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《预估2025年第三代半导体功率市场规模达47.1亿美元》

  • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者： husisi
  • 发布时间：2021-11-22

  • 根据TrendForce集邦咨询最新报告《2021第三代半导体功率应用市场》，受益于新能源汽车、光伏储能、智能电网、工业自动化等下游应用市场需求的多点爆发，功率半导体市场迎来了此轮高景气周期。第三代半导体SiC/GaN将通过突破Si性能极限来开拓功率半导体新市场，也将在部分与Si交*领域达到更高的性能和更低的系统性成本，是未来功率半导体产业发展的重点方向。

    TrendForce集邦咨询分析2025年第三代半导体SiC/GaN功率市场规模合计可达47.1亿美元，相比2020年7.3亿美元，CAGR达45%。

    SiC功率产业链结构分析

    N型SiC衬底：作为产业链最关键环节，Wolfspeed/SiCrystal(Rohm)/II-VI等国际大厂占据了绝大部分市场份额，其中Wolfspeed位于美国北卡罗莱纳州的8吋SiC衬底产线预计将在2022年上半年开始产能爬坡。天科合达/山东天岳/烁科晶体/同光晶体等中国厂商开始崭露头角，但主流尺寸仍停留在4吋，6吋刚刚步入量产，与国际巨头差距不小。

    外延：衬底或器件厂正在向产业链上下游延伸具备外延能力，纯粹的外延片供应商较少，主要集中在昭和电工/台湾嘉晶/瀚天天成/东莞天域。

    器件：自SiC二极管首次商业化以来，SiC功率市场一直由供电应用推动，直到其2018年首次应用于特斯拉主驱逆变器后，汽车逐渐成为杀手级应用。SiC功率器件可靠性及成本已达到了电动车、光伏、轨道交通等应用要求，市场进入高速增长期。

    根据TrendForce集邦咨询分析，全球SiC功率市场规模将从2020年的6.8亿美元增长至2025年的33.9亿美元，CAGR达38%。

    晶圆代工：市场尚处于起步阶段，目前具备规模化代工能力的Foundry主要集中在德国X-Fab和台湾地区汉磊。

    GaN功率产业链结构分析

    GaN-on-Si已成为GaN功率器件主流结构。

    外延：全球主流GaN外延片供货商依旧集中在欧洲国家及日本，中国企业尚未进入供给端第一梯队。除了纯粹的外延厂以外，部分晶圆代工厂在产业链上进行延伸，同样具备外延能力。

    器件：面向消费市场的650VGaN产品已经形成了批量供货能力，但更高压器件仍然较少。

    根据TrendForce集邦咨询分析，Navitas/PI/英诺赛科将占据2021年GaN功率市场前三名。与此同时，全球GaN功率市场规模预计将从2020年的4800万美元增长到2025年的13.2亿美元，CAGR达94%。

    晶圆代工：台积电、世界先进等传统硅晶圆Foundry正在向这个市场靠拢，另外还包括X-Fab等特种工艺Foundry。

    第三代半导体功率应用场景分析

    新能源汽车：汽车市场对于延长电池续航、增加电池容量及缩短充电时间等有着极大需求，电池系统正朝着800V方向迈进，这使能承受高电压的SiC被寄予厚望，未来SiC将在主驱逆变器/OBC/DC-DC等组件中大放异彩。另一方面，GaN虽受限于可靠性等问题，但宝马等车企已经开始尝试，可见上车之路并不遥远。

    消费电子：数位产品能耗与电池容量限制推动了GaN在消费快充市场的大规模应用。

    根据TrendForce集邦咨询分析，随着GaN功率晶体管价格不断下降，以及技术方案愈趋成熟的态势下，预估至2025年GaN在整体快充领域的市场渗透率将达到52%。

    光伏储能：“光伏+储能”已成为多国光伏开发的标准配置，逆变器的新增及替换市场正处于高速增长阶段。第三代半导体为实现光伏逆变器的“高转换效率”和“低能耗”提供了所需的优良性能，对提升光伏逆变器功率密度、进一步降低度电成本至关重要。

    TrendForce集邦咨询重点分析2021第三代半导体SiC/GaN功率产业链结构、应用场景、供求关系、主要厂商情况等。相信能为读者在第三代半导体功率市场经营与销售提供全面布局。

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    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2022-03-21
    • 第三代半导体将是未来半导体技术的关键。集邦咨询（TrendForce）的调查显示，在 2018 年至 2020 年因贸易战和 Covid-19 大流行而推迟之后，由于汽车、工业和电信应用的需求回升，第三代半导体领域可能会进入快速回升阶段。   集邦咨询指出：碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）在电动汽车（EV）和快充电池市场具有相当大的发展潜力。预计第三代功率半导体的产值，将从 2021 年的 9.8 亿美元、增长到 2025 年的 47.1 亿美元 —— 符合年增长率（CAGR）为 48% 。   首先来看下大功率的碳化硅（SiC）器件，其能够在储能、风电、光伏、EV 新能源等领域发挥重要的作用。目前市面上的电动汽车，其功率半导体仍更加依赖于硅基材料（IGBT / MOSFET）。不过随着 EV 电池动力系统逐渐发展到 800V 以上的电压等级，SiC 将在高压系统中具有更高的性能表现。   特斯拉已开始在其用于 Model 3 车辆的内部逆变器中采用意法半导体的 SiC 设计。根据英飞凌的说法，采用 SiC 设计的同一辆车的功率可以延长 4%，因为功率占 EV 费用的很大一部分，汽车行业已经开始越来越重视第三代半导体。英飞凌预测 SiC 芯片将占汽车电力电子元件的五分之一。过去节油靠发动机，现在节能靠第三代半导体。   随着 SiC 逐步替代部分硅基础设计，整车架构和性能都将迎来大幅改进和提升。预计到 2025 年的时候，SiC 功率半导体的市场规模可达到 33.98 亿美元。   其次是适用于高频场景的氮化镓（GaN）旗舰，其在手机 / 通讯设备、平板 / 笔记本电脑上具有相当大的应用前景。与传统快充方案相比，GaN 具有更高的功率密度，能够在更加轻巧、便携的封装内实现更快的充电速度。   预计到 2025 年的时候，GaN 功率半导体市场规模可达到 13.2 亿美元。此外集邦咨询强调，第三代功率半导体基板相较于传统硅基板的制造难度和成本也都更高。   好消息是，目前各大基板供应商都呈现了努力发展的态势。随着 Wolfspeed、II-VI、Qromis 等公司相继扩大产能，预计今年下半年可实现 8 英寸基板的量产，且未来几年仍有相当大的持续增长空间。   事实证明，SiC和GaN的优势对诸多供应链的厂商有极大的吸引力，其中不少厂家早已积极投身于此类材料的研发。   台积电正专注于硅基氮化镓的发展。虽然这项技术在通信方面受到限制，但它在汽车应用中是一个具有竞争力的组件。台积电在年报中透露，2020年已开发150和650电压。去年2月，意法半导体宣布与台积电合作制造汽车化合物半导体。   台积电在制造 8 英寸晶圆的 GaN 器件方面取得了进展，而 6 英寸晶圆仍然是化合物半导体的主流。台积电许多退役的 8 英寸晶圆厂将承担新的化合物半导体生产。   与台积电一样，VIS 也专注于 GaN on Silicon 衬底的开发。VIS 总裁 Leuh Fang 表示，该代工厂的目标是建立一个完整的制造工艺，包括晶圆超薄化。   Sino-American Silicon Products Inc. (SAS)正在扩展第三代半导体，去年，该公司成为化合物半导体制造商AWSC进入电信应用领域的最大股东。据《财富》杂志报道，其子公司 Global Wafer 也在塑造第三代半导体基板的生产，但仍需提高良率和成本。   SAS 总监 MK Lu 表示， “ 6 英寸硅片成本为 20 美元，而 6 英寸 SiC 晶圆成本为 1,500 美元，”他表示，汽车 SiC MOSFET 只有在 SiC 成本降至 750 美元以下时才会普及， “这将需要五年多的时间。”
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  • 《“碳中和”，第三代半导体未来可期》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2021-03-25
    • 为应对气候变化，我国提出，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现“碳中和”。可提升能源转换效率的第三代半导体产业正在开启发展加速度，有望成为绿色经济的中流砥柱。目前，第三代半导体的触角已延伸至数据中心、新能源汽车等多个关键领域，整个行业渐入佳境，未来可期。 第三代半导体可提升能源转换效率 以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体具备耐高温、耐高压、高频率、大功率等优势，相比硅器件可降低50%以上的能量损失，并减小75%以上的装备体积，是助力社会节能减排并实现“碳中和”目标的重要发展方向。“碳中和”趋势浪潮下，可提升能源转换效率的第三代半导体产业正在开启发展加速度，有望成为绿色经济的中流砥柱。 在第三代半导体产业景气上升之际，很多企业都对此领域青睐有加，展开资本布局。近期，闻泰科技全资子公司、全球功率半导体领先企业——安世半导体宣布与国内汽车行业龙头公司联合汽车电子有限公司（简称UAES）达成合作。双方将在功率半导体氮化镓（GaN）领域展开深度合作，满足未来新能源汽车电源系统对技术不断提升的需求，并共同推动GaN工艺技术在国内汽车市场的研发和应用。 安世半导体相关人员对第三代半导体在新能源汽车领域的应用前景表示看好：“新能源汽车电源系统有望在未来主导半导体器件持续增长的市场需求，硅基氮化镓场效应晶体管的功率密度和效率将在汽车电气化应用中发挥关键作用。” 也是在最近，隶属于博世集团的罗伯特·博世创业投资公司（RBVC）已完成对基本半导体的投资。资料显示，基本半导体是中国领先的碳化硅功率器件提供商之一。博世集团几日前在德累斯顿建设车用半导体芯片厂来生产车用传感器芯片，此次对基本半导体的投资也预示其有意在第三代半导体领域进一步涉足。 除资本加持外，在第三代半导体的研发和生产方面，国内企业也进展频频：三安光电位于湖南的首个第三代半导体芯片厂房已顺利封顶，预计今年6月试投产；露笑科技已于近期实现6英寸碳化硅衬底片试生产，另公司自主研发的碳化硅长晶炉已实现销售，下游客户已陆续投产；海特高新硅基氮化镓产品已实现规模出货，公司的客户主要为芯片设计公司和模组公司。 值得一提的是，三安光电此前早已推出了6英寸SiC晶圆代工制程，2020年初，该公司的氮化稼产能已达2000片/月，2020年年底已完成碳化硅MOSFET器件量产平台的打造。 政策方面，上海临港新片区近日发布了集成电路产业专项规划（2021-2025）。规划中提出，推进6英寸、8英寸GaAs、GaN和SiC工艺线建设，面向5G、新能源汽车等应用场景，加快化合物半导体产品验证应用。 应用场景触及“碳中和”关键领域 近年来，第三代半导体成为行业新风口。受疫情后期汽车、工业和移动通信等行业市场需求反弹因素推动，再加上“碳中和”概念倡导及相关政策支持，2021年，第三代半导体的成长动能有望持续上升。根据TrendForce集邦咨询方面最新预测，2021年，GaN功率器件的成长力道最为明显，预估其今年市场规模将达6,100万美元，年增长率高达90.6%。 在市场规模日渐扩大的情况下，第三代半导体的应用场景正在不断拓展，目前已经从半导体照明等小批量应用走向了包括数据中心、新能源汽车等更广阔的市场。 第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于昆山肯定了新兴市场对第三代半导体产业发展提供的助力。于昆山表示，以5G、新能源汽车、能源互联网、消费类电子、新一代显示、紫外等应用市场启动为契机，已经完成第三代半导体布局并实现产业化的企业和地区将首先收获成果。 应用于数据中心领域的第三代半导体可以大幅减少电能的消耗。公开资料显示，一个大型数据中心机房一年的耗电量相当于一个中等城市的用电量。在耗电量如此巨大的情况下，如果使用第三代半导体芯片来控制电源，相比于硅芯片可以省下大量电力。开源证券研究所副所长兼电子首席研究员刘翔告诉《中国电子报》记者，随着“碳中和”进程加快，化石能源将逐步被其他电力能源取代。无论是电力的传输还是控制，都需要第三代半导体来实现。“第三代半导体的效率更高，能工作的电压范围更大，所以用量肯定是非常大的。”他说。 以第三代半导体的典型应用场景——新能源汽车为例，根据福特汽车公开的信息，相比于传统硅芯片（如IGBT）驱动的新能源汽车，由第三代半导体材料制成芯片驱动的新能源汽车，可以将能量损耗降低5倍左右。 作为第三代半导体的代表，碳化硅技术的应用与整车续航里程的提升也有着紧密的联系，第三代半导体材料在提高能效、电源系统小型化、提高耐压等方面的性能已经达到了硅器件无法企及的高度。小鹏汽车动力总成中心IPU硬件高级专家陈宏表示，相比硅基功率半导体，第三代半导体碳化硅MOSFET具有耐高温、低功耗及耐高压等特点。采用碳化硅技术后，电机逆变器效率能够提升约4%，整车续航里程将增加约7%。 目前第三代半导体的触角延伸到了5G、新能源汽车等多个关键市场，刘翔认为，碳化硅的原材料——长晶的培育有望成为国内第三代半导体市场的突破口。 长晶的生产难度较大，长晶的源头——晶种很难获取，而且要求极高的纯度。另外，长晶生产过程中对温度和制程的要求很高，生产时间也比较长。碳化硅长一根晶棒需耗时2周，但成果可能仅3公分，量产难度很大。基于此，刘翔认为，我国有必要提升对长晶培育环节的重视程度。 除长晶培育外，如何打破国外企业对碳化硅市场的垄断也是亟待解决的问题之一。安芯基金首席战略官周贞宏表示，现阶段，高速发展的碳化硅材料市场被国际巨头垄断，国产碳化硅基材仅占全球市场的2.2%。全国政协委员王文银也指出，目前国内第三代半导体行业内的高端产品多为进口，先进入市场的全球巨头已经建立了自身的朋友圈与护城河。 针对如何打破国外企业对碳化硅市场的垄断，西安电子科技大学教授张玉明向《中国电子报》记者表示，我国还需提高碳化硅晶圆的尺寸和质量，制造工艺栅界面调控技术还需加强，成品率也需进一步提升。
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