被視作前沿產業的第三代半導體，近年來投資熱度持續升溫，儼然成為業界、資本界和各地政府寵兒。
與此同時，海內外龍頭企業也即將迎來資本市場的檢驗。9月初，國內領先的第三代半導體材料商山東天岳（天岳先進）首發過會，不久將正式登陸科創板；大洋彼岸，全球領頭羊Cree（已更名為Wolfspeed）則從納斯達克交易所轉場，于10月4日登陸紐交所。
多位業內人士和分析人士向財聯社記者表示，受益于電動汽車等下游市場的可觀需求，第三代半導體產業已處于爆發前夜。
物理性能適配電動汽車 SiC器件未來5年CAGR近4成
第三代半導體，指的是以SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）為代表的寬禁帶化合物半導體。和Si（硅）相比，SiC和GaN在禁帶寬度、熱導率等物理特性上具備明顯優勢，故而更適用于高壓、高溫和高頻場景，主要在新能源汽車、光伏、5G基站和快充等領域發揮所長。
目前主要的第三代半導體器件包括應用于射頻領域的GaN器件、應用于電力電子功率領域的SiC器件及GaN-on-Si器件等，其中又以SiC功率器件的未來空間最廣。
TrendForce集邦咨詢分析師告訴記者，2020年SiC功率器件的市場規模約6.8億美元，預計2025年將達到33.9億美元，年復合增長率為38%。
在下游市場方面，SiC功率器件最主要的增長驅動力來自新能源汽車，占比在6成左右。車上應用包括主區逆變器、車載充電器（OBC）和直流變壓器（DC-DC）等。對于電動汽車而言，SiC器件的吸引力不?。号c硅基IGBT相比，采用SiC的逆變器重量更輕、電池的續航能力更強、充電效率更高，與電動汽車追求輕量化和長續航十分契合。
業界自然頗為關注SiC的“上車”進展。2018年，特斯拉率先在Model 3中采用全SiC逆變器，就引發了不小轟動；國內方面，去年比亞迪也將SiC MOSFET首次用在了在“漢”系列上；今年以來，包括蔚來、江淮、吉利等越來越多的車廠相繼宣布采用SiC器件。功率器件商英飛凌于近日表示，目前已有超過20家整車廠和Tier1的客戶正在驗證其SiC產品。
一組以特斯拉為例的計算可以直觀說明潛在的供需缺口：據估計，每兩輛特斯拉Model 3就需要一片6英寸的SiC晶圓，按照100萬輛的產能計算，每年需要50萬片SiC晶圓片。而2020年全球6英寸SiC晶圓產量約為40-60萬片，意味著僅特斯拉一家車企就能吃下全球現有的全部產能。
這也給了產業鏈龍頭，尤其是材料商們大步擴產的動力：占據最多份額的Cree在2019年宣布五年內投資10億美元，以便在2024年將產能提升30倍，8英寸SiC襯底也將在2022年量產；II-VI則表示將把6英寸SiC襯底的產能提升5至10倍，其中也包括量產8英寸襯底；此外，羅姆、昭和電工等也都接連公開大幅擴產的計劃。
經歷過此輪缺芯潮帶來的停產之痛，許多車廠亦開始提前布局，與上游密切綁定，成為第三代半導體產業鏈發展的重要推手。
材料供給已現短缺 器件價格制約需求增長 襯底成降本關鍵
下游需求仍在逐步打開，而上游材料的供應已經吃緊。前述分析師向記者表示，目前第三代半導體的供應鏈關鍵點落在了SiC襯底以及GaN外延片上。
“SiC襯底作為整個第三代半導體產業的核心環節，其制程難度高、放量生產困難，主要被海外幾大廠商掌握，使得市場供應量有所不足；而GaN外延片的批量供應則主要被臺積電等幾大代工廠掌握，現階段消費快充市場需求持續處于高位，使得頭部GaN功率設計廠商已經占據絕大部分產能，其他廠商很難再拿到產能，而新進的代工廠要達到‘成熟’的工藝能力，必須經過一定的時間周期，所以供需形勢同樣不容樂觀。”該分析師指出。
頭部材料商們近來頻頻簽下供貨長單，未來產能被客戶提前鎖定。如全球最大的SiC外延片供應商昭和電工，今年以來先后獲得來自英飛凌、羅姆和東芝的長約。Cree也早與英飛凌、意法半導體、安森美等中游企業簽訂長期供貨協議。
某國內SiC功率器件設計公司的CEO告訴記者，目前Cree等海外龍頭的晶圓片已經很難買到，“現在美國的大廠，只針對幾個大客戶給長年限的合同。小客戶去買，要么沒貨，要么交期很長。不過這對國內上游材料企業來說，也是一個很好的機會。”
而具有軍用屬性的半絕緣型SiC襯底（用于制成GaN射頻器件）更是遭遇來自美國等《瓦森納協定》成員國的禁運。貿易管控背景疊加國內5G建設高峰，使得剛過會的山東天岳在2020年迎來營收倍增，在半絕緣領域的全球市占率也從2019年的18%大幅提升至30%。
供不應求的另一面，是SiC仍有較大的降本空間。有產業鏈人士向記者表示，材料工藝進步帶來的良率提升，就有望讓SiC價格下降1/3，而長遠看，未來成本削減的上限或為當前價格的一半。
“SiC取代硅基IGBT的技術路線，特斯拉和比亞迪已經給大家探過路了，肯定沒問題?，F在核心的矛盾是價格，真正愿意去用SiC器件的，還只是一部分車型。”《化合物半導體》中文版主編陸敏博士告訴記者，當下SiC材料的價格大約是硅的60、70倍，制成的SiC SBD器件價格約是硅基器件的2-5倍，而SiC MOSFET器件大概在5-8倍。
“SiC價格基本上每年以10%-15%的幅度在降，但目前單晶襯底主流的制備方法PVT（物理氣相傳輸法）存在技術瓶頸，長期看成本減半即是上限，還是會比硅器件貴很多，”陸敏認為，在有新的顛覆性制備工藝商業化應用之前，SiC器件的增長極限是與硅基器件平分汽車市場。
產業界則流傳另一套算法：雖然在一輛車上采用SiC意味著增加200-300美元，但整車成本可以節省更多——包括600美元的電池成本、600美元的汽車空間成本以及1000美元散熱系統成本。
前述器件設計公司CEO也認為，單個器件對比而言，SiC沒有價格優勢，但從整個系統應用角度去考慮，SiC的效益顯然更佳。不過，他同時承認，“廠家從自身利益出發，現在還沒到全系統替換的時候，因而SiC的功效還不能完全發揮。”
盡管對“貴”的標尺不統一，但削減成本、進而釋放下游需求，已成產業鏈共識。據了解，目前上游材料成本占到器件成品的75%，其中襯底約占50%，外延約25%。
有業內人士向記者表示，和襯底相比，外延技術難度并不大，而一些器件IDM商也正在向上游外延環節延伸，以達到削減成本的目的。因此真正的降本痛點落于襯底環節，這也是整個第三代半導體產業鏈上價值量最大、技術壁壘最高、國內與國際水平差距最大的一環。
國內襯底項目遍地開花 業內人士：多數難實現產業化
與傳統硅基IC的晶圓制造相比，第三代半導體投資周期短，固定資產投資相對較弱，更依賴于工藝和人，已吸引大量資本的涌入，相關項目呈遍地開花局勢。
據中國電子材料行業協會統計，目前國內光是SiC襯底在建和已建成的項目就不下于30個，其中不乏三安光電、露笑科技等上市公司身影。項目總規劃投資額超過300億元人民幣，預計規劃產能超200萬片/年。
不過，中電科第四十六研究所首席專家王英民博士表示，目前國內SiC襯底已實現產業化的僅有山西爍科、山東天岳、天科合達、河北同光4家公司，2020年國內產量為11萬片左右。多位受訪人士認為，國內在襯底環節起步時間晚、技術和人才儲備弱，而大多跟風新進的參與者對材料性質不熟，產業化前景并不樂觀。
