近几年,中美两国对抗强度越来越强烈,从贸易领域到科技领域,美国全面围堵中国的企业,尤其是中国的半导体企业。这极大地激发了国内厂商自强的动机。中国政府的万亿资金扶持,加快了我国半导体国产替代的进程。叠加海外疫情的泛滥,海外产能受到抑制,国内厂商可趁机抢占市场份额。此为天时。

从国产替代进程来看,国内半导体元器件厂商正处于加速扩产阶段,且与日韩企业技术代差正在缩小。随着日韩巨头加速退出中低端市场,释放大量市场空间。国内下游客户需求扩大,我国半导体厂商有望持续抢占这部分空出来的市场份额,直接切入全球化供应链体系。此为地利。

目前并不是像外界所说的,芯片制程越先进越好,关键在于成熟的制作工艺。大部分的下游需求方对制程的需求仍然相对较低,45-90纳米的需求仍旧较多。韦尔股份、兆易创新、汇顶科技、圣邦股份和卓胜微的芯片都具备12寸的成熟工艺(90～45nm),而不是所谓的14/10/7/5nm先进工艺。海外大量人才回流国内市场,足以满足下游客户45-90nm的制程要求,整个半导体产业,工程师红利正在得到释放。此为人和。

在半导体国产化方面,华为海思芯片设计能力已达国际顶尖水平,国内与国外差距不大。晶圆制造方面,中芯国际与台积电仅有6年的技术差距,光刻机等半导体设备卡脖子,国产难度较大。上游的半导体材料,目前国内与海外的差距最小,国产替代优势明显,中国寄希望于第三代半导体材料,突破上游的垄断封锁。

根据ICinsights数据,2020年中国集成电路产量占国内1434亿美元消费总额的15.9%。预计到了2025年,国产化比例将提升到19.4%,2030年该比例提升到30%。

 第三代半导体:中国实现弯道超车

前几天(6月17日),彭博社爆出中国政府正在制定“芯片对抗计划”的重磅新闻,中国准备投入1万亿美元扶持我国半导体产业,与美国进行科技反击战,帮助国内半导体企业突破美国的封锁。

有传闻说一万亿美元这个数字并不准确,但不管怎么说,第三代半导体材料在这次国家战略中,占据的地位仍然非常重要。

第三代半导体材料是以氮化镓、碳化硅、氧化锌、金刚石四种材料为芯片衬底,是5G时代的主要芯片材料。这种新型的衬底有较宽的禁带宽度,具备耐高温、耐高压、大功率、抗辐射、导电性能更强、工作耗损更低等性能优势。它能制造新能源汽车所需的功率器件、5G基站所需的射频器件和消费电子所需的集成电路衬底,因此第三代半导体对于我国抢占科技制高点,反击美国封锁,至关重要。

氮化镓材料:与硅基相比,第三代半导体具有得天独厚的优势。氮化镓和碳化硅的禁带宽度分别为3.39电子伏特和3.26电子伏特,较宽的禁带宽度非常适合高压器件应用。氮化镓电子饱和速度高,是硅的2.5倍,是砷化镓的2倍,非常适合做微波器件,比如手机内的射频前端放大器、5G基站以及微波雷达。微波雷达并不限于应用在航天航空和国防领域,将来在新能源汽车自动驾驶里也有应用潜力,可利用它精确感知障碍物,指导自动驾驶数据及时调整。

碳化硅材料:碳化硅器件的耐压能力可达到1200-1700伏,主要应用于新能源电动车和充电桩领域,目前在特斯拉电动车上已经得到应用,将来还可以应用于电网、交通轨道机车牵引和航空航天领域。比亚迪汉EV也搭载了比亚迪自主研发并制造的高性能碳化硅芯片控制模块。

在电子消费领域,第三代半导体应用速度最快。目前已有华为、小米、OPPO、三星、努比亚等手机品牌推出氮化镓手机快充产品。美国科学家研究发现,如果全球采用第三代半导体电子器件,能将效率由原来的73%提升到87%。相当于节省3.5个三峡的发电量。

据第三代半导体产业联盟统计,2020年,中国第三代半导体材料产值约为70亿元。其中,在新能源汽车领域,碳化硅市场将于2025年达到25亿美元(约合人民币164.38亿元)的市场规模。同时,5G通信基站所需GaN射频器件的国产化率将达到80%,增长空间足够有想象力。到2030年,国内将形成1～3家世界级龙头企业,带动产值超过3万亿元,年节电万亿度。

在第一代半导体和第二代半导体时代,中国至少落后欧美15年,存在极大的技术代差,但是在第三代半导体时代,我国仅仅比美国落后1-2年左右,基本处于同一个起跑线上。在第三代半导体产品的出货量上,中国远远超过欧美。以现在的发展速度来看,未来5年,我国很大概率在第三代半导体技术上有整体性突破。

今年,在政府公布的十四五规划当中,第三代半导体已经位列其中,成为国家未来的重大发展战略。从全球竞争角度来看,中国必争半导体领域的技术制高点,仰人鼻息的日子或渐渐过去,国产化势在必行。

目前,我国已经形成完备的碳化硅材料、氮化镓材料产业链。

碳化硅产业链方面,国产衬底玩家有山东天岳、天科合达等;外延片玩家有瀚天天成电子科技有限公司、东莞市天域半导体等;器件制造领域,则有泰科天润半导体、厦门芯光润泽科技有限公司等。

氮化镓材料产业链方面,衬底材料玩家有苏州纳维、东莞中镓等;外延片玩家有晶湛半导体、江苏能华等;器件制造领域,安普隆半导体、华为海思等。