概念股飙涨，第三代半导体赶超的概率又大了！

作者:泰勒，编辑:小石姐姐

7月8日，芯片板块大涨，赵一创新、新鹏威、丁晖科技、宏伟科技、时代电气、银河微电子、信捷能、斯达半岛、华润微、太极、利昂微等均有突破。

半导体产业链的各个环节正在发生剧烈的变化。

在同样的价格下，集成电路上可以容纳的元件数量每18-24个月就会翻一番，性能也同步翻一番。

在过去的几十年里，芯片产业的进步严格遵循着这个人为的约定，但当TSMC宣布突破1nm工艺时，摩尔定律在理论上已经走到了死胡同。要延续这一趋势，必须在底层材料上有所突破。

到目前为止，半导体材料已经经历了多次迭代。

第一代半导体材料主要是硅和锗。60年代以后，硅基半导体逐渐成为主流，直到现在仍然是应用最广泛的半导体材料。全球95%以上的芯片是由硅片制成的。

第二种半导体材料的代表是砷化镓，可以制造更高频率、更高速的集成电路。但是按照现在的需求，砷化镓的带隙还是很小的。

第三代半导体材料应时代而生。以碳化硅和氮化镓为代表的材料可用于制备高压高频功率器件。其中，碳化硅是综合性能最好、商业化程度最高、技术最成熟的第三代半导体材料。

碳化硅不是对原有技术的渐进式改进，而是跨越式升级。

在相同规格下，碳化硅基MOSFET的尺寸只有硅基MOSFET的1/10，导通电阻是后者的1/100。与硅基IGBT相比，碳化硅基MOSFET的总能量损耗可降低70%。

碳化硅的性能优势在各种新能源行业得到充分体现。

在风力发电领域的应用可以提高20%的效率。

应用于光伏逆变器，转换效率可从96%提高到99%以上，数量损耗可降低50%以上，设备循环寿命可延长50倍。

最重要的是在新能源汽车上的应用。

2016年，成本控制近乎“变态”的特斯拉率先在Model3的主逆变器上安装了24个意法半导体生产的碳化硅MOSFET功率模块。要知道，当时碳化硅功率器件的价格是同等硅器件的十倍。

后来事实证明，马斯克的眼光还是一如既往的犀利。

根据福特汽车的计算，与传统的硅芯片相比，碳化硅芯片驱动的新能源汽车的能耗大约低5倍。到目前为止，超过40%的纯电动汽车采用了SiC技术，比亚迪是自主品牌中第一个吃螃蟹的。

比亚迪韩EV在使用自主研发的SiCMOSFET控制模块后，性能在去年有了显著提升，功率363Kw，百公里加速3.9s，续航里程605 km。

不仅是新能源产业，碳化硅在家电、通信、航空、高铁、工业电机等领域也发挥着重要作用。但是直到现在，碳化硅的普及率还是很低。

根据Yole的数据，2021年，第三代半导体基功率器件的市场份额仅为6%左右，其中SiC基功率器件约占5%，市场规模约为8.5亿美元。

性能好，但是渗透率低，原因只有一个:贵。

CASA数据显示，2020年，650V SiCMOSFET与SiIGBT的价格比为4:1左右，SiC逆变模块的价格是硅基逆变器的2-3倍。

新能源产业附加值高，成本承受能力强，率先推出第三代半导体材料。但很多行业对价格敏感度高，只能等待成本的进一步降低。

对于任何新技术，成本都是产业化的核心变量。就碳化硅而言，碳粉提纯难度高、晶体生长慢、晶体切割速度慢等因素共同决定了成本刚性。

首先，高质量SiC晶体的基础是要有高纯度的碳粉，但提纯过程对工艺要求极高，合成也需要时间摸索。

其次，碳化硅晶体的生长速度很慢。碳化硅7天只能长2厘米左右。作为对比，2-3天就能拉出一根8寸长约2m的硅棒。

最后，由于碳化硅硬度高，不仅切割时间长，成品率也低。一般来说，硅片的切割只需要几个小时，而碳化硅晶片需要几百个小时。

技术降成本是一场持久战，这就注定了碳化硅的渗透是一个渐进的过程。但随着基板尺寸的增大，规模效应给成本降低带来了很大的变化。

碳化硅的衬底尺寸主要有2英寸、3英寸(75毫米)、4英寸(100毫米)、6英寸(150毫米)、8英寸(200毫米)。尺寸越大，单位基板可以制造的芯片越多，边缘浪费越小，单位芯片共享成本越低。

当晶圆从6英寸提升到8英寸时，芯片数量将从488个增加到845个，边缘浪费将从14%减少到7%。

碳化硅主要分为半绝缘型和导电型。目前半绝缘型产品主流基板规格为4英寸，正在向6英寸迈进，导电型产品主流基板规格为6英寸，正在寻求向8英寸演进。

随着技术的不断成熟和进步，碳化硅基产品的价格在过去几年里大幅下降。

如上所述，650V SiCMOSFET与SiIGBT的价格比为4:1左右，而在2018年，这一数字高达10:1。

业内给出的预估是，未来碳化硅器件的成本将每年下降10%左右，这个过程必然伴随着更多消费场景的解锁。根据Yole的预测数据，到2025年，碳化硅器件将增长到25.62亿美元，年复合增长率为30%。

一步慢，一步跟不上。

在第三代半导体产业上，美国、日本、欧洲已经领先，但中国仍处于落后地位。

与硅基功率半导体类似，碳化硅产业链还包括衬底、外延、器件、模块和应用。不同的是每个环节的价值是倒挂的。

在硅基半导体行业，晶圈成本较大，而碳化硅的附加值集中在上游衬底(成本约占47%)。因此，碳化硅产业链的实际控制权实际上掌握在衬底供应商手中。

在世界范围内，Wolfspeed是基板领域的绝对霸主，市场份额为62%，其次是II-VI，但只有14%的蛋糕。按照Wolfspeed的规划，2024年前公司将扩大30倍的产能，所以基板的霸主地位恐怕还会延续下去。

当地的参与者是山东田玉娥和田可何达。

天和达是中国第一家创业的企业。建立了国内首条碳化硅晶片中试生产线，并率先开发出6英寸碳化硅晶片。但就目前的实力而言，山东田玉娥更胜一筹，尤其是在半绝缘基板领域。

数据显示，2020年，山东田玉娥在半绝缘基板领域的市场份额约为30%，较2019年的18%有大幅提升。根据公司最新发展规划，已决定投资25亿元扩建导电碳化硅衬底，到2026年实现30万片/年的产能。届时，该领域的全球市场份额有望达到15%左右。

对于本土企业来说，规模扩张是其次，最重要的是突破技术瓶颈。目前最先进的8英寸基板仍掌握在Wolfspeed、II-VI、意法半导体等少数几家外资手中。

在外延上，凤凰光学可能是未来“全村唯一的希望”。

此前在不到两个月的时间里，最多时上涨近3倍，期间连续收获11个一字板涨停。

这种反常现象的根源在于凤凰光学对浦星电子和郭盛电子的收购。

盛电子手中握有8英寸硅外延工艺和技术，打破了发达国家的技术垄断，能够满足0.09-0.18m功率器件的制造要求。普星电子是国内首家稳定量产8英寸硅外延材料的企业，填补了国内技术和产业化空白。

凤凰光学拿下这两家，相当于控制了国内最大的外延片产能。同时也成为未来最有前景的本土碳化硅外延片生产商。这样一来，妖魔化股价也就合情合理了。

设备都是外资的。根据Yole的数据，2020年，ST、Wolfspeed、ROHM、Infineon和Onsemi的市场份额分别为40.5%、14.9%、14.4%、13.3%和7.7%，CR5吃掉了90%以上的市场份额。

国内玩家包括比亚迪半导体、斯达半导体、CRRC时代电气、华润微、三安光电等企业。

作为比亚迪的子公司，比亚迪半导体是世界第二大中国IGBT制造商。在碳化硅器件领域，公司是全球首家、国内唯一一家实现电机驱动控制器中SiC三相全桥模块大规模加载的公司。据业内人士估计，比亚迪将在2023年将旗下所有电动车替换为碳化硅，届时比亚迪半导体将获得大量订单。

作为CRRC旗下的公司，CRRC时代电气在身份上与比亚迪相似，背后都有代工平台，在产品引进上有先天优势。目前，CRRC时代电气已建成6英寸碳化硅产业化基地，掌握了芯片、模块、组件、应用等一整套自主技术。

华润微是中国领先的IDM公司，拥有芯片设计、晶圆制造、封装和测试等综合能力。近日，华润微相继发布了第二代产品SiCJBS和1200VSiCMOSFET产品。根据公司的交互平台，最新的SiCMOS产品性能已经可以和国际一线品牌比肩。

2018年后，我国第三代半导体领域布局明显加快。去年共有24个投资扩产项目落地，投资额近700亿元，比2019年增长160%。

虽然暂时落后，但行业还没有成熟固化，还是有可能赶上的。背靠强劲的内需市场，相信内外资企业的差距一定会缩小。

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