當前，國內第三代半導體產業發展關注度空前。
以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GAN)為代表的第三代半導體在近年有兩個標志性的應用。SiC方面，特斯拉的Model3采用了意法半導體和英飛凌的SiC逆變器，這是第一家在主逆變器中集成全SiC功率模塊的車企，由此也將SiC的應用市場給點燃;而去年GAN一個典型的應用就是GAN快充，目前主流手機廠商均已發布氮化鎵快充產品。
當然，上述所列舉的應用只是第三代半導體的“冰山一角”，伴隨著5G、新能源汽車、智能電網、軌道交通等下游應用快速發展，以及國家政策的大力扶持下，第三代半導體的市場規模正在持續增長，其中2020年三代半襯體材料的市場規模達到9.97億元，同比增長26.8%。
那么，當前國內第三代半導體產業已發展到哪個階段?與國外頭部廠商相比是否存在技術差距?發展過程中存在哪些機遇和風險因素?為此，記者近期實地走訪調研了國產功率半導體龍頭企業——華潤微，后者于去年宣布國內首條6吋SiC晶圓生產線量產，目前公司的SiC二極管已經小批量出貨，今年下半年或推出SiC MOSFET。
SiC二極管發展成熟
據了解，與硅相比，SiC擁有更為優越的電氣特性，同時SiC的熱導率比硅更高，SiC器件也因此對散熱的設計要求更低，有助于實現設備的小型化。
目前，SiC的產業鏈主要分為：SiC襯底材料的制備、SiC的外延生長、器件以及SiC模塊封裝。而在SiC領域，目前華潤微主要聚焦于SiC器件的生產。
2020年7月，華潤微正式發布1200V和650V 工業級SiC肖特基二極管系列產品，并實現量產，記者在調研中了解到，華潤微的SiC二極管于去年下半年投入市場，產品經過前期客戶、客戶驗證等過程，今年已經形成一些量產規模(月產能約1000片)，主要應用于工業類、電源類等領域，目前營收約在百萬量級。
值得注意的是，早在2001年，英飛凌就最先發布SiC肖特基功率二極管產品，但此后至2016年前述產品才真正實現量產。由于SiC二極管在應用領域已經歷了近十年的應用驗證，同時其技術迭代也一直在加速，因此國內在SiC二極管方面技術也是比較成熟，與國外廠商之間的技術差距并不大。
除SiC二極管外，SiC MOSFET也是華潤微的研發的重點。記者從知情人士處獲悉，預計在今年下半年，華潤微或將推出SiC MOSFET產品，后者可聚焦新能源汽車、充電樁等應用需求。
在SiC MOSFET方面，第三代半導體行業龍頭美國科銳于2011年報告了MOSFET器件的研制，經過十幾年的發展，目前以科銳、羅姆、英飛凌、ST等國外公司為代表的廠商，已經可以提供650伏到1700伏的成熟產品，并且部分廠商近年在SiC MOSFET方面也在進行大量擴產。
與之相比，國內SiC MOSFET器件尚未形成規模產業化，其性能的可靠性等還需要進一步的提升。
記者獲悉，在國內廠商中，此前深圳基本半導體曾推出1200V SiC MOSFET，達到可量產狀態;上海瞻芯電子于2018年5月成功地在一條成熟量產的6英寸工藝生產線上完成SiC MOSFET的制造流程;另外中國電科五十五所是在SiC領域最早布局的公司，其建有SiC6英寸的產線，產線能力是約3萬片每年，在MOSFET方面已實現了650伏到1700伏MOSFET的量產。
產業進入擴張期
在SiC的諸多下游應用場景中，電動汽車將是SiC器件更有潛力的應用市場。
有機構預測，到2025年全球SiC市場將會增加到60.4億美元，到2028年市場增長5倍。而目前全球SiC硅晶圓總產能約在40-60萬片，而如果按照2022年特斯拉的交付量100萬輛車計算，僅一個特斯拉就將消耗全球SiC硅晶圓總產能。
不過，有第三代半導體行業人士向記者表示，車廠對SiC器件的要求非常高，一方面是材料的穩定，目前第三代半導體材料應用在工業領域都不能完全的滿足要求，更不用說應用在車上;其次，目前國產硅基器件應用在車廠的都很少，更不用說是SiC器件，因此雖然應用市場非常的廣泛，但對國內供應商而言還有很長的路要走。
此外，國內第三代半導體廠商中，更多的企業聚焦于SiC器件端，而在材料襯底端布局的企業則屈指可數，但SiC襯底不僅是產業鏈中最核心的環節，同時，由于襯底的成本占整個器件將近一半，因此襯底成本的高低，也直接影響SiC器件價格的高低。
記者在對華潤微調研時，企業的感受也是SiC器件的成本偏高。
而降低SiC襯底成本的方式之一是向大尺寸方向發展，即襯底的尺寸越大，邊緣的浪費就越小，有利于進一步降低芯片的成本。目前美國科銳已成功研發8英寸產品，而國內企業中，山東天岳目前主要是4英寸襯底，英寸襯底小批量銷售;天科合達同樣以4英寸襯底為主，正在6英寸襯底過度。
產能的提升也將使得襯底材料成本持續下降。據《第三代半導體產業發展報告2020》白皮書顯示，為迎合市場需求，國內第三代半導體企業：天科合達、同光晶體、泰科天潤、三安光電、英諾賽科等紛紛擴產，預示著國內第三代半導體產業開始進入擴張期。
另外，伴隨著行業上下游廠商的博弈，以及越來越多的“后起之秀”入局第三代半導體領域，美國科銳在SiC市場的份額從此前的80%，降低至當前40%左右。有業內人士預計，美國科銳在SiC材料領域的市場占有率會進一步下降，直至降到30%左右，而產業集中度的下降必將意味著市場競爭將更加激烈。未來SiC襯底的價格或將繼續以每年15%左右的速度下降。
不過也有觀點認為，如果根本的技術問題沒有得到大的改進，其實降價的空間，從襯底這個維度來看是相對有限。
從研發到規模商業化的挑戰
總體來看，國內第三代半導體行業發展潛力巨大，但同時發展過程中亦面臨諸多的挑戰。
賽迪顧問就在其發布的《2021半導體材料產業演進發展白皮書》中指出，目前中國的第三代半企業已經從小批量的研發模式轉向了規模化商業化的生產模式，但國內的第三代半產業多為高校和科研機構技術轉化出來的企業，這些企業存在著實力相對弱小、抗風險能力差，在產業鏈中的地位和話語權不足等問題。
因此白皮書中建議，第三代半導體的性能和材料、結構設計和制造工藝它的關聯緊密，而且制造產線的投資額相對較低，建議國內企業為了確保自身的競爭優勢，可以向IDM模式轉變。
從行業角度看，包括英飛凌、ST、日本羅坶等公司均采取的IDM模式，另外美國科銳公司的SiC產業鏈覆蓋襯底、外延及器件制作;而在國內行業中，泰科天潤、華潤微、中國電科等均采取的IDM模式，另外露笑科技投資的SiC產業園也覆蓋晶體生長、襯底制作、外延生長等多個產業鏈環節。
第三代半導體行業人士記者表示，目前國內做第三代半導體對外代工的廠商很少，因為代工的意義不大，材料成本占比很大，加工費其實很少。
“像SiC的特性決定了其器件比較貴，不應用于消費級市場，也就是說應用場景要求較高，比如工業級、汽車級等領域，因此不但產品的性能要達到要求，同時本身的供貨能力，供應鏈的安全保障都有要求”，上述行業人士認為，“像這種產品，價格還是其次，首先看產品性能是否能達標，其次看是否能持續穩定的供貨，這都是非常重要的指標，因此如果是小公司，存在無法持續供貨的風險。”
此外，還需警惕行業資本過熱的現象。
從產業的政策環境來看，雖然國家和各地政府出臺了多項政策來促進三代半材料產業的快速健康有序的發展，但三安集團北京公司副總經理陳東坡此前提醒，在很多二三線城市，由于對于半導體認知相對低一些，對于分辨優質項目和差項目的能力會弱一些，結果會導致行業的資源分散，甚至有產能過剩的隱患。
陳東坡對此建議，首先主管部門需提升項目支持的精準度;其次是要強化窗口指導;其三是上下游協同，以下游應用帶動上游元器件，以下游應用企業考核上游元器件，來解決科技成果產品化的問題;第四，可以依托行的龍頭企業建立中試研發平臺。(吳凡)
