近期,，阿里巴巴達摩院發(fā)布2021年十大科技趨勢，“第三代半導體迎來應用大爆發(fā)”位列第一,。達摩院指出，第三代半導體的性價比優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)并正在打開應用市場,。未來5年,，基于第三代半導體材料的電子器件將廣泛應用于5G基站、新能源汽車,、特高壓,、數(shù)據(jù)中心等場景。

“性價比優(yōu)勢”是形成市場穿透力的敲門磚,。長期以來,，第三代半導體受限于襯底成本過高、制備困難、應用范圍小等因素,，成本居高不下,，限制了市場接受度的提升。隨著應用空間逐漸拓展,，制備技術(shù)日益成熟,，第三代半導體逐漸從產(chǎn)品導入期走向市場拓展期。但也需看到,，國內(nèi)第三代半導體企業(yè)多處于研發(fā)或小批量供貨階段,，要實現(xiàn)第三代半導體的規(guī)模化商用,，還需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游的共同作為,。

性價比優(yōu)勢日益凸顯

半導體領(lǐng)域素有“一代材料、 一代技術(shù),、 一代產(chǎn)業(yè)”的說法,。作為產(chǎn)業(yè)鏈最上游的核心部分，材料的影響力貫穿半導體產(chǎn)業(yè)始終,，不僅用于制造和封測工藝,，也直接影響芯片的供貨效率和性能質(zhì)量。

“小巧,、高效,、發(fā)熱低”——小米董事長雷軍對氮化鎵充電器的評價，道出了第三代半導體的性能優(yōu)勢,。相比硅材料,，第三代半導體擁有耐高溫、耐高壓,、高頻率,、大功率、抗輻射等先天優(yōu)勢,，相比硅器件可降低50%以上的能量損失,，并減小75%以上的裝備體積。

不過,，第三代半導體雖然優(yōu)勢顯著,，卻尚未進入大規(guī)模化商用階段,。由于制備工藝成熟,、自然界儲備量大且應用廣泛，硅器件形成了難以逾越的價格優(yōu)勢,。相比之下,，第三代半導體的單晶及外延材料價格昂貴,，制備工藝難度較大且襯底成本高。相比傳統(tǒng)6英寸硅襯底,，碳化硅襯底的價格高出數(shù)十倍之多,。

既然價格上缺乏優(yōu)勢，第三代半導體的性價比優(yōu)勢,，體現(xiàn)在哪些維度?

“第三代半導體器件的性價比主要體現(xiàn)在綜合開銷上,。” 阿里達摩院十大科技趨勢項目組專家告訴《中國電子報》記者,。

據(jù)該專家介紹,，得益于第三代半導體電力電子器件的高頻特性，圍繞器件布局的無源元件可減小和減少,，從而減少物質(zhì)開銷;其次,，器件高壓特性可以使部分多級降壓或升壓模式改變?yōu)閱渭壞Ｊ剑行p少元器件數(shù)量;此外,，器件耐高溫特性可以使模組或系統(tǒng)散熱成本有效降低,，目前正在快充、逆變器等應用中逐步體現(xiàn),。

碳化硅供應商基本半導體向記者提供的資料顯示,，在新能源汽車使用碳化硅MOSFET 90-350kW逆變器時，可減少6%~10%的電池使用,，并節(jié)省空間占用及冷卻系統(tǒng)需求。雖然碳化硅器件的成本增加值在75~150美元,，卻節(jié)約了525~850美元的綜合開銷,。

這種系統(tǒng)性成本優(yōu)勢，可謂第三代半導體的“殺手锏”,。

同樣值得注意的是,，雖然硅器件成本優(yōu)勢顯著，但價格下降空間已所剩無幾,。相較之下,，第三代半導體尚有充足的降價空間。

CASA Research數(shù)據(jù)顯示,，耐壓600V-650V碳化硅SBD在2019年的均價是1.82元/A,，較2017年年底下降了55.6%，與硅器件價格差距縮小到2.4倍左右,。1200V碳化硅SBD雖然與硅器件的價格差距在5倍左右,，但均價較2017年下降了37.6%。

這種降價幅度,，在硅產(chǎn)業(yè)已經(jīng)難以想象,。隨著5G、新能源汽車等下游市場對第三代半導體的需求上揚，以及制備技術(shù)特別是大尺寸材料生長技術(shù)不斷突破,，第三代半導體的性能日益穩(wěn)定且價格持續(xù)下探,，性價比優(yōu)勢將持續(xù)凸顯。

規(guī)模商用尚需時日

市場邊界的拓展,，讓第三代半導體從半導體照明等小批量應用,，走向了更加廣闊的市場空間。但也需看到,，國內(nèi)第三代半導體企業(yè)多數(shù)處于研發(fā),、項目建設(shè)或小批量供貨階段，對企業(yè)營收的貢獻比例較低,，第三代半導體的大規(guī)模商用尚需時日,。

達摩院十大科技趨勢項目組專家向記者表示，第三代半導體要走向規(guī)?；?、商用化，至少要滿足五個條件：一是細分領(lǐng)域的代際優(yōu)勢獲得市場進一步驗證;二是元器件可靠性可滿足整機廠商對消費端,、工業(yè)端等的差異化需求;三是應用端利潤能基本覆蓋材料到制程的投入;四是面向第三代半導體器件與電路的專業(yè)工程師群體的成長;五是代工體系能有效支撐通用芯片的穩(wěn)定供貨,。

“產(chǎn)業(yè)鏈必須在第三代半導體優(yōu)勢應用領(lǐng)域和細分環(huán)節(jié)做縱深整合和迭代嘗試，突出應用需求牽引,，才能使產(chǎn)業(yè)鏈具備內(nèi)生動力,。同時，要發(fā)揮政策及龍頭企業(yè)的帶動優(yōu)勢和區(qū)域優(yōu)勢,，通過垂直整合和兼并重組,，做強優(yōu)勢方向，重視材料與制程的協(xié)同突破,，加強知識產(chǎn)權(quán)保護和第三代半導體產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng),。”該專家指出,。

賽迪顧問新材料產(chǎn)業(yè)研究中心副總經(jīng)理楊瑞琳也向記者表達了類似的觀點,，第三代半導體的規(guī)模化商用,，要以應用為牽引,，關(guān)注5G、新能源汽車充電樁,、特高壓及軌道交通四大“新基建”領(lǐng)域的市場機會,，以核心技術(shù)突破及量產(chǎn)技術(shù)落地加速產(chǎn)業(yè)化進程，推動產(chǎn)業(yè)上下游協(xié)同發(fā)展,。

“對于企業(yè)而言,，首先要通過擴大產(chǎn)能,，降低固定成本，推動晶圓成本降低;同時,，基于大尺寸材料生長技術(shù)等更加成熟的制備技術(shù),，通過更大尺寸的襯底降低器件的加工難度和生產(chǎn)成本。此外,，可與大客戶簽訂長期合作合同,，提升供應穩(wěn)定性?！?楊瑞琳說,。

從市場穿透力來看，在高溫,、強輻射,、大功率等特殊場景，第三代半導體差異化優(yōu)勢顯著,。但在功率器件等被視為第三代半導體適用性最強的市場,，硅材料仍占據(jù)主導地位。綜合中國電子標準化研究院和Yole數(shù)據(jù),，2019年碳化硅,、氮化鎵電力電子器件市場滲透率約為2.5%，尚處于產(chǎn)品導入階段,。

“由于襯底成本過高,，制程條件相對困難，第三代半導體市占表現(xiàn)長期受限,，預計10年后市占仍將低于整體半導體市場的一成以下,。”TrendForce集邦咨詢分析師王尊民向記者表示,。

即便性價比優(yōu)勢在電動車、無線充電器,、能源轉(zhuǎn)換器等產(chǎn)業(yè)逐漸凸顯,，讓下游客戶從已經(jīng)成熟的硅產(chǎn)品線切換到第三代半導體，絕非一蹴而就,。需要產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)在成本控制,、產(chǎn)品指標、市場選擇上,，做出更加合理的部署,，做好持久戰(zhàn)的準備。

“第三代半導體要走向規(guī)模及商用化,，現(xiàn)階段主要考量如何有效降低襯底價格及提高尺寸大小,，后續(xù)再配合不同材料的制程條件開發(fā)(如硅器件開發(fā)流程一般),，持續(xù)滲透功率半導體領(lǐng)域，相信企業(yè)發(fā)展將逐漸步上正軌,?！?王尊民表示，“第三代半導體尚處于產(chǎn)品銷售的成長階段,，多數(shù)從業(yè)者將發(fā)布差異化的產(chǎn)品并鎖定特定市場,，找尋合適的應用場景。預計2021年,，第三代半導體將維持百花齊放之勢,，廠商將持續(xù)推出產(chǎn)品并挑戰(zhàn)不同的市場機會，提升企業(yè)知名度,，開拓未來發(fā)展空間,。”