场的胜利者。

目前，第三代半导体有3个主要应用市场。

第1，是将氮化镓材料用来制作5G、射频通信的材料（简称RF GaN）。过去20年，许多人想用成熟的硅制程，做出可以用在5G射频通信上的零组件。

最有名的是高通在2013年推出的RF 360计划。当时，市场上的担心，高通这项新技术推出之时，就是生产通信用化合物半导体制造商的「死期」，稳懋股价还曾因此重挫。

结果，高通生产出来的硅芯片非常烫，完全没办法用在手机上；后来，连高通都回头跟稳懋下单。业界人士观察，通信会愈来愈往高频发展，未来射频通信芯片都是化合物半导体的天下，这个领域也是化合物半导体制造毛利率最高的部分，像稳懋和宏捷科的毛利都在3~4成。

第2个市场，是用氮化镓制造电源转换器（简称Power GaN），这是目前最热门的领域。过去生产相关产品，最难的部分是取得碳化硅的基板，一片6吋的圆片，要价高达2800美元，而如今已经完成了芯片刻录（5纳米）的12吋的硅晶圆，最贵的仅1600美元。

但近几年，市场上开始出现将氮化镓堆叠在硅基板上的技术（GaN on Si）。这种技术大幅降低化合物半导体的成本，用在生产处理数百伏特的电压转换，可以做到又小又省电。目前市面上已经可以看到，原本便当大小的笔电变压器，已经能做到只有饼干大小，OPPO、联想等公司，更积极要把这种技术内建在高端手机和笔记本电脑里。

3月1日，野村证券发表题为「A GaN Changer」的产业报告，认为未来2~3年，第三代半导体将重塑全球消费性电源市场，取代用硅制作的IGBT电源管理芯片。野村证券报告预估，2023年，这个市场产值每年将以6成以上速度成长。第三代半导体能源转换效率能达到95%以上，一旦被大幅采用，「台湾地区能省下一座核能电厂的电」。

高电压的汽车电源

第3个市场则是碳化硅供电芯片（SiC）。碳化硅材料的特殊之处在于，如果要转换接近1000伏以上的高电压，就只有碳化硅能做到这样的要求；换句话说，如果要用在高铁上，用在转换风力发电，或是推动大型的电动船、电动车，用碳化硅都能做得更有效率。

第三代半导体是未来各国抢占电动车、新能源，甚至国防、太空优势，不能忽视的关键技术，谁在这个领域领先，谁就能在这个领域胜出。

文稿来源：财讯

图片来源：拍信网

乘风而来～第三代半导体是什么概念？

9月以来，第三代半导体一词被频繁提及，相关概念股近期更是活跃市场，整体呈现上升趋势。

数据来源：Wind，2020/3/18-2020/9/17

自月初市场消息传出，我国计划将第三代半导体产业纳入“十四五”规划并在教育、科研、开发、融资等方面大力投入，以期实现产业独立自主发展，截至9月16日，根据不完全统计，A股已有36家公司参与到了第三代半导体领域。

何谓第三代半导体？为什么第三代半导体有望成为国产替代的希望？

第三代半导体是什么？

第三代半导体即第三代半导体材料，以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、金刚石为四大代表，是5G时代的主要材料 。

历经第一代大部分基于硅基的材料，以及第二代以砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)为代表，主要用于4G时代通信设备的材料，目前半导体材料已经发展过渡到了第三代。

第三代半导体有什么优点？

通俗来说，第三代半导体材料的性能优势主要包括：

因而相较前两代，第三代半导体材料更适合制作高温高频、抗辐射并且大功率的器件。

具体有哪些应用方向？

国信证券研报分析，从应用领域划分，第三代半导体材料主要可以用在三个方面：

如果说第一代半导体铸就了微电子产业的核心，第二代确立了信息产业的基础，那么作为5G时代的重要材料，第三代半导体有望成为我国发展新一代信息技术的核心组成部分 。

市场规模几何？

Omdia《2020年SiC和GaN功率半导体报告》显示，2020年底，全球SiC和GaN功率半导体的销售收入预计将达到8.54亿美元，以未来十年年均两位数的增长率，预计2029年将超过50亿美元。

Yole数据显示，2024年SiC功率半导体市场规模预计将增长至20亿美元，其中汽车市场占SiC功率半导体市场比重到2024年预计将达50%。

碳化硅(SiC)产业或处于爆发式增长的前期阶段

数据来源：方正证券

我国第三代半导体产业前景怎么样？

近年在5G多项相关产业推动下，我国第三代半导体材料市场正飞速增长：2019年市场规模7.86亿元，同比增长31.7%，未来三年预计仍将保持20%以上的增速。

大力发展第三代半导体产业，于我国有着以下意义：

技术发展阶段较为领先

半导体行业具有先发优势，相较已被海外巨头垄断的第一代和第二代半导体材料，第三代半导体产业仍处于发展初期，从技术发展阶段的角度来看，我国与国际巨头相比差异不大。以碳化硅（SiC）产业为例，我国目前已进入广泛产业化和收益阶段，基本拥有和国际巨头齐头并进和换道超车的条件。

国内5G产业发展迅速

第三代半导体产品的应用市场多为与5G技术相关的领域，我国5G产业发展迅速，可以根据市场的需求相应自主研发产品，无须考虑国产替代。

设备投入等要求偏低

第三代半导体行业对于设备要求相对较低，投资额要求较小，且其关键点在于工艺开发，相较逻辑芯片难度较低。

伴随科技创新浪潮席卷全球、5G等新一代通讯技术飞速发展，半导体行业发展空间巨大。第三代半导体材料涉及领域众多，包括电力电子、信息工程、国防军工、新能源等，相关产业未来可期。

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