一文看懂第三代半导体衬底产业链!

奇谈君 2021-07-2219:47:59 评论 161

7月22日,第三代半导体概念持续升温,截至发稿,华灿光电(300323)、银河微电高测股份等涨幅居前。

第三代半导体材料能量密度更高。以氮化镓为例,其形成的HEMT器件结构中,其能量密度约为5-8W/mm,远高于硅基MOS器件和砷化镓射频器件的0.5-1W/mm的能量密度,器件可承受更高的功率和电压,在承受相同的功率和电压时,器件体积可变得更小。

半导体芯片结构分为衬底、外延和器件结构。衬底通常起支撑作用,外延为器件所需的特定薄膜,器件结构即利用光刻刻蚀等工序加工出具有一定电路图形的拓扑结构。

碳化硅更适合作为衬底材料

碳化硅热导率高于氮化镓。第三代半导体的应用场景通常为高温、高压、高功率场景,器件需要具有较好的耐高温和散热能力,以保证器件的工作寿命。碳化硅的热导率是氮化镓热导率的约3倍,具有更强的导热能力,器件寿命更长,可靠性更高,系统所需的散热系统更小。氮化镓单晶生长困难。氮化镓因为生长速率慢,反应副产物多,生产工艺复杂,大尺寸单晶生长困难,目前氮化镓单晶生长尺寸在2英寸和4英寸,相比碳化硅难度更高。因此第三代半导体目前普遍采用碳化硅作为衬底材料,在高压和高可靠性领域选择碳化硅外延,在高频领域选择氮化镓外延。

此外,碳化硅衬底材料还有体积小、能量损失小等优点。

目前第三代半导体器件已经迅速进入了新能源汽车、光伏逆变、5G 基站、PD 快充等应用领域,碳化硅主要应用在新能源汽车和工控等领域,氮化镓器件主要应用在5G基站等领域。2020 年我国第三代半导体产业电力电子和射频电子总产值超过100 亿元,同比增长69.5%。其中,SiC、GaN电力电子产值规模达44.7 亿元,同比增长54%;GaN微波射频产值达到60.8亿元,同比增长80.3%。

受益新能源汽车的放量和5G建设应用的推广,碳化硅衬底材料市场规模有望实现快速增长。根据Yole统计,碳化硅衬底材料市场规模将从2018年的1.21亿美金增长到2024年的11亿美金,复合增速达44%。按照该复合增速,2027年碳化硅衬底材料市场规模将达到约33亿美金。

碳化硅产业链主要厂商

一文看懂第三代半导体衬底产业链!

碳化硅产业链环节分为设备、衬底片、外延片和器件环节。从事衬底片的国内厂商主要有露笑科技(002617)、三安光电(600703)、天科合达山东天岳等;从事碳化硅外延生长的厂商主要有瀚天天成东莞天域等;从事碳化硅功率器件的厂商较多,包括比亚迪(002594)半导体、闻泰科技(600745)、华润微士兰微(600460)、斯达半导(603290)、扬杰科技(300373)、泰科天润等。

氮化镓产业链主要厂商

一文看懂第三代半导体衬底产业链!

氮化镓产业链分为衬底、外延片和器件环节。尽管碳化硅被更多地作为衬底材料(相较于氮化镓),国内仍有从事氮化镓单晶生长的企业,主要有苏州纳维东莞中镓上海镓特芯元基等;从事氮化镓外延片的国内厂商主要有三安光电、赛微电子(300456)、海陆重工(002255)、晶湛半导体江苏能华英诺赛科等;从事氮化镓器件的厂商主要有三安光电、闻泰科技、赛微电子、聚灿光电(300708)、乾照光电(300102)等。

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