助力5G和電動(dòng)汽車發(fā)展，第三代半導(dǎo)體材料市場空間有多大？核心標(biāo)的有哪些？
中國電子報(bào)報(bào)道，5月26日，北京元芯碳基集成電路研究院宣布，由該院中國科學(xué)院院士北京大學(xué)教授彭練矛和張志勇教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過多年研究與實(shí)踐，解決了長期困擾碳基半導(dǎo)體材料制備的瓶頸，如材料的純度、密度與面積問題。他們的這項(xiàng)研究成果已經(jīng)被收錄在今年5月22日的《科學(xué)》期刊“應(yīng)用物理器件科技”欄目中。
半導(dǎo)體原料共經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：第一階段是以硅(Si)、鍺(Ge)為代表的第一代半導(dǎo)體原料；第二階段是以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)等化合物為代表；第三階段是以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)、硒化鋅(ZnSe)等寬帶半導(dǎo)體原料為主。
寬禁帶半導(dǎo)體材料又稱為第三代半導(dǎo)體材料，是指禁帶寬度在2.3eV（電子伏特）及以上的半導(dǎo)體材料（而硅的禁帶寬度為1.12eV），其中較為典型的和成熟的包括碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等。
第三代半導(dǎo)體材料在禁帶寬度、熱導(dǎo)率、介電常數(shù)、電子漂移速度方面的特性使其適合制作高頻、高功率、高溫、抗輻射、高密度集成電路；其在禁帶寬度方面的特性使其適合制作發(fā)光器件或光探測器等。其中碳化硅材料在功率半導(dǎo)體和器件工藝較為熱門，氮化鎵材料外延生長和光電子比重較大。第三代半導(dǎo)體相關(guān)專利申請自2000年以來快速增長，美國早期領(lǐng)銜全球?qū)＠鲩L，近些年我國的申請量快速增長，超越美國。
國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)政策中多次提到以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體器件，隨著國內(nèi)多家企業(yè)開始重視該領(lǐng)域，積極布局相關(guān)項(xiàng)目，我國的第三代半導(dǎo)體材料及器件有望實(shí)現(xiàn)較快發(fā)展。
市場空間有多大？
天風(fēng)證券認(rèn)為，碳化硅功率器件具有高頻、 高效、 高溫、 高壓等優(yōu)勢，是下一代功率器件的發(fā)展方向。受高效電源、電動(dòng)汽車等行業(yè)的需求驅(qū)動(dòng)，碳化硅功率器件未來市場容量將以超過30%的年復(fù)合增長率發(fā)展，預(yù)計(jì)2027年市場容量達(dá)到120億美元。
專家認(rèn)為，碳化硅器件目前在價(jià)格上是硅器件的1.5-2倍左右，有望在2023-2025年左右形成競爭格局。未來5-10年，如果氮化鎵在電壓性能和可靠性能上能進(jìn)一步的提升，那么在電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域會(huì)和碳化硅形成一定的競爭。
國泰君安認(rèn)為，從全產(chǎn)業(yè)鏈角度，以5年的維度來看，第三代半導(dǎo)體器件和系統(tǒng)的成本（包括后期運(yùn)行期間的能耗節(jié)省），比硅基器件和系統(tǒng)將會(huì)具備性價(jià)比優(yōu)勢，從而快速地推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。單從材料本身的成本來講，碳化硅氮化鎵不太可能和硅片形成競爭。
興業(yè)證券認(rèn)為，光伏、半導(dǎo)體成長性明確，先進(jìn)碳基材料滲透率有望提升。隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用快速發(fā)展，對硅晶圓整體需求快速提升，全球新一輪半導(dǎo)體資本開支啟動(dòng)，自主可控有望打開關(guān)鍵設(shè)備、材料端的國產(chǎn)替代空間。光伏和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)硅片大尺寸化趨勢明確，對強(qiáng)度、純度、導(dǎo)熱系數(shù)等指標(biāo)提出了更高的要求，傳統(tǒng)石墨材料安全性、經(jīng)濟(jì)性不足，先進(jìn)碳基復(fù)合材料有望逐步對其替代，滲透率提升，成為光伏、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)晶硅制造熱場系統(tǒng)部件主流材料。
招商證券認(rèn)為，氮化鎵(GaN)是第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，法國研究機(jī)構(gòu)Yole預(yù)測，到2023年氮化鎵射頻器件的市場規(guī)模將達(dá)到13億美元，復(fù)合增速為22.9%。隨著第三代半導(dǎo)體材料的崛起，基于新材料的IGBT也將站上歷史舞臺。IGBT主要應(yīng)用領(lǐng)域之一的新能源汽車也已經(jīng)打開市場，未來空間巨大。碳化硅基IGBT將加速發(fā)展，建議關(guān)注第三代半導(dǎo)體材料與IGBT產(chǎn)業(yè)鏈。碳化硅(SiC)因其在高溫、高壓、高頻等條件下的優(yōu)異性能，在交流和直流轉(zhuǎn)換器等電源轉(zhuǎn)換裝置中得以大量應(yīng)用。目前，我國碳化硅（SiC）在高端市場領(lǐng)域，如智能電網(wǎng)、新能源汽車、軍用電子系統(tǒng)等尚處于發(fā)展初期。根據(jù)IHS預(yù)測，到2025年，全球碳化硅功率半導(dǎo)體的市場規(guī)模有望達(dá)到30億美元。
核心受益股有哪些？
丹邦科技自主研發(fā)的多層柔性量子碳基半導(dǎo)體薄膜具有多層石墨烯結(jié)構(gòu)，將在智能手機(jī)、柔性O(shè)LED新一代顯示、柔性半導(dǎo)體器件、大功率器件、動(dòng)力電池等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。公司是世界上唯一有能力生產(chǎn)大面積兩面都有帶隙碳基薄膜材料的企業(yè)。
楚江新材產(chǎn)品涵蓋碳基、陶瓷基復(fù)合材料，全資子公司頂立科技具備第三代半導(dǎo)體材料碳化硅單晶從裝備、材料到制品的一整套技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)業(yè)化能力。
中信建投認(rèn)為，射頻GaN在5G基站和軍用雷達(dá)的應(yīng)用中獨(dú)具優(yōu)勢，快充、汽車電子、消費(fèi)電子將推動(dòng)功率GaN放量。GaN在電源管理、發(fā)電和功率輸出方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。在600伏特左右電壓下，其在芯片面積、電路效率和開關(guān)頻率方面明顯優(yōu)于硅，這使電源產(chǎn)品更為輕薄、高效。并且，GaN充電器體積小、功率高、支持PD協(xié)議，有望在未來統(tǒng)一筆電和手機(jī)的充電器市場，市場前景廣闊。預(yù)計(jì)2024年GaN電源市場將超過3.5億美元，CAGR達(dá)85％。國內(nèi)新興代工廠中，三安光電和海特高新具有量產(chǎn)GaN功率器件的能力。
國金證券認(rèn)為，海特高新子公司海威華芯在中國率先提供六英吋砷化鎵（GaAs）集成電路的純晶圓代工（Foundry）服務(wù)；在第三代半導(dǎo)體（氮化鎵GaN）領(lǐng)域擁有國際領(lǐng)先、國內(nèi)一流的技術(shù)；在全球氮化鎵芯片專利技術(shù)屬于一流梯隊(duì)，公司專利總共249項(xiàng)，其中過半數(shù)是發(fā)明專利。可比公司為三安光電、臺灣穩(wěn)懋。
國聯(lián)證券建議關(guān)注三安光電（600703.SH）、揚(yáng)杰科技（300373.SZ）、士蘭微（600460.SH）。
其它個(gè)股方面，金博股份募投項(xiàng)目“先進(jìn)碳基復(fù)合材料產(chǎn)能擴(kuò)建項(xiàng)目”建設(shè)期2年，預(yù)計(jì)新增產(chǎn)能200噸/年，公司行業(yè)領(lǐng)先地位進(jìn)一步鞏固。
露笑科技：碳化硅作為第三代半導(dǎo)體高壓領(lǐng)域的理想材料，市場應(yīng)用空間廣闊，發(fā)展勢頭迅猛。公司在原有藍(lán)寶石設(shè)備長期技術(shù)積累基礎(chǔ)上，與中科鋼研合作研發(fā)碳化硅晶體生長設(shè)備，處于目前國內(nèi)研發(fā)第一梯隊(duì)。公司計(jì)劃定增募資投資碳化硅項(xiàng)目，并與中科鋼研、國宇中宏達(dá)成戰(zhàn)略合作，碳化硅業(yè)務(wù)有望成為未來公司業(yè)績增長新亮點(diǎn)。
