预见2020:《2020年中国第三代半导体产业全景图谱》(附市场规模、应用市场结构、投资布局等)

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20 刘芬 • 2020-09-10 11:00:41  来源:前瞻产业研究院 E58914G0

发展历程——2016年为第三代半导体产业元年

第三代半导体指禁带宽度大于2.2eV的半导体材料,也称为宽禁带半导体材料。半导体材料共经历了三个发展阶段:第一阶段是以硅(Si)、锗(Ge)为代表的第一代半导体材料;第二阶段是以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等化合物为代表;而以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、等宽带半导体原料为主的第三代半导体材料,可以被广泛应用于消费电子、照明、新能源汽车、导弹、卫星等各个领域,且具备众多的优良性能,可突破第一、二代半导体材料的发展瓶颈,随着技术的发展有望全面取代第一、二代半导体材料。

我国第三代半导体产业发展缘自2013年科技部863计划,计划将之列为战略发展产业。2016年国务院国家新产业发展领导小组将其列为重点发展方向,除此之外,福建等27个地区陆续推出近30条第三代半导体产业相关政策,2016年为第三代半导体产业元年。

2019年,国家级战略《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》明确要求长江三角洲区域加快培育布局第三代半导体产业。2020年,我国计划把大力支持发展第三代半导体产业,写入正在制定中的“十四五”规划,计划在2021-2025年期间,在教育、科研、开发、融资、应用等各个方面,大力支持发展第三代半导体产业,以期实现产业独立自主。

图表1:第三代半导体产业发展历程

对于第三代半导体的发展,国内高度重视。2019年12月,国家级战略《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》明确要求加快培育布局第三代半导体产业,推动制造业高质量发展。2020年7月,《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》指出国家鼓励的集成电路设计、装备、材料、封装、测试企业和软件企业,自获利年度起,第一年至第二年免征企业所得税,第三年至第五年按照25%的法定税率减半征收企业所得税。2020年,我国计划把大力支持发展第三代半导体产业,写入正在制定中的“十四五”规划。

图表2:2016-2020年国家部委关于第三代半导体的产业政策

产业链——各环节均有较多企业参与

第三代半导体材料主要以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为主。碳化硅(SiC)生产过程分为SiC单晶生长、外延层生长及器件制造三大步骤,对应的是产业链衬底、外延、器件与模组三大环节。

图表3:Sic产业链及主要工序

GaN产业链按环节分为Si衬底(或GaN单晶衬底、SiC、蓝宝石)、GaN材料外延、器件设计、器件制造、封测以及应用。各个环节国内均有企业涉足,如在射频领域,SiC衬底生产商有天科合达、山东天岳等,GaN衬底有维微科技、科恒晶体、镓铝光电等公司。外延片涉足企业有晶湛半导体、聚能晶源、英诺赛科等。苏州能讯、四川益丰电子、中科院苏州纳米所等公司则同时涉足多环节,力图形成全产业链公司。

图表4:GaN产业链及参与公司

市场规模——产能、规模高速增长

第三代半导体材料是5G时代的主要材料,与传统的第一代、第二代半导体材料硅(Si)和砷化镓(GaAs)相比,第三代半导体具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大等独特性能,使其在光电器件、电力电子、射频微波器件等方面展现出巨大的潜力。

图表5:第三代半导体材料器件构成

在国家政策的大力支持下,国内第三代半导体产线陆续开通,产能不断增加。据CASA Research不完全统计,2019年,国内主要企业Si基GaN外延片(不含LED)折算6英寸产能约为20万片/年,Si基GaN器件(不含LED)折算6英寸产能约为19万片/年。SiC基GaN外延片折算4英寸产能约为10万片/年,SiC基GaN器件折算4英寸产能约为8万片/年。

SiC方面,国内主要企业导电型SiC衬底折合4英寸产能约为50万片/年,半绝缘SiC衬底折合4英寸产能约为寸产能约为20万片/年;SiC外延片折算6英寸产能约为20万片/年。

图表6:2019年国内主要企业SiC、GaN产能(单位:万片/年)

2016-2019年我国SiC、GaN电力电子产业值持续提高。据CASA初步统计,2019年,我国SiC、GaN电力子和微波射频产值(供给)超过60亿元。2019年我国SiC、GaN电力子产值规模达26亿元,同比增长84%。

图表7:2016-2019年我国SiC、GaN电力电子产业值(单位:亿元)

GaN微波射频产值方面,2016年9月科技部立项国家重点研发计划,旨在针对5G通信需求,建立开放的工艺代工线,实现GaN器件与电路在通信系统的应用,推动我国第三代半导体在射频功率领域的可持续发展。我国GaN微波射频产值不断增长,据CASA,2019年我国GaN微波射频产值规模近38亿元,同比增长74%。

图表8:2016-2019年我国GaN微波射频产业值(单位:亿元)

应用市场——主要应用消费类电源和新能源汽车

从各应用市场来看,中国SiC、GaN电力电子器件主要应用于新能源汽车、消费类电源和工商业电源应用。在消费电子方面,快充电源作为新应用带来较大的市场。新能源汽车方面,我国作为全球最大的新能源汽车市场,随着下游特斯拉开始大量推进SiC解决方案,国内的厂商也快速跟进,以比亚迪为代表的整车厂商开始全方位布局,推动第三半导体器件在汽车领域的发展。

图表9:2019年中国SiC、GaN电力电子器件应用市场结构(单位:%)

投资——投资热度居高不下

2019年,国内第三代半导体产业投资热度居高不下。据CASA,SiC投资14起,涉及金额220.8亿元;GaN投资3起,涉及金额45亿元。全年已披露的投资扩产金额达到265.8亿元(不含光电),较2018年同比增长60%。

图表10:2017-2019年SiC和GaN投资情况(单位:亿元)

具体看国内部分重点第三代半导体领域投资项目,2020年7月,长沙三安光电第三代半导体项目总投资160亿元,主要建设具有自主知识产权的衬底(碳化硅)、外延、芯片及封装产业生产基地。项目建成达产后将形成超百亿元的产业规模,并带动上下游配套产业产值预计逾千亿元。

2020年6月,深圳市同力实业有限公司坪山半导体产业园(多彩)项目预计投资50亿元,园区将集聚第三代半导体上下游产业链,形成集聚发展态势。坪山集成电路及第三代半导体产业集聚已经渐成规模,集聚了中芯国际、比亚迪(中央研究院)、昂纳科技、金泰克、基本半导体、拉普拉斯等重点企业。

图表11:2019-2020年国内部分重点第三代半导体领域投资项目(单位:亿元)

区域方面,我国第三代半导体产业初步形成了京津冀鲁、长三角、珠三角、闽三角、中西部等五大重点区域。据CASA,2015年下半年-2019年底期间,长三角区域第三代半导体产业具备集聚优势,投资金额较多,达到715亿元,其中2019年投资总额超过107亿元,占比达到43%,其次为中西部区域,占比达25%。

图表12:2015年下半年-2019年各区域项目投资分布情况(单位:%)

我国第三代半导体发展虽然较晚,但是发展速度较快。当前第三代半导体产业政策呈现利好趋势、产业链日趋完善、众多企业积极参与,国内第三代半导体产线、产能不断增加,市场规模持续增加,应用市场不断拓展,投资热度持续高涨。整体而言,对于2020年的第三代半导体产业发展,总体趋势向好。

以上数据来源于前瞻产业研究院《中国半导体产业战略规划和企业战略咨询报告》,同时前瞻产业研究院提供产业大数据、产业规划、产业申报、产业园区规划、产业招商引资等解决方案。

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