近日，功率半導體龍頭廠商英飛凌宣布，將投資超20億歐元在馬來西亞居林工廠建造第三個廠區，以大幅增加產能，新廠區主要涉及外延工藝和晶圓切割等關鍵工藝，將于6月開始施工，預計第一批晶圓將于2024年下半年下線。
英飛凌此前透露，其2022財年的投資將大幅提升至24億歐元。如今超八成資金被用在了第三代半導體投資上。未來，英飛凌還將持續為其第三代半導體業務注資，將把奧地利菲拉赫的6英寸、8英寸硅基半導體生產線改造為第三代半導體生產線，這意味著英飛凌正集中火力向第三代半導體產業的縱深處進發。
長期以來，硅始終是集成電路芯片制造最廣泛的原材料，然而在5G走向成熟落地、物聯網設備連接數持續增加、汽車產業智能化轉型加速的趨勢下，受材料本身特性的限制，硅基半導體逐漸無法滿足日益提高的市場需求。
在這種情況下，以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導體材料逐漸嶄露頭角，憑借其高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強等優越性能，展現巨大的市場前景，正成為全球半導體市場爭奪的焦點，國內外第三代半導體技術、產品、市場、投資均呈現較高增長態勢。
據TrendForce預測，2025年全球SiC功率器件市場規模將達到33.9億美元，GaN功率器件市場規模也將達8.5億美元。
2020-2025年全球SiC功率市場規模（單位：億美元）
圖源：TrendForce
行業廠商大幅擴產
之所以敢于不斷加碼第三代半導體，源自英飛凌對行業的高度看好。除了英飛凌之外，業界還有很多企業都在加大對第三代半導體的投資力度。
以SiC為例，安森美半導體表示今年要將SiC產能擴充4倍，2022財年第一季度，安森美預計資本支出約為1.5-1.7億美元，主要用于擴產12英寸硅產線產能。去年10月，安森美以約26.87億人民幣正式收購SiC襯底廠商GTAT。據安森美此前說法，2022年和2023年的SiC資本支出預計將占總收入的12%左右。
意法半導體2021年的資本支出達到約21億美元，其中14億美元將投入全球產能擴建，同時也在繼續投資供應鏈的垂直化整合，計劃到2024年將SiC晶圓產能提高到2017年的10倍，SiC營收將達到10億美元。
羅姆也立下了SiC的增長目標。2021年5月，羅姆提出要搶占全球30% SiC市場的目標。為了滿足日益擴大的SiC產品需求，羅姆相繼加大投資力度，在日本阿波羅筑后和宮崎新工廠將于2022年投入運營，計劃器件產能提高5倍以上。此外，羅姆還將把在馬來西亞的半導體工廠產能擴大到1.5倍，計劃到2023年8月建成。除了馬來西亞工廠新廠房開工建設和日本筑后工廠的SiC新廠房正式運轉之外，2022年羅姆還將繼續對前工程和后工程進行積極投資。
近日，韓國SK Siltron第三次對SiC業務進行擴產，預計到2024年將投資近10億元，負責后段工藝的生產，計劃于今年下半年開始量產。一旦該廠的擴建和良率穩定下來，SK Siltron的SiC生產規模將較去年大幅擴大。這是SK Siltron第三個擴產動作，之前還在美國和韓國擴充SiC產能。SK Siltron近期表示將在未來5年內，在美國將投資約38.42億人民幣，以擴大美國SiC晶圓生產規模。
最近幾個月，還有TRinno、Scenic等多家韓國企業也在建線，涉及SiC襯底、外延和器件等環節。此外，行業公司包括鴻海、環球晶、漢磊科技等都在進行擴產、收并購、產業鏈上下游整合等一系列舉措。
從上述眾多的擴產和加大投資等事件來看，整個第三代半導體產業正在釋放出國際企業大力完善第三代半導體產業布局，強化競爭優勢以搶奪日漸增長的市場份額的信號。
頭部SiC企業規劃在未來幾年投入巨資，擴充產能，進一步支持和推動客戶業務和市場發展。根據SEMI的預估，全球功率暨第三代半導體的投資額，將在2021年成長20％至70億美元，2022年將持續創新高至85億美元，2017-2022年復合成長率高達15％。
資本市場以及行業廠商大幅擴產的背后，也反映著第三代半導體市場需求正在被快速打開。
2018年，特斯拉在Model 3上采用了650V SiC MOSFET，逆變器效率提升了5%-8%，電動車的續航顯著提升，此舉讓SiC成為了全球車企的關注焦點。
如今，汽車領域的SiC應用正處于關鍵市場窗口期。
一方面車規SiC市場來的很快很猛很集中，隨著特斯拉和比亞迪等車企的示范效應，新能源旗艦車型也逐步由600V平臺向800V平臺切換，近幾年成為各家車廠的爆款車型應用SiC的市場窗口期；
另一方面，如果說五年內是硅抽身讓出來給SiC公司肆意狂奔的相對弱競爭市場，還是Si和SiC之間的競爭，那么五年后新進入者要面對的可能便是SiC和SiC的競爭。根據Yole的預測數據顯示，預計2025年汽車領域的SiC銷售額占比約達到61%。
另外，SiC在光伏、軌道交通等領域均有巨大應用前景。
光伏發電系統中，硅基逆變器成本占系統的10%，但卻是系統能量損耗的主要來源。使用SiCMOSFET功率模塊的光伏逆變器，轉換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設備循環壽命提升50倍，從而縮小系統體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產成本。
軌道交通車輛中大量應用功率半導體器件，其牽引變流器、輔助變流器、主輔一體變流器、電力電子變壓器、電源充電機都有使用SiC器件的需求。SiC器件的應用可以提高裝置效率，提升系統整體效能。
目前，SiC器件并不像其他芯片那樣缺貨，但是上下游企業紛紛開始綁定產能，以應對未來的市場爆發。
SiC襯底方面，據意法半導體透露，目前其已經鎖定了Wolfspeed超過60%的SiC襯底供應，而GTAT又被安森美并購了，國際優質SiC襯底供應更為緊張。SiC外延產能的爭奪也很激烈，以昭和電工為例，2021年5月-9月，英飛凌、羅姆和東芝三家企業都跟昭和電工綁定多年協議，去年12月日本電裝也搶了一部分產能。
國內市場，東莞天域跟露笑科技簽訂了15萬片SiC襯底的戰略合作。此外，還與II-VI公司達成了6英寸導電型SiC襯底戰略合作，行業人士認為這也是在鎖定襯底產能。
不過，國產SiC離“上車”還有一段距離。由于車規級SiC產品的缺陷控制要求非常高，目前國內SiC模塊產業鏈還不完備，現階段都是采用進口SiC技術，這類產品主要集中在英飛凌、羅姆和Wolfspeed等國際頭部廠商手中，國內產品占比相對較少。
國內廠商如何破局？
全球第三代半導體產業競爭市場顯現出美日歐三足鼎立格局。以SiC市場為例，美國在SiC 領域全球獨大，美國Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、Transphorm、道康寧等行業巨頭占據了全球70 %以上的市場份額；歐洲擁有英飛凌、意法半導體、IQE、Siltronic等代表公司，以構建從襯底到外延、器件以及應用的完整SiC全產業鏈；日本的羅姆半導體、三菱電機、富士電機、松下、瑞薩電子、住友電氣等則是在終端設備和功率模塊開發方面占據領先地位。
從布局趨勢來看，跨國企業紛紛加快布局速度，持續提升技術水平。SiC襯底和外延方面，部分器件企業選擇延伸切入該領域，以增強整體服務能力。技術進展方面，6英寸SiC襯底產品實現商用化，8英寸是未來發展方向，幾大主流廠商均推出8英寸襯底樣品，預計5年內8英寸將全面商用。SiC外延6英寸產品實現商用化，已經研制出8英寸產品，可滿足中低壓、高壓、超高壓功率器件制備要求。
反觀國內市場，國內第三代半導體產業起步較晚，但已形成一定基礎，目前正高速發展。據CASA Research不完全統計，截至2020年底，國內有超過170家從事第三代半導體電力電子和微波射頻的企業，而2018年尚不足100家，覆蓋了從上游材料的制備（襯底、外延）、中游器件設計、制造、封測到下游的應用，基本形成完整的產業鏈結構。
如SiC襯底制造商天科合達、山東天岳、露笑科技等；SiC外延片生產企業東莞天域、瀚天天成、英諾賽科、晶湛半導體、聚能晶源等；負責器件設計的企業有深圳基本半導體、瞻芯電子、蘇州鍇威特、陸芯科技等。而以IDM模式生產器件和模塊的企業有比亞迪半導體、泰科天潤、瑞能半導體、士蘭微、揚杰科技、匯川技術、中國中車等多家企業，以及與Wolfspeed、羅姆類似的全流程布局的有三安光電等。
國內企業在SiC襯底方面以4英寸為主，同時山東天岳、天科合達、河北同光、中科節能、露笑科技等廠商已完成6英寸襯底的研發；中電科裝備已成功研制出6英寸半絕緣襯底，在SiC單晶襯底技術上形成自主技術體系。從市場現狀來看，在SiC這條賽道上，國內企業經過幾年深入耕耘，正在積極進入一些關鍵產品的供應鏈，但目前與國外還存在一定差距。
業內人士認為，除了LED發光和射頻，SiC的技術難點主要在于襯底缺陷的控制。當前低缺陷密度的襯底材料主要是歐美及日本廠商生產，國內想要突破還需要相當長的一段時間。同時SiC材料工藝控制難度高、產品批次性波動大導致良率偏低以及主要材料供應被壟斷，甚至推導到市場價格一直居高不下，目前只限定在部分應用市場。
另一邊，GaN領域，目前全球有超過30家企業從事GaN半導體的研發，其中實現商業化量產的企業僅有10家左右。GaN 器件產業鏈各環節依次為：GaN襯底→GaN外延→器件設計→器件制造。目前產業以IDM企業為主，但是設計與制造環節已經開始出現分工，其中，住友電工在GaN襯底領域一家獨大，市場份額超過90%；外延片龍頭包括IQE、COMAT等；GaN制造環節代表性企業包括穩懋、富士通和臺積電，大陸方面以三安光電為代表，有成熟的GaN制程代工服務。
GaN器件產業鏈各環節主要企業
從應用端來看，GaN功率元件主要應用于消費性產品，消費電子（60%）、新能源車（20%）、通訊及數據中心（15%）為前三大應用領域。其中消費電子成為GaN 最主要應用市場，2020年以來，受到小米、OPPO、華為等手機廠商的熱捧。GaN在消費電子領域迅速起量的同時，其應用范圍也在持續擴展，正向新基建所涉及的5G、數據中心、新能源汽車等領域滲透。
中國的GaN發展雖然起步晚，但在政策不斷支持下 GaN 相關產業也在迅速地發展。目前可以小批量生產2英寸襯底，具備4英寸襯底生產的能力，開發出了6英寸樣品，并在建多個與第三代半導體相關的研發中試平臺。
總體上看，國際龍頭企業正在大力完善產業布局，強化競爭優勢，沿產業鏈上下游延伸趨勢日益明顯，全產業鏈布局進一步提升了其競爭優勢。在這種形勢下，國內企業如何破局是需要思考和面對的問題。
中國第三代半導體興起的時間較短，回顧國內產業發展歷程，2013年，科技部863計劃首次將第三代半導體產業列為國戰戰略發展產業。2016年為第三代半導體發展元年，國務院國家新產業發展小組將第三半導體產業列為發展重點，國內企業擴大第三半導體研發項目投資，行業進入快速發展期。
2018年，中車時代電氣國內第一條6 英寸SiC生產線和泰科天潤國內第一條SiC器件生產線相繼建成；2019年9月，三安集成建成國內第一條6英寸GaN、砷化鎵(GaAs)外延芯片產線并投入量產；在2020年7月，華潤微宣布國內首條6英寸商用SiC晶圓生產線正式量產；同年9月，第三代半導體寫入“十四五”規劃，行業被推向風口。
當前，在全球第三代半導體競爭趨于白熱化的情況下，為了滿足市場需求，搶灘市場份額，國內半導體公司紛紛加大資本投入，積極布局SiC、GaN為主的第三代半導體相關產業。
近一年來，國產半導體企業不斷跑馬圈地、投資擴產，持續完善第三代半導體產業鏈。
去年4月，賽微電子宣布投資10億元建設6至8英寸硅基GaN功率器件半導體制造工廠，二期建成投產后月產能將達到1.2萬片晶圓；
隨后，三安光電也宣布其湖南半導體基地一期開始投產，全面建成達產后6英寸SiC晶圓月產能可達3萬片，將成為國內首條SiC垂直整合產業鏈；
11月，露笑科技發布《2021年度非公開發行A股股票預案》，擬募資29.4億元用于投資生產6英寸SiC襯底和建設大尺寸SiC襯底研發中心，建成后將形成年產24萬片6英寸導電型SiC襯底片的生產能力，而研發中心項目投資額為5億元，重點推進8英寸SiC襯底片的技術研發工作；
2021年底，中科鋼研集團高純SiC粉項目于山東菏澤開工，投資額超過10億元；
今年初，國家第三代半導體技術創新中心研發與產業化基地也正式開工建設，總統投資超18億元。據悉，該項目建成后將加速推動產業鏈集聚發展，支撐關鍵技術攻堅和成果轉化；
安世半導體也通過收購英國晶圓廠Newport Wafer Fab提升了在第三代半導體產品領域的IDM能力，2022年安世半導體的SiC、GaN等產品都將逐步量產。
除了上述企業的投資擴產計劃，還有以晶盛機電、斯達半導體為代表的企業，通過定增募資的方式擴大SiC業務布局。華潤微、納微科技、中國電科46所等多家企業也陸續傳出新技術研發、新產品投放市場的消息。
拋開如火如荼的擴產投資，第三代半導體產業格局逐漸迎來空前重構和變化，產業鏈布局正在加速。面對差距以及行業巨頭的大舉進攻，本土芯片供應商應該以技術創新為驅動，更加注重推動第三代半導體功率器件的研發和應用，同時聚焦下游市場，通過綁定家電龍頭，聯手新能源汽車企業，加速科研成果轉化和技術應用落地。
寫在最后
無論是從技術還是到應用，第三代半導體產業仍處于“起跑階段”，創造的產值相較于第一代半導體仍難以比擬。
然而，當科技的演進帶動時代的基調，朝著高效能、綠能零碳的大方向走，未來我們除了需要持續仰仗硅芯片的運算力之外，也需要GaN及SiC等第三代半導體材料在能源與通訊兩大領域做出突破性進展。
有觀點認為，第三代半導體是支撐下一代移動通信、新能源汽車、能源互聯網、國防軍工等產業自主創新發展的重要技術，也是我們產業轉型升級和關鍵材料、關鍵領域進步的核心器件，是中國最有機會突破技術封鎖，形成戰略優勢的領域之一。
近年來，受惠于國家的支持和國產半導體行業的不懈努力，國產第三代半導體正在以不可思議的速度高速成長。在第三代半導體方面，國內外差距沒有一、二代半導體明顯。
科技部原副部長曹健林曾在第三代半導體論壇上表示：“我們面臨著歷史性的機遇與挑戰，中國發展第三代半導體已經有一定的基礎和積累，一是產業鏈比較完整，具備技術突破和產業發展協同的基礎，二是國際半導體產業和裝備巨頭在第三代半導體領域還沒有形成專利、標準和規模的壟斷，國內企業還有機會趕上。”
只是如今，在國際大廠相繼大舉投資擴產，“All in”第三代半導體市場背后，不清楚國內產業的機會還有多大，時間窗口還有多少。
