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硅基芯片逼近物理极限第三代半导体企业加快跑马圈地

发布日期:2022-06-20 19:40   来源:未知   阅读:

  众所周知,硅基材料是半导体产业的基础。第一代半导体以硅(Si)和锗(Ge)为代表,当前全球绝大多数的半导体器件均以硅为基础材料制造,占据着半导体产业 90% 以上的市场份额。

  第二代半导体以砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)等化合物为代表,这类半导体主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。

  第三代半导体以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等化合物为代表,又被称为宽禁带半导体材料,应用场景主要分布在功率和射频领域。与前两代半导体材料相比,第三代半导体具备更宽的禁带宽度、饱和电子漂移速率高、更高的击穿电场、导热率高等优点。

  从全球市场增速来看,据 Yole 预测,从 2021 年到 2026 年,碳化硅产品需求有望从 10 亿美元增长到 35 亿美元,氮化镓功率产品需求有望从不到 1 亿美元增长到 21 亿美元。在第一代半导体硅基芯片逼近物理极限之后,第三代半导体材料将成为创新增长的重要方向。

  2021 年,《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》显示,集成电路板块成为前沿科技攻克的重要方向,其中包括设计工具、重点装备和高纯靶材等关键材料的研发,实现集成电路先进工艺和绝缘栅双极型晶体管 ( IGBT ) 、微机电系统 ( MEMS ) 等特色工艺的突破,促进先进存储技术升级,以及碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体材料的发展。

  与以硅基芯片为主导的半导体技术不同,在第三代半导体材料上,我国与其他国家处在同一起跑线上,如何把握发展机遇将成为重中之重。

  第三代半导体设备领军者北方华创实现营收 96.83 亿元,同比增长 59.90%

  北方华创由七星电子和北方微电子战略重组而成 , 是目前国内集成电路高端工艺装备的先进企业。北方华创主营半导体装备、真空装备、新能源锂电装备及精密元器件业务 , 为半导体、新能源、新材料等领域提供解决方案。

  2021 年,北方华创实现营业收入 96.83 亿元,同比增长 59.90%;归属于上市公司股东的净利润 10.77 亿元,同比增长 100.66%。

  在第三代半导体设备方面,北方华创可以提供长晶炉、外延炉、刻蚀、高温退火、氧化、PVD、PECVD(等离子增强化学气相沉积)、清洗机等设备。由于新能源汽车、新能源光伏及消费电子等对碳化硅和氮化镓器件需求快速增长,国内第三代半导体产线投资升温,因此北方华创的第三代半导体设备业务增长较快。

  三安光电成立于 2000 年,主要从事全色系超高亮度 LED 外延片、芯片、Ⅲ - Ⅴ族化合物半导体材料、微波通讯集成电路与功率器件、光通讯元器件等的研发、生产与销售。

  2021 年,三安光电实现销售收入 125.72 亿元,同比增长 48.71%;归属于母公司股东的净利润为 13.13 亿元,同比增长 29.20%。

  在第三代半导体方面,三安光电的主要产品为电力电子芯片,包括二极管、三极管、MOSFET 等系列。

  三安光电子公司湖南三安主要从事碳化硅、硅基氮化镓等第三代化合物半导体的研发及产业化,包括长晶—衬底制作—外延生长—芯片制备—封装产业链,总占地面积约 1000 亩,总建筑面积超 50 万平米,投资总额 160 亿元,达产后配套产能约 36 万片 / 年。2021 年末,湖南三安已完成建筑面积 29.7 万平方米厂房投入使用,碳化硅产能 3000 片 / 月、硅基氮化镓产能 1000 片 / 月,产能正在逐步释放,预计在今年 7 月前全面达产。

  闻泰科技的主营业务包括半导体 IDM、光学模组、通讯产品集成三大业务板块,目前已经形成从半导体芯片设计、晶圆制造、封装测试、半导体设备,到光学模组、通讯终端、笔记本电脑、IoT、服务器、汽车电子产品研发制造于一体的全产业链布局。2019 年,闻泰科技收购全球知名半导体 IDM 公司安世半导体后 , 业务分布更为多元。

  2021 年,闻泰科技实现营业收入 527.29 亿元,同比增长 1.98%;归属于上市公司股东的净利润 26.12 亿元,同比增长 8.12%。

  在第三代半导体产品方面,目前氮化镓已推出硅基氮化镓功率器件 ( GaN FET ) ,已通过 AECQ 认证测试并实现量产,闻泰科技协同产业合作伙伴完成了 GaN 在电动车逆变器、电控、电源等方案的设计工作。与此同时,碳化硅技术研发也进展顺利,碳化硅二极管产品已经出样。

  中车时代电气围绕技术与市场,形成了 基础器件 + 装置与系统 + 整机与工程 的完整产业链结构,产业涉及高铁、机车、城轨、轨道工程机械、通信信号、大功率半导体、传感器、海工装备、新能源汽车、环保、通用变频器等多个领域。

  2021 年,时代电气实现营业收入人民币 151.21 亿元,同比下降 5.69%,这主要是轨道交通装备产品收入下降所致;实现归属于母公司的净利润人民币 20.18

  亿元,同比下降 18.49%,主要是本期营业收入下降以及产品销售结构变化导致整体毛利润下降所致。

  时代电气在牵引电传动和网络控制系统、功率半导体设计和制造工艺技术上具有核心优势,时代电气开发的基于 SiC 的充电机已完成样机试制与试验,新能源汽车用碳化硅 MOSFET 芯片产业化项目也在有序推进。在功率半导体领域,时代电气建有 6 英寸双极器件、8 英寸 IGBT 和 6 英寸碳化硅的产业化基地,拥有芯片、模块、组件及应用的全套自主技术。

  捷捷微电创建于 1995 年 , 是一家专业从事功率半导体芯片和器件的研发、设计、生产和销售的企业。捷捷微电具备一流的技术创新能力、良好的市场信誉和业务网络,是国内电力半导体器件领域中晶闸管器件及芯片方片化 IDM ( 集芯片设计、制造、封装测试于一体 ) 厂商。捷捷微电主导产品为双向可控硅、单向可控硅、低结电容放电管、TVS 等各类保护器件、高压整流二极管、功率型开关晶体管。

  2021 年,捷捷微电实现营业收入 17.73 亿元,较上年同期增加 75.37%,实现归属于母公司所有者的净利润 4.97 亿元,比上年同期增加 75.34%。营业利润 5.70 亿元,较上年同期增加 75.56%。

  第三代半导体方面,捷捷微电已与中科院微电子研究所、西安电子科大合作研发以 SiC、GaN 为代表的半导体器件,这类器件具有耐高压、耐高温、高速和高效等优点,可大幅降低电能变换中的能量损失,大幅减小和减轻电力电子变换装置,是当前新型电力电子器件的研发主流。

  在光电子、电力电子、射频微波等领域,第一代、第二代半导体技术的器件性能已经逼近材料的物理极限,第三代半导体技术发展迫在眉睫。

  由于碳化硅和氮化镓具有击穿电压高、禁带宽、导热率高、电子饱和速率高、载流子迁移率高等特点,因此它们是制作高频、高温、抗辐射器件的优异材料。在性能上,碳化硅更适合一些高功率的场景,例如特高压、轨道交通、光伏、新能源汽车等领域的应用;氮化镓则更适合一些高频率的场景,例如通信基站、数据中心等领域。

  眼下,国内众多半导体企业已经加快在第三代半导体市场布局,谁能在新的技术风口占得先机,让我们拭目以待。

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