液壓、齒輪、減速器、芯片、光伏等等，每個(gè)領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)突破，都伴隨著精彩的產(chǎn)業(yè)故事，和波瀾壯闊的投資機(jī)遇。正所謂，國(guó)產(chǎn)的風(fēng)，正暖暖吹過(guò)。穿過(guò)芯片穿過(guò)汽車(chē)。股和基的布局，產(chǎn)業(yè)正輕輕說(shuō)著。

未來(lái)十年，中國(guó)產(chǎn)業(yè)依然會(huì)有數(shù)百個(gè)，甚至上千個(gè)細(xì)分領(lǐng)域成為全球的No.1，在這里誕生1001個(gè)關(guān)于“國(guó)產(chǎn)崛起”的故事。而中國(guó)產(chǎn)業(yè)崛起的潮流，也并非一蹴而就。會(huì)有精彩、成功，也會(huì)有更多的坎坷、曲折。但無(wú)論如何，都值得去觀察、去記錄、去探索、去碰撞。

因此，遠(yuǎn)川研究所特意發(fā)起了“迎風(fēng)國(guó)潮”系列活動(dòng)，通過(guò)“報(bào)道與研究、線上與線下、內(nèi)部與外部、案頭與調(diào)研”等多種形式，邀請(qǐng)“企業(yè)、政府、院校、資本、觀察”等多方，一起見(jiàn)證“國(guó)產(chǎn)崛起”。

前兩場(chǎng)閉門(mén)研討會(huì)，我們重點(diǎn)探討了正迎來(lái)國(guó)產(chǎn)化加速期的射頻芯片與這幾年火熱的“新能源車(chē)”行業(yè);第三場(chǎng)閉門(mén)研討會(huì)，我們將目光轉(zhuǎn)向蘊(yùn)藏巨大增長(zhǎng)潛力的功率半導(dǎo)體行業(yè)。讓我們先來(lái)梳理一下，為什么要關(guān)注功率半導(dǎo)體?

首先，功率半導(dǎo)體在當(dāng)下時(shí)點(diǎn)具有核心地位。無(wú)論是關(guān)系制造業(yè)基石的工控，景氣爆棚的新能源汽車(chē)，還是最近炒的厲害的風(fēng)電，都離不開(kāi)功率半導(dǎo)體在產(chǎn)品中調(diào)節(jié)電流電壓，驅(qū)動(dòng)整機(jī)產(chǎn)品完好運(yùn)轉(zhuǎn)。

其次，第三代半導(dǎo)體的使用正加速改變行業(yè)格局。相較于硅，碳化硅在高電壓、高功率場(chǎng)景具有更好的性能表現(xiàn)，有望替代部分硅在電動(dòng)車(chē)上的應(yīng)用，提高整車(chē)性能。氮化鎵則適合高頻率應(yīng)用，廣泛應(yīng)用在快充領(lǐng)域。性能近乎“完美”的第三類(lèi)半導(dǎo)體也有制約其發(fā)展的因素，那就是制作難、成本高。而隨著各大供應(yīng)商陸續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)能、加快技術(shù)研發(fā)，第三代半導(dǎo)體將有較大的成長(zhǎng)空間。

最后，功率半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)替代正迎來(lái)春天。行業(yè)未來(lái)的增量，將集中在中國(guó)。新能源車(chē)、光伏、風(fēng)電等新興領(lǐng)域，都是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。隨著下游需求市場(chǎng)的持續(xù)擴(kuò)大，將帶動(dòng)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)產(chǎn)值不斷增長(zhǎng)、國(guó)產(chǎn)替代趨勢(shì)加速前進(jìn)。根據(jù) IHS 數(shù)據(jù)，2022年中國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到 182.70 億美元，2018-2022年 CAGR 達(dá)到7.11%。

功率半導(dǎo)體作為上游的芯片產(chǎn)品，下游多路并進(jìn)，景氣可以稱(chēng)之為“繼往開(kāi)來(lái)”，這也是當(dāng)下最值得我們關(guān)注的行業(yè)之一。

我國(guó)在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的差距較小，且新能源發(fā)展國(guó)際領(lǐng)先、有廣泛的第三代半導(dǎo)體應(yīng)用市場(chǎng)，因此這一賽道也被普遍認(rèn)為是中國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域“換道超車(chē)”的重要機(jī)會(huì)，受到了政策的高度重視。國(guó)家“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要都明確指出“支持碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展”。

政府的政策鼓勵(lì)、廣泛的下游應(yīng)用市場(chǎng)和國(guó)產(chǎn)替代機(jī)遇，讓第三代半導(dǎo)體概念在資本市場(chǎng)上頗受追捧。第三代半導(dǎo)體板塊指數(shù)(885908)在去年和今年均經(jīng)歷過(guò)一次大的上漲周期，漲幅接近100%;國(guó)內(nèi)碳化硅外延片生產(chǎn)商鳳凰光學(xué)去年股價(jià)最高漲幅超過(guò)3倍。

從公開(kāi)消息來(lái)看，中科院旗下的研究所，已經(jīng)完成了對(duì)8英寸石墨烯晶圓的研制工作。同時(shí)，國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)也早就開(kāi)始對(duì)三代半導(dǎo)體材料進(jìn)行運(yùn)用，比如，小米之前發(fā)布的氮化鎵充電器，就使用到了某些第三代半導(dǎo)體技術(shù)。

同時(shí)，在碳化硅領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)有關(guān)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始向5G基站、新能源汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)行摸索，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破。

從理論上來(lái)講，第三代半導(dǎo)體芯片以碳基芯片技術(shù)為主，該技術(shù)較硅基芯片具有更強(qiáng)大的穩(wěn)定性以及散熱能力。同時(shí)，碳基芯片較硅基芯片還會(huì)有低功耗、高性能的特點(diǎn)，能夠彌補(bǔ)芯片由于制程工藝不足，所造成的短板。

目前，歐美國(guó)家仍在硅基半導(dǎo)體技術(shù)上愈行愈遠(yuǎn)，這也給予了國(guó)內(nèi)“換道超車(chē)”提供了良好的先前條件。

伴隨著第三代半導(dǎo)體技術(shù)的成熟，中企也會(huì)因此迎來(lái)的轉(zhuǎn)機(jī)。更何況，在第三代半導(dǎo)體技術(shù)上，國(guó)內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)了一批掌握核心技術(shù)的科技公司。比如，華潤(rùn)微、賽微電子、聚燦光電已經(jīng)開(kāi)始在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域有所建樹(shù)。

華潤(rùn)微對(duì)于碳化硅芯片器件的開(kāi)發(fā)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了650V、1200V碳化硅的JBS器件(高壓結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管器件)的供應(yīng)。

8月15日一期刊登封面文章，題為《中國(guó)三代半導(dǎo)體換道超車(chē)超越美國(guó)圍堵》，全文摘編如下：

美國(guó)對(duì)中國(guó)芯片制造業(yè)進(jìn)行全方位圍堵。中國(guó)選擇換道超車(chē)，依靠傳統(tǒng)智慧，“他橫任他橫，明月照大江”，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是“你打你的，我打我的”：中國(guó)只要在其他領(lǐng)域找到新的增長(zhǎng)點(diǎn)，即可以在其他戰(zhàn)場(chǎng)上彌補(bǔ)損失。

因此，中國(guó)積極攻堅(jiān)現(xiàn)時(shí)剛剛起步不久、競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)沒(méi)那么激烈、技術(shù)差距較少的第三代半導(dǎo)體或芯片。第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用范圍為新能源汽車(chē)、5G宏基站、光伏、風(fēng)電、高鐵、自動(dòng)駕駛和射頻器件，這些產(chǎn)業(yè)同時(shí)也是往清潔能源的經(jīng)濟(jì)模式發(fā)展，未來(lái)潛力巨大，發(fā)展方向理想。

現(xiàn)時(shí)，新興科技產(chǎn)業(yè)的重要支柱為新能源汽車(chē)和光伏產(chǎn)業(yè)。根據(jù)中國(guó)海關(guān)總署統(tǒng)計(jì)，今年前7個(gè)月汽車(chē)出口額同比增長(zhǎng)54.4%。上半年，光伏產(chǎn)業(yè)出口額同比增長(zhǎng)113%。中國(guó)在第三代半導(dǎo)體的下游產(chǎn)業(yè)中已站穩(wěn)腳跟，未來(lái)準(zhǔn)備加速發(fā)力。

這源自中國(guó)獨(dú)到的產(chǎn)業(yè)意識(shí)，既然第二代半導(dǎo)體存在巨大的政治及其他不確定性，那么不如另辟蹊徑，向第三代半導(dǎo)體進(jìn)發(fā)，至少在其他能追趕上國(guó)際水平的領(lǐng)域先追上，并大量地?cái)U(kuò)大生產(chǎn)，盡量做到自給率越高越好。

隨著特斯拉在2020年采用第三代半導(dǎo)體器件，誕生20年的第三代半導(dǎo)體技術(shù)在近兩年來(lái)有越來(lái)越熱之勢(shì)。究竟什么是第三代半導(dǎo)體?其應(yīng)用主要面向哪里?未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)如何?

科聞社近期采訪了業(yè)內(nèi)重量級(jí)人士Brian Xie先生。以下為采訪實(shí)錄：

科聞社：這兩年，第三代半導(dǎo)體的概念越來(lái)越熱，我們知道您所在的企業(yè)是第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的重要一員，能給我們普及下什么是第三代半導(dǎo)體嗎?

Brian Xie：第三代半導(dǎo)體一般指禁帶寬度大于2.2eV的半導(dǎo)體材料，也稱(chēng)為寬禁帶半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一代半導(dǎo)體材料以硅為代表;第二代半導(dǎo)體材料砷化鎵也已經(jīng)廣泛應(yīng)用;而以氮化鎵和碳化硅、氧化鋅、氧化鋁、金剛石等寬禁帶為代表的第三代半導(dǎo)體材料，具有更高的禁帶寬度、高擊穿電壓、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，適合于在高溫、高壓、高功率和高頻領(lǐng)域的應(yīng)用。事實(shí)上，第三代半導(dǎo)體實(shí)際是一種材料的創(chuàng)新。從產(chǎn)品創(chuàng)新來(lái)講，可以有技術(shù)路線的創(chuàng)新、同時(shí)還有材料創(chuàng)新、有設(shè)計(jì)創(chuàng)新、制造創(chuàng)新等。

科聞社：這屬于材料的創(chuàng)新，并不是我們所熟悉的類(lèi)似手機(jī)產(chǎn)品的第一代第二代等，突出的是技術(shù)迭代。碳化硅材料具體有什么優(yōu)勢(shì)呢?

Brian Xie：對(duì)的，我們說(shuō)的第三代半導(dǎo)體實(shí)際上是對(duì)材料的創(chuàng)新。如前所言，第三代半導(dǎo)體相對(duì)于之前的硅基材料，有它本身材料上的優(yōu)勢(shì)，但是在器件設(shè)計(jì)上面，其實(shí)它還是沿用了我們硅基產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法。比如我們說(shuō)的碳化硅肖特基二極管，它在碳化硅的襯底上面使用了傳統(tǒng)的肖特基結(jié)構(gòu)，能夠充分發(fā)揮出肖特基開(kāi)關(guān)速度快，反向恢復(fù)損耗低的特點(diǎn)，同時(shí)又能突破了傳統(tǒng)肖特基一般只能做到200V的耐壓性能，能夠使用在650V，1200V甚至更高的電壓應(yīng)用場(chǎng)景。

科聞社：目前，第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用如何?或者說(shuō)在半導(dǎo)體市場(chǎng)中占有比例?

Brian Xie：就市場(chǎng)而言，我們預(yù)估，五年后，整個(gè)半導(dǎo)體，硅基還是主流，占整個(gè)市場(chǎng)里80%以上，碳化硅可能也就是20%。硅基，發(fā)展了五六十年的歷程，它的物理特性被充分地掌握了。另外，從經(jīng)濟(jì)性上說(shuō)，也是當(dāng)前最為經(jīng)濟(jì)的方案，成本上最可控。碳化硅是新材料，從2000年左右正式開(kāi)始商業(yè)化，到最近五年，才開(kāi)始大規(guī)模商用，成本上面，我們看到最近幾年有了明顯的降低，但是相對(duì)于硅材料，其價(jià)格還是要高出不少。

科聞社：成本的降低，是不是要取決于大規(guī)模的應(yīng)用?第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用方向主要在哪里?

Brian Xie：當(dāng)前硅器件用已經(jīng)覆蓋我們生活的方方面面。第三代半導(dǎo)體比如碳化硅的主要需求會(huì)在汽車(chē)和新能源上面。在我們?nèi)粘Ｉ罱佑|比較多的消費(fèi)電子這一塊，硅基產(chǎn)品以及經(jīng)濟(jì)性和易用性，長(zhǎng)期會(huì)占有主要的市場(chǎng)，碳化硅這類(lèi)器件可能會(huì)用于一些高端的對(duì)效率要求比較高的家電。目前來(lái)說(shuō)碳化硅和氮化鎵是應(yīng)用最廣泛的第三代半導(dǎo)體材料，但我們也不排除其他材料會(huì)得到應(yīng)用。碳化硅的產(chǎn)品也是在特斯拉開(kāi)始批量商用后才逐步被市場(chǎng)認(rèn)可的。

科聞社：可不可以預(yù)期第三代半導(dǎo)體在未來(lái)的工業(yè)或者新能源應(yīng)用里面成為一個(gè)潮流呢?

Brian Xie：肯定是一個(gè)主要器件，但是沒(méi)有辦法取代所有硅的產(chǎn)品。還是回到硅的技術(shù)很穩(wěn)定，材料的可控性，經(jīng)濟(jì)性方面，包括應(yīng)用性都很穩(wěn)定上面。我們今天回頭看，我們企業(yè)的有些器件，開(kāi)發(fā)了20年、30年的產(chǎn)品，今天還在銷(xiāo)售，而且銷(xiāo)量不錯(cuò)。為什么客戶還在用?功率器件和手機(jī)應(yīng)用處理器(AP)有一個(gè)最大的不同是產(chǎn)品的生命周期很長(zhǎng)，AP可能每年都會(huì)有迭代來(lái)適應(yīng)手機(jī)迭代和算力提升的需求，但是功率器件使用壽命非常長(zhǎng)，一個(gè)生命周期二十年三十年的產(chǎn)品非常常見(jiàn)的，客戶也不會(huì)輕易去替換。只要保持穩(wěn)定的設(shè)計(jì)，不會(huì)去更換。這與蘋(píng)果手機(jī)每年都在迭代，CPU每一年都得更新，是兩個(gè)概念的。

從“充電五分鐘通話兩小時(shí)”的65W快充發(fā)展到如今最快150W-200W，高達(dá)4000mAh的手機(jī)電池，8-10分鐘就可以充滿電量，可以說(shuō)部分消費(fèi)者使用手機(jī)的習(xí)慣已經(jīng)隨著快充技術(shù)的成熟徹底改變。

同樣的升級(jí)也正在新能源車(chē)領(lǐng)域上演。近期小鵬汽車(chē)上線了S4超快充首樁，可以在小鵬G9車(chē)型上實(shí)現(xiàn)“充電5分鐘續(xù)航200公里”的提升，還由此引發(fā)了“純動(dòng)、混動(dòng)，誰(shuí)是新能源車(chē)未來(lái)”的討論。

這些變革背后，都離不開(kāi)一條共同的新賽道——第三代半導(dǎo)體。

所謂第三代半導(dǎo)體，指的是以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體材料。與前兩代半導(dǎo)體材料相比，其最大的優(yōu)勢(shì)是較寬的禁帶寬度，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率的電子器件，因此在5G基站、新能源車(chē)、光伏、風(fēng)電、高鐵等領(lǐng)域有著很大應(yīng)用潛力。

我國(guó)在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的差距較小，且新能源發(fā)展國(guó)際領(lǐng)先、有廣泛的第三代半導(dǎo)體應(yīng)用市場(chǎng)，因此這一賽道也被普遍認(rèn)為是中國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域“換道超車(chē)”的重要機(jī)會(huì)，受到了政策的高度重視。國(guó)家“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要都明確指出“支持碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展”。

日前，英飛凌工業(yè)功率控制事業(yè)部大中華區(qū)市場(chǎng)推廣總監(jiān)陳子穎先生和英飛凌科技電源與傳感事業(yè)部大中華區(qū)應(yīng)用市場(chǎng)總監(jiān)程文濤先生在媒體采訪中就第三代半導(dǎo)體技術(shù)價(jià)值、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)趨勢(shì)進(jìn)行了深入解讀。

進(jìn)入后摩爾時(shí)代，一方面，人類(lèi)社會(huì)追求以萬(wàn)物互聯(lián)、人工智能、大數(shù)據(jù)、智慧城市、智能交通等技術(shù)提高生活質(zhì)量，發(fā)展的步伐正在加速。另一方面，通過(guò)低碳生活改善全球氣候狀況也越來(lái)越成為大家的共識(shí)。

目前全球能源需求的三分之一左右是用電需求，能源需求的日益增長(zhǎng)，化石燃料資源的日漸耗竭，以及氣候變化等問(wèn)題，要求我們?nèi)ふ腋腔?、更高效的能源生產(chǎn)、傳輸、配送、儲(chǔ)存和使用方式。

在整個(gè)能源轉(zhuǎn)換鏈中，第三代半導(dǎo)體技術(shù)的節(jié)能潛力可為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的全球節(jié)能目標(biāo)做出很大貢獻(xiàn)。除此之外，寬禁帶產(chǎn)品和解決方案有利于提高效率、提高密度、縮小尺寸、減輕重量、降低總成本，因此將在交通、數(shù)據(jù)中心、智能樓宇、家電、個(gè)人電子設(shè)備等等極為廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景中為能效提升做出貢獻(xiàn)。

例如在電力電子系統(tǒng)應(yīng)用中，一直期待1200V以上耐壓的高速功率器件出現(xiàn)，這樣的器件當(dāng)今非SiC MOSFET莫屬。而硅MOSFET主要應(yīng)用在650V以下的中低功率領(lǐng)域。

除高速之外，碳化硅還具有高熱導(dǎo)率、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高飽和電子漂移速率等特點(diǎn)，尤其適合對(duì)高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等惡劣條件要求較高的應(yīng)用。

功率密度是器件技術(shù)價(jià)值的另一個(gè)重要方面。SiC MOSFET芯片面積比IGBT小很多，譬如100A/1200V的SiC MOSFET芯片大小大約是IGBT與續(xù)流二級(jí)管之和的五分之一。因此，在高功率密度和高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，SiC MOSFET的價(jià)值能夠得到很好的體現(xiàn)，其中包括650V SiC MOSFET。

在耐高壓方面，1200V以上高壓的SiC高速器件，可以通過(guò)提高系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)提高系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)功率密度。這里舉兩個(gè)例子：

電動(dòng)汽車(chē)直流充電樁的功率單元，如果采用Si MOSFET，則需要兩級(jí)LLC串聯(lián)，電路復(fù)雜，而如果采用SiC MOSFET，單級(jí)LLC就可以實(shí)現(xiàn)，從而大大提高充電樁的功率單元單機(jī)功率。

三相系統(tǒng)中的反激式電源，1700V SiC MOSFET也是完美的解決方案，可以比1500V硅MOSFET損耗降低50%，提高效率2.5%。

在可靠性和質(zhì)量保證方面，SiC器件有平面柵和溝槽柵兩種類(lèi)型，英飛凌的溝槽柵SiC MOSFET能很好地規(guī)避平面柵的柵極氧化層可靠性問(wèn)題，同時(shí)功率密度也更高。

正是由于SiC MOSFET這些出色的性能，其在光伏逆變器、UPS、ESS、電動(dòng)汽車(chē)充電、燃料電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域都有相應(yīng)的應(yīng)用。

然而，碳化硅是否會(huì)成為通吃一切應(yīng)用的終極解決方案呢?

眾所周知，硅基功率半導(dǎo)體的代表——IGBT技術(shù)，在進(jìn)一步提升性能方面遇到了一些困難。開(kāi)關(guān)損耗與導(dǎo)通飽和壓降降低相互制約，降低損耗和提升效率的空間越來(lái)越小，于是業(yè)界開(kāi)始希望SiC能夠成為顛覆性的技術(shù)。但是，這樣的看法這不是很全面。首先，以英飛凌為代表的硅基IGBT的技術(shù)也在進(jìn)步，采用微溝槽技術(shù)的TRENCHSTOP?5，IGBT7是新的里程碑，伴隨著封裝技術(shù)的進(jìn)步，IGBT器件的性能和功率密度越來(lái)越高。同時(shí)，針對(duì)不同的應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，可以做一些特別的優(yōu)化處理，從而提高硅器件在系統(tǒng)中的表現(xiàn)，進(jìn)而提高系統(tǒng)性能和性價(jià)比。因此，第三代半導(dǎo)體的發(fā)展進(jìn)程，必然是與硅器件相伴而行，在技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，還有針對(duì)不同應(yīng)用的大規(guī)模商業(yè)化價(jià)值因素的考量，期望第三代器件很快在所有應(yīng)用場(chǎng)景中替代硅器件是不現(xiàn)實(shí)的。