半导体|后摩尔时代：三代半导体的崛起( 二 ) 汽车|芯片|市场规模

相对于第一代（硅基）半导体，第三代半导体（碳化硅等）禁带宽度大，电导率高、热导率高。硅基因为结构简单，自然界储备量大，制备相对容易，被广泛应用半导体的各个领域，其中以处理信息的集成电路最为主要。在高压、高功率、高频的分立器件领域，硅因其窄带隙，较低热导率和较低击穿电压限制了其在该领域的应用，因而发展出宽禁带、耐高压、高热导率、高频的第二/三代半导体。

三代半导体材料之间的主要区别是禁带宽度。现代物理学描述材料导电特性的主流理论是能带理论，能带理论认为晶体中电子的能级可划分为导带和价带，价带被电子填满且导带上无电子时，晶体不导电。当晶体受到外界能量激发（如高压），电子被激发到导带，晶体导电，此时晶体被击穿，器件失效，禁带宽度代表了器件的耐高压能力。第三代半导体的禁带宽度是第一代和第二代半导体禁带宽度的近3倍，具有更强的耐高压、高功率能力。
三代半导体在材料选择上，主要以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表。但由于氮化镓生长速率慢，反应副产物多，生产工艺复杂，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。
一些误解：新一代替代上一代吗？
目前半导体已经发展到第三代，那么是第三代替代第二代，第二代替代第一代吗？其实并不是这样。
通过上文梳理的半导体发展使用材料和应用场景来看，各代半导体各自不同的材料特性决定了它们的差异化应用场景，新一代半导体往往随着市场新增需求崛起，前一代被后一代替代的领域并不多。
目前第一代半导体材料的发展已经十分成熟。具有成本低廉、自然界储备量大、应用广泛的特点。硅片占据着全球95%以上的半导体器件市场和99%以上的集成电路市场。
以GaAs为核心的第二代化合物半导体，优势是禁带宽度、电子迁移率较高，光电性能好。生长工艺较成熟，但资源稀缺，应用主要在微电子和光电子领域等。
以SiC、GaN为核心的第三代宽禁带半导体，优势是高导电率、高导热率、耐高温等，适合制造高频、高温、高压的大功率器件，而应用层面就是新能源汽车、5G宏基站、光伏、风电等。
所以今年随着新能源、光伏等火热，第三代半导体以及关联的通信行业也被市场所关注。
三代半导体的应用市场前景
前文所述，三代半导体在材料选择上，主要以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表。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。
这里重点提下新能源汽车领域。
当下，电动车渗透率不断提升，汽车智能化下半场的哨声已经吹响，汽车芯片需求有望进一步扩大。兴业证券分析师谢恒此前表示，明年汽车芯片整体有望仍处于持续景气周期，以高压部分为例，在电动车快速渗透过程中，对于IGBT、SiC等需求量大幅提升，单车价值量较燃油车增加上千元。车规级逻辑IC、MCU、晶体管和传感器等需求量也有明显增加，目前车规级信号类芯片、中低压mos也处于供不应求状态，行业龙头安森美产能明显吃紧。未来拥有产能弹性的车规芯片公司，将充分受益汽车电动化和电子化，实现份额持续提升。