集微咨询：第三代半导体发展驶向快车道-SiC发展得衬底者得天下半导体材料是半导体产业链上

半导体材料是半导体产业链上游中的重要组成部分，在集成电路、分立器件等半导体产品生产制造中起到关键性的作用。当前，在全球推进“碳达峰”、实现“碳中和”的趋势浪潮下，第三代化合物半导体正在加速发展。而以碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体材料是继硅材料之后最有前景的半导体材料之一。

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图源：台湾工研院产科研究所
全国近四成省份同步发展第三代半导体
相比第一代与第二代半导体材料，第三代半导体材料是具有较大禁带宽度（禁带宽度>2.2eV）的半导体材料。第三代半导体主要包括碳化硅（SiC）、氮化铝（AlN）、氮化镓（GaN）、金刚石、氧化锌（ZnO）等，这些材料在导热率、抗辐射能力、击穿电场、电子饱和速率等方面优点突出，因此更适用于高温、高频的场合。
近年来，随着SiC、GaN器件的制备工艺逐步成熟，其生产成本也在不断降低，第三代半导体正以其优良的性能突破传统硅基材料的瓶颈，逐步进入硅基半导体市场，有望引领新一轮产业革命。
当前，包括中国、欧洲、美国、日本、韩国等在内的国家或地区都纷纷开始制定计划，大力发展第三代半导体产业。
中国高度重视第三代半导体产业，并推出了一系列“组合拳”政策促进发展。 2021年“十四五”规划提出要瞄准集成电路等前沿领域，推动碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展。集微咨询（JWinsights）整理发现，中国已有超13省“十四五”规划重点提及第三代半导体。据不完全统计， 2020年所披露全国新开工以及新签约第三代半导体产业项目的投资总额已超400亿元。 2020年，我国第三代半导体领域融资超15笔，总融资规模超35亿元；2021上半年，我国第三代半导体领域融资超10笔。
第三代半导体的发展已然驶向快车道。由于SiC的研究和发展更为成熟，本文我们将主要聚焦于SiC的发展情况。
受材料本身特性的限制，传统硅基功率元件已经渐渐难以满足5G基站、新能源车及高铁等新兴应用对元件高功率及高频性能的需求，但SiC作为半导体材料具有优异的性能，尤其是用于功率转换和控制的功率元件。与传统硅元件相比可以实现低导通电阻、高速开关和耐高温高压工作，因此近年来倍受欢迎。
SiC全产业链发展概况
碳化硅产业链环节分为衬底片、外延片和器件环节。其中，衬底是所有半导体芯片的底层材料，起物理支撑、导热、导电等作用；外延是在衬底材料上生长出新的半导体晶层，这些外延层是制造半导体芯片的重要原料，影响元件的基本性能。

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图：全球SiC产业链主要厂商
根据Yole数据， SiC功率器件市场规模将从2018年的4亿美元增加到2027年172亿美元， CAGR约51% 。其中， SiC衬底材料市场规模将从2018年的1.21亿美元增长到2024年的11亿美元， CAGR达44% 。
从产业格局看，目前全球SiC产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大，占有全球SiC产量的70%~80% ，碳化硅晶圆市场Cree一家市占率高达6成之多属于绝对龙头。欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链，在全球电力电子市场拥有强大的话语权；日本是设备和模块开发方面的绝对领先者。
中国企业在衬底、外延和器件方面均有所布局，包括SiC衬底材料厂商露笑科技、天科合达、山东天岳，元件商斯达半导体、华润微、扬杰科技、泰科天润等；代工龙头三安光电。