第三代半導體材料:正在爆發的最強風口

第三代半導體材料:正在爆發的最強風口


有消息,第三代半導體產業納入“十四五”規劃,在2021到2025年的五年之內,舉全國之力,實現產業獨立自主,不再受制於人。


8月,中芯國際創始人張汝京曾公開表示:


第三代半導體目前已成為新主流


第三代半導體的發展遵循的不是摩爾定律,而是後摩爾定律,“它的線寬不是很小的,設備也不是特別的貴,但是它的材料不容易做,設計上要有優勢。”


第三代半導體材料:正在爆發的最強風口


中國在半導體一代(硅、鍺元素)和二代半導體(砷化鎵、銻化銦等)都比較落後。


第三代半導體材料是以氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)等寬禁帶為代表。


第三代半導體材料:正在爆發的最強風口


中國在三代半導體氮化鎵(GaN)領域,起步早。


1998年中國十大科技成果之一是合成納米氮化鎵。


2020年5月11日,科技日報公佈了第二屆全國創新爭先獎牌擬表彰名單,共有10個國內各領域頂尖團隊上榜。


ON.1 三代半導體--氮化(GaN)創新團隊


表明中國第三半導體氮化鎵(GaN)材料的研究,現在是領先全球的。


第三代半導體材料:正在爆發的最強風口


三代半導體氮化鎵(GaN)性能非常優異,比二代半導體各方面的性能都高出數倍。


例如,1英寸氮化鎵晶片可刻成1億萬粒LED,亮度高,低熱性,不發熱。


氮化鎵(GaN)主要用於:


微波射頻:5G通信、雷達預警、衛星通訊;


電力電子方向:智能電網、高速軌道交通、新能源汽車、消費電子;


光電子方向:LED、激光器、光電探測器。


氮化鎵不存在於自然界中,只能通過人工合成,研發及商用成本很高,一片五釐米大小的氮化鎵片,目前售價超過2萬元。


第三代半導體材料:正在爆發的最強風口

中國的三代半導體現在的主要用途是:

軍工雷達系統


雷達系統是各類彈道導彈攻防的基礎。


2020年2月,中國的052D驅逐艦,開到了夏威夷附近海域,自由航行,演練海上補給。


中國的055大型驅逐艦和052D驅逐艦,在諸多性能上,已經超越美國,成為反導利器和實實在在的航母殺手。


中國新型驅逐艦能夠形成強大威懾力,並不是簡單的噸位和配備的導彈系統,最重要的是以三代半導體氮化鎵為材料基礎的第五代數字陣列雷達(有源相控陣雷達的頂級水平),領先美國數年(儘管美國說自己已經趕上了)。


第五代數字陣列雷達能240公里外,發現網球一樣大小雷達反射截面的隱形戰機F22,讓對方無法隱形。


在複雜作戰環境下,有源相控陣雷達的抗干擾能力和損管能力要優於無源相控陣雷達。


這就是為什麼中國的大驅可以單獨去夏威夷附近的原因,如果再來一次補給,可輕鬆抵達美國西海岸。


美國當然也可以升級自己的艦載雷達系統等,但這需要的不僅僅是一個雷達的問題,是一系列海軍戰略規劃和巨大的軍事支出的問題,是整個從軍事戰略,到艦艇升級換代。


僅僅一個氮化鎵產業化,美國目前離中國這樣的規模市場,還差得有點遠。


鎵這個元素屬於稀土範疇,美國在稀土領域對中國的依賴程度,就不用多說了,大家可以自己去查一下。


最近,美議員還在鼓動建立本土稀土產業“擺脫對華依賴”。


8月,我國第25艘052D型導彈驅逐艦和第8艘055型驅逐艦同日正式下水,我國的神盾艦數量達到了41艘,其中有39艘導彈驅逐艦是有源相控陣神盾艦,在規模上屬於全球第一。


美國海軍擁有74艘伯克級驅逐艦,但是其宙斯盾作戰系統中的無源相控陣雷達,在探測距離和探測精度上與中國有源相控陣雷達還有一定的差距。


最新的伯克-3型驅逐艦上,美國海軍才開始安裝有源相控陣雷達,不過還處於建造階段。


第三代半導體材料:正在爆發的最強風口


5G、物聯網、大數據和人工智能驅動的新計算時代的到來,對半導體器件的可靠性與性能指標的要求也更加嚴苛,需求量日益增長。


國際上第三代半導體材料氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)開始逐漸受到市場的重視,已形成完整的覆蓋材料、器件、模塊和應用等環節的產業鏈,全球新一輪的產業升級已經開始。


第三代半導體材料產業鏈包括:上游襯底、中游外延片、下游器件、模組製造。


氮化鎵(GaN)方面:


國內企業已經可以小批量生產2英寸襯底,具備4英寸襯底生產能力,並開發出6英寸襯底樣品。


蘇州納米所的蘇州納維科技公司、北京大學的東莞中鎵半導體科技公司(均未上市),實現了材料產業化。


三安光電(600703)的子公司三安集成,主營LED外延片、通訊元器件、芯片、化合物半導體代工。


聞泰科技(600745),是氮化鎵效應晶體管(GanFET),主營手機ODM原廠委託設計。


耐威科技(300456),是氮化鎵(GaN)材料的生長與器件的設計,已成功研製8英寸硅基氮化鎵外延晶圓,主營電子傳感器。


海陸重工(002255),子公司江蘇能華微電子科技發展有限公司,專業研發、生產氮化鎵( GaN)複合半導體高性能晶圓和成功率器件。


海特高新(002023),子公司海威華芯主營氮化鎵功率器件代工,和三安集成業務高度重疊。


第三代半導體材料:正在爆發的最強風口


碳化硅(SiC)方面:


硅襯底的化合物材料,基本能夠滿足在5G/IoT/AI的高頻、高壓、高功率技術要求,目前在經濟性方面有優勢


軍工、安防、航天等少部分需要超高規格的應用領域,才需採用化合物單晶材料。


化合物單晶材料以美歐廠商英飛凌、科銳和羅姆半導體,佔據90%的市場份額。


國際先進技術已將碳化硅(SiC)單晶襯底從4英寸推廣到8英寸,預期成本每年能下降10-15%。


國內也不弱,形成相對完整的產業鏈體系,碳化硅(SiC)襯底,4英寸實現了量產,已完成6英寸襯底的研發。


襯底材料方面有山東天嶽(華為佔股10%)、天科合達、河北同光。


中游外延片(EPI硅片)有東莞天域半導體、廈門瀚天天成。


器件和模組有斯達半導(603290)、泰科天潤、中車時代電氣等


國內企業已開發出1700V/1200A的混合模塊、4500V/50A等大容量全SiC功率模塊,在SiC-SBD形成銷售收入。


看上去很美的一項高新科技,真正弄明白很難,控制風險牢記心頭。


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