第三代半导体纳入“十四五规划”!这类型的企业布局更有优势

行家说Talk · 2020-09-11

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第三代半导体纳入“十四五规划” !这类型的企业布局更有优势

日前,最新消息显示,国家2030计划和“十四五”国家研发计划明确将第三代半导体列为重要发展方向,目前已经到了动议讨论实施方案的阶段。超强风口来临,相关板块个股逆势飞涨。

那么,何为第三代半导体?在半导体产业的发展中, 一般将Si、Ge称为第一代半导体;而将GaAs、InP、GaP、InAs、AlAs及其合金等称为第二代半导体;SiC、GaN、ZnSe和金刚石等宽禁带半导体称为第三代半导体。

同第一、二代半导体相比, 第三代半导体有以下突出的优点:

√宽禁带宽度、高击穿场强、高饱和漂移速度、高热导率、小介电常数和高的电子迁移率,以及更强的抗辐射能力强;

√制作高频、大功率、耐高温和抗辐射器件的理想材料;

√耐高温使得宽禁带半导体可以适用于工作温度在650℃以上的军用武器系 统和航空航天设备中;

√大功率在降低自身功耗的同时提高系统其它部件的能效,可节能20%-90%;

√高频特性可以极大提高雷达效率,在维持覆盖的前提下减少通信基站的数量,更可以实现更高速IC芯片的制造;

√宽禁带使得高亮度白光LED照明成为可能,同时可降低电力损耗47%;

√抗辐射可以减少设备受到的干扰,延长航空航天设备的使用寿命的同时极 大的降低重量。

行家说产业研究中心认为:以SiC和GaN为核心第三代半导体近几年来受到半导体行业极大关注。随着5G、汽车等新市场出现,SiC和GaN不可替代的优势使得相关产品的研发与应用加速。此外,两者的不同优势决定了应用范围上的差异。SiC拥有更高的热导率和更成熟的技术,可用于功率器件;而GaN具有更高的电子迁移率,相比SiC或Si具有更高的开关速度,在高频率应用领域,GaN具备优势。

来源:行家说产业研究中心

化合物半导体工艺属于精细生产过程,需要严格的工序流程管理及生产控制,这要求企业需要有足够的生产经验的技术储备。此外,化合物半导体前期投入巨大,固定成本极高,参与其中的企业既要有规模化生产管理的经验,又要有雄厚的资金实力,才能在形成规模化之前承担起巨大投入带来的成本压力。

基于上述条件,原先在LED领域的头部企业即拥有优秀的制造基因,又有充裕的资金储备,因此具有布局第三代半导体的良好基础。

事实上,我国对于第三代半导体材料的投资热情高涨,仅从LED领域相关的企业来看,目前就有科锐、三安、华灿、士兰、利亚德等LED领军企业,在第三代半导体方面已抢先布局。那么,这些企业已有哪些重要举措和新进度呢?

科锐

谈到第三代半导体,首先绕不开科锐,在SiC市场具有超高市占率。

科锐在1991年就推出了全球首款商用SiC晶圆,1998年创建业界首款采用SiC的GaN HEMT,进入21世纪后,公司在SiC射频器件与电力电子器件领域继续拓展,于2002年推出首款600V商用SiC JBS肖特基二极管,2011年推出业界首款SiC MOSFET。

目前科锐具备SiC功率器件和GaN RF射频器件生产能力。其中SiC功率器件市场,科锐的Wolfspeed拥有全球最大的市场份额,也引领了SiC晶圆尺寸的变化浪潮;在GaN射频市场,Wolfspeed位居第二。科锐的GaN HEMT出货量超过了1500万只,此外也拓展了GaN-on-SiC代工服务。

近一年来,科锐在SiC方面动作频频,关键的事件有:

2019年1月,科锐与意法半导体签署SiC晶圆片多年供应协议。

2019年5月,科锐宣布将投资10亿美金用来扩大SiC的产能,包括整合一座8寸晶圆厂和一座SiC材料工厂。

2019年8月,科锐与安森美半导体签署SiC晶圆片多年期供应协议。

2019年9月,科锐宣布扩产计划,将在美国纽约州建造全球最大SiC制造工厂,该计划将实现30倍产能提升和更低的净资本性支出。

2019年11月,科锐与意法半导体扩大并延伸现有SiC晶圆供应协议。

三安集成

而在国内企业的布局中,三安算是领导型厂商。

2017年底,三安光电宣布投资333亿元建设“泉州芯谷”南安园区·三安高端半导体项目。主要包括高端氮化镓LED衬底、外延、芯片的研发与制造产业化项目,高端砷化镓LED外延、芯片的研发与制造产业化项目,大功率氮化镓激光器的研发与制造产业化项目的光芒,用于扩大高端化合物半导体产能。

2018年12月,三安光电子公司厦门三安集成电路宣布推出6英寸SiC晶圆代工制程。商业版本的6英寸SiC晶圆制造技术的全部工艺鉴定试验已完成并加入到三安集成电路的代工服务组合中。

2020年6月16日晚间,三安光电发布公告称,公司决定在长沙高新技术产业开发区管理委员会园区成立子公司投资建设包括但不限于碳化硅等化合物第三代半导体的研发及产业化项目,包括长晶—衬底制作—外延生长—芯片制备—封装产业链,投资总额160亿元。具体开发建设产品内容方面,三安光电表示,主要研发、生产及销售6寸SIC导电衬底、4寸半绝缘衬底、SIC二极管外延、SiC MOSFET外延、SIC二极管外延芯片、Si CMOSFET芯片、碳化硅器件封装二极管、碳化硅器件封装MOSFET等。

利亚德

早在2017年初,利亚德全资子公司利亚德香港就出资350万美元认购了赛富乐斯(SAPHLUX)公司1,501,220股AA级优先股,占赛富乐斯总股本的14%。

作为一家专注于第三代半导体的技术企业,经过从耶鲁大学实验研发到产业化的十几年积累,赛富乐斯现已拥有两项全球领先的第三代半导体技术:半极性氮化镓材料以及NPQD(纳米孔量子点)Micro-LED。

半极性氮化镓(Semi-polar GaN)材料是业界公认的更加先进的第三代半导体核心材料。相比于传统的极性氮化镓,半极性材料拥有更优化的晶体方向,大幅降低了氮化镓材料中固有的量子限制史塔克效应(QCSE),消除了极化场,使电子和空穴的结合效率大幅提高。因此,由半极性氮化镓材料制成的半导体器件能够在长波长、大电流的环境下高效、高速地运行,在激光投影、Micro-LED显示、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域均拥有广阔的应用前景,是支撑信息、能源、交通等发展的重要战略新材料。

目前,赛富乐斯已成为全球唯一一家能够量产4英寸半极性氮化镓晶圆的企业,产品已得到了业界的广泛认可,销往日本、韩国、美国等众多第三代半导体企业和研究机构。

此外,值得一提的是,目前第三代半导体领域关注度飙升的Micro-LED,业界几乎已经达成共识,将会在AR/VR领域率先得到商业化应用。不过,传统氮化镓的极化效应会导致蓝、绿光LED芯片在电流变化时产生波峰(色彩)偏移,AR/VR用Micro-LED的对比度高,在使用中需要频繁转换场景,其驱动电流的变化就会带来严重的色彩偏差,难以满足终端客户的要求。而半极性氮化镓Micro-LED通过大幅降低极化效应来解决这个问题。

利亚德目前在大尺寸自发光领域已经布局了Micro-LED显示,而在赛富乐斯上的布局,对于利亚德未来在更广阔的消费显示及第三代半导体应用方向上或将大有裨益。

华灿光电

2019年11月14日,华灿光电(浙江)有限公司成功获批浙江省第三代半导体材料与器件重点实验室,为义乌市首家省级重点实验室。标志着浙江省科技厅对华灿光电在第三代半导体材料与器件领域的技术储备以及科研实力的肯定。

2020年7月8日,华灿光电院士工作站在义乌制造基地正式挂牌。院士工作站由长期从事宽禁带半导体材料及关键技术研究的中国科学院院士叶志镇教授领衔,华灿光电研发团队支持,将助力华灿光电在第三代半导体材料和器件领域加速提升核心技术,为国家产业发展提供有力技术支撑。

士兰微

士兰先进化合物半导体项目由厦门士兰明镓化合物半导体有限公司负责实施运营,公司注册资本为8亿元,其中厦门半导体投资集团以货币出资5.6亿元,占股70%;士兰微以货币出资2.4亿元,占股30%。

项目总投资50亿元,建设4/6英寸兼容先进化合物半导体器件生产线,主要产品包括先进的化合物器件、高端LED芯片、第三代化合物功率半导体器件。分两期实施,其中,项目一期投资20亿元,2019年底投产,2021年达产;项目二期投资30亿元,计划2021年启动,2024年达产。

行家说产业研究中心认为:除了原本第三代半导体赛道上的玩家,拥有LED制造经验、人才储备以及资金实力的LED领军企业,切入第三代半导体也具备一定的先发优势。在LED产业工艺日趋成熟,价格竞争激烈的情况下,提前布局未来前景开阔的蓝海市场不失为极具前瞻性的战略选择。

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