网站建设资费,没网站怎么做app,贵阳学校网站建设,wordpress 腾讯云存储来源 华西证券编辑#xff1a;智东西内参作者#xff1a;吴吉森 等随着 5G、IoT 物联网时代的来临#xff0c;以砷化镓#xff08;GaAs#xff09;、氮化镓#xff08;GaN#xff09;、碳化硅#xff08;SiC#xff09;为代表的化合物半导体市场有望快速崛起。其中智东西内参作者吴吉森 等随着 5G、IoT 物联网时代的来临以砷化镓GaAs、氮化镓GaN、碳化硅SiC为代表的化合物半导体市场有望快速崛起。其中GaAs 是手机 PA和 Switch 的主流材料在 5G 时代仍占有重要地位据集邦咨询预测2023 年中国手机砷化镓 PA 市场规模达到 57.27 亿美元。再者以 VCSEL 为代表的光电器件可用于 3D 感知、LiDAR 等新应用场景未来亦将成为 GaAs 增长新的驱动力。GaN 高频性能突出是 5G基站与数据中心器件的关键材料并有望率先在快充领域大放异彩Yole 预计 2023 年全球 GaN 功率器件市场规模将达到 13 亿美元。此外5G 终端大用量规模与技术创新将为 GaN 射频前端带来红利Yole 预计到 2025 年GaN 射频器件将以 55%的占有率取代当前硅基 LDMOS 第一的市场地位。目前 SiC 主要应用于新能源汽车及其配套充电桩等大功率场景根据 IHS Markit 数据2019 年 SiC 功率器件市场规模约 6.1 亿美元受新能源汽车等领域快速崛起与光伏发电等“新基建”项目的需求驱动2025 年 SiC 功率器件的市场规模将达到 30 亿美元年均复合增速达到 30.4%。本期的智能内参我们推荐国海证券的报告《化合物半导体风起云涌大势所趋大有可为》详解GaAs、GaN、SiC化合物半导体材料应用领域和产业现状。原标题《化合物半导体风起云涌大势所趋大有可为》01.空间不断拓展化合物半导体大有可为半导体材料是半导体产业链上游中的重要组成部分在集成电路、分立器件等半导体产品生产制造中起到关键性的作用。半导体材料可以根据半导体产品制造过程分为制造材料和封装材料其中制造材料主要是制造硅晶圆半导体、砷化镓、氮化镓、碳化硅等化合物半导体的芯片过程中所需的各类材料封装材料则是将制得的芯片在封装切割过程中所用到的材料。2015 年至 2019 年全球半导体制造材料销售规模由 240 亿美元增长到 293 亿美元年均复合增长率 5.11%。未来在半导体芯片工艺升级、芯片尺寸持续小型化以及全球硅材料、化合物半导体材料的品种和性能不断迭代升级的影响下半导体制造材料在材料销售规模的占比预计将持续提高。▲2015-2019 年全球半导体材料销售规模▲半导体材料特性对比半导体衬底材料包括硅材料和 GaAs、SiC、GaN 等化合物半导体材料。凭借成熟制程及较低成本的优势第一代硅质半导体材料制作的元器件已成为了电子电力设备中不可或缺的组成部分硅也是目前技术最成熟、使用范围最广、市场占比最大的衬底材料。但硅质半导体材料受限于自身性能无法在高温、高频、高压等环境中使用化合物半导体材料因此崭露头角。化合物半导体材料拥有高电子迁移率、直接能隙与宽能带等特性恰好符合半导体产业发展所需随着材制备技术与下游应用市场的成熟以 GaAs、SiC、GaN 为代表的化合物半导体衬底材料市场空间不断拓展。▲化合物半导体器件应用场景现阶段全球 95%以上的半导体芯片和器件是用硅片作为基础功能材料而生产的。硅片占整个半导体材料市场的 35%左右市场空间约为 80 亿美元硅基芯片市场规模高达 4000 多亿美元。然而随着物联网、5G 时代的到来以砷化镓GaAs、氮化镓GaN、碳化硅SiC等为代表的化合物半导体正快速崛起中。据半导体行业观察的数据2018 年 GaAs、GaN 与 SiC 的产业销售额分别约为 3500 亿元、238 亿元和 64 亿元化合物半导体的市场规模在不断扩大。国内第三代半导体器件市场拥有巨大增长空间倒逼上游材料端发展。据赛迪顾问统计2019 年国内第三代半导体器件市场规模达到 86.29 亿元增长率为99.7%到 2022 年中国第三代半导体器件市场规模有望冲破 608.21 亿元增长率为 78.4%。第三代半导体器件广泛应用于“新基建”项目也是实现“碳中和“的重要路径。国内在 5G 通讯、新能源等新兴产业的技术水平、产业化规模等方面处于国际优势地位下游应用需求强劲将促进国内上游半导体行业的持续发展进一步提高半导体企业在国际市场的影响力。▲2018 年三大主要化合物半导体产业销售额▲中国第三代半导体器件市场规模增长空间巨大第三代半导体行业是国内“新基建”战略的重要组成部分有望引发科技变革并重塑国际半导体产业格局。“十三五”期间国家科技部通过“国家重点研发计划”支持了第三代半导体发展国家 2030 计划和“十四五”国家研发计划也已明确提出第三代半导体是重要发展方向涉及第三代半导体产业的各研发项目均按照进度要求完成启动等工作项目部署涵盖电力电子、微波射频和光电应用多个领域紧贴产业发展实际需求和进程在新能源汽车应用、电网应用前沿研究、光伏逆变器、小型化电源、农业应用、健康医疗应用、光通讯、紫外应用、激光应用、智慧照明等多个热点发挥了引导作用。▲国家重点研发计划 2020 年度立项项目清单第三代半导体相关目前国内对于第三代半导体材料的投资热情势头不减。据 CASA Research 不完全统计2020 年共 24 笔投资扩产项目2019 年 17 笔已披露的投资扩产金额达到 694 亿元不含 GaN 光电子较 2019 年同比增长 161%。分材料看SiC 投资 17 笔涉及金额 550 亿元GaN 投资 7 笔涉及金额 144 亿元。分环节看衬底环节投资 12 笔主要为 SiC 衬底涉及金额 175 亿元器件/模块环节投资 15 笔涉及金额 520 亿元。在国家政策大力支持与“新基建”的引领下第三代半导体产业将成为未来半导体产业发展的重要引擎。02.GaAs立足射频前端应用作为第二代半导体材料的代表GaAs 具有宽禁带、高频、高压、抗辐射、耐高温及发光效率高等特性被广泛应用于移动通信、无线通信、光纤通信、LED、光伏、卫星导航等领域。在微电子领域GaAs 广泛应用于微波通信射频、消费电子射频领域PA 和 Switch等在光电子领域GaAs 则用于 LED、激光VCSEL、太阳能等领域。GaAs 产业链包括晶圆衬底、外延片芯片设计、晶圆代工、封测、下游应用等环节。GaAs 产业最上游为衬底制造其次为关键材料 GaAs 外延片具体工艺包括 MOCVD有机金属化学气相沉积法及 MBE分子束磊晶法GaAs磊晶技术中游为晶圆制造及封测等下游则为手机、无线区域网路制造厂以及无线射频系统商等整个产业链除晶圆制造外设计与先进技术主要仍掌握在国际 IDM 大厂中。▲GaAs 产业链及主要企业从 GaAs 产品来看GaAs 产品以手机射频 PA 为主。受到中美贸易摩擦及新冠肺炎疫情影响基于 GaAs的射频器件市场受到不小震荡。据集邦咨询数据2020年全球 GaAs 射频器件市场规模为 65.80 亿美元较 2019 年有小幅下滑。2012-2018 年中国 GaAs 元器件市场经历了快速增长期。中国作为电子信息制造业大国下游应用市场广阔。前瞻产业研究院预计2019-2024 年中国GaAs 元器件市场 CAGR 在 15%左右增速高于全球市场同期增速中国市场规模占全球比重将进一步提升。到 2024 年中国 GaAs 元器件市场规模将达到551.3 亿元。▲2020 年全球 GaAs 射频器件市场规模小幅下滑▲ 2019-2024 年中国 GaAs 元器件市场规模GaAs 衬底的下游应用主要应用于射频47%、LED42%、激光二极管10%三大领域。其中以半绝缘型 GaAs 为主的射频应用占比最高主要应用于手机 PA、Switch、基站射频等方面其次为 LED以半导体型 GaAs 材料为主。据Yole Development 统计GaAs 晶圆的整体市场规模将从 2019 年的 2 亿美元增长到 2025 年的超过 3.48 亿美元复合年增长率为 10%。▲GaAs 衬底各类应用占比▲ 2019-2025 年 GaAs 晶圆市场规模应用拆分手机市场已成为GaAs器件发展的一大动力。4G时代手机端PA的工艺以CMOS和 GaAs 为主。由于 5G 通讯对频率、功率与效率的要求更高对 PA 的性能要求也相应提高。GaAs 的高线性度和高输出功率特性满足 5G 设备对低延迟超高速的需求使 GaAs 成为射频前端模组中 PA 材料的理想选择。同时5G 技术对 PA 的需求量至少是 4G 对 PA 的需求量的 2 倍从而增加了 RF 前端的总功率放大器面积和功率放大器数量带动 GaAs 晶圆和芯片的出货量增加。5G 时代 GaAs 仍将主导智能手机 PA 市场。在过去的几年中RF 一直作为 GaAs晶圆市场的成长驱动力。据 Yole Development 数据2019 年 RF 占 GaAs 晶圆市场总量的 33%和市场价值的 37%占 GaAs 外延片市场的 67%。5G 时代 sub6GHz 频段中GaAs HBT 仍是 PA 的最重要的技术5G 新增毫米波频段GaAspHEMT 则为重要的技术路线。据 Yole Development 估计射频 GaAs 芯片市场规模将从 2019 年的 28 亿美元左右增长至 2025 年的 36 亿美元以上。由于在5G 时代单部手机中 PA 的数量和单价都比 4G 时代有大幅的提升据集邦咨询预测中国手机 GaAs PA 市场将从 2019 年的 18.76 亿美元增长到 2023 年的57.27 亿美元年复合增长率达到 19.17%。▲智能手机 PA 主导 GaAs 芯片市场百万美元▲中国智能手机 GaAs PA 市场规模持续增长以 VCSEL 为代表的光电子领域将成为 GaAs 增长的驱动力之一。VCSEL 是一种化合物半导体激光器可用作光纤通信和自由空间光通信的发射器。与传统发射激光器相比VCSEL 具有较小的原场发散角、调制频率高且易于实现大规模阵列及光电集成等优点广泛应用于光通信、3D 传感、面部识别、车载激光雷达等场景且短期内不易被其他技术取代。随着手机 3D 面部感应渗透率提高、大容量光纤通信激光器的需求拉动据 Yole Development 统计数据全球VCSEL的市场规模将从2020年的11亿美元增长至2025年的27亿美元CAGR达 18.4%。▲2020-2025 年 VCSEL 市场 CAGR 达 18.4%移动和消费领域的 3D 应用蓬勃发展。2017 年以前 VCSEL 市场主要由数据通信应用驱动。自苹果率先将 VCSEL 解决方案应用于 iPhone 的 Face ID 模块之后VCSEL 市场驱动力逐渐被 3D 传感所取代。2017 年iPhone 中共装配了4100 万件 VCSEL2020 预期将有超过 3.25 亿件 VCSEL 被安装在 iPhone 中。安卓系厂商也在其智能手机的正面应用 3D 传感模块进行人脸识别。除人脸识别功能外3D 传感也被应用于后置摄像头以满足摄像功能提升的需求。YoleDevelopment 统计显示2020 年移动设备中的 3D 传感约占 VCSEL 总市场规模的 75%预计 2025 年达到 21 亿美元的规模。从竞争格局来看Lumentum 作为苹果的主要供应商2020 年市占率达 68%具有明显领先地位。▲消费电子领域的 3D 传感占总规模的 75%▲ 2019 年 VSCEL 市场竞争格局目前GaAs 产业链环节以欧美、日本和台湾厂商为主导。从 GaAs 外延片生产环节来看根据 Strategy Analytics 数据前四大 GaAs 外延片厂商为英国厂商 IQE、台湾地区厂商全新光电、日本厂商住友化学与台系厂商英特磊分别占市场的 54%、25%、13%、6%CR4 高达 98%。在 GaAs 晶圆制造环节台系代工厂稳懋一家独大占据了 GaAs 晶圆代工市场的 71%份额其次为台湾地区的宏捷9%与美国的 GCS8%。▲全球 GaAs 衬底材料市场格局▲全球 GaAs 晶圆制造IDM代工格局从竞争格局来看GaAs 器件市场参与者较多多为美国、日本与台系厂商其中美国厂商占据前三地位Skyworks 以 30.7%的市占率成为行业领导者其次为 Qorvo28%与 Avago7.4%。中国企业起步晚在产业链中话语权较弱。从全球 GaAs 晶圆代工角度看据 Strategy Analytics 数据全球 GaAs 器件市场主要参与者中美国企业占全球市场份额的 75%占有明显优势。从 GaAs晶圆代工格局来看台系厂商稳懋占龙头地位市场份额达 72.7%GCS 以约8.4%的市占率居于第二。▲GaAs 器件PA 为主市场格局▲全球 GaAs 晶圆代工格局03.GaN5G器件关键材料氮化镓GaN是由氮和镓组成的一种半导体材料因为其禁带宽度大于 2.2eV故被称为宽禁带半导体材料。GaN 材料作为微波功率晶体管的优良材料与蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体是目前全球半导体研究的前沿和热点。与传统半导体材料硅相比由于 GaN 禁带宽度是硅的 3-4 倍、热导率是硅的 2 倍使得 GaN 器件可在 300℃以上的高温下工作能够承载更高的能量密度可靠性更高其击穿场强比硅高 10 倍使得器件导通电阻减少有利于提升器件整体的能效饱和电子迁移速度是硅的 2-4 倍因此允许器件更高速地工作。GaN 器件在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。▲GaN 优异特性GaN 外延片可分为同质外延片与异质外延片。在 GaN 单晶衬底上生长的 GaN为同质外延片以 GaN 单晶材料作为衬底可以大大提高外延膜的晶体质量降低错位密度提高器件工作寿命。但由于 GaN 材料硬度高熔点高衬底制作难度高位错缺陷密度较高导致良率低技术进步缓慢。因此 GaN 晶圆的成本仍然居高不下GaN 厚膜衬底的应用受到限制。除了同质外延片外GaN 还可以生长在其他衬底材料上称之为异质外延片。目前常用的衬底材料包括蓝宝石、SiC、硅与金刚石。其中蓝宝石 GaN 只能用来做 LED硅基 GaNGaN on Si可以做功率器件和小功率的射频器件碳化硅基 GaNGaN on SiC可以制造大功率 LED、功率器件和大功率射频芯片。GaN on SiC 和 GaN on Si 是未来的主流技术方向。▲GaN 优异特性GaN 器件产业链各环节依次为衬底、材料外延、器件设计与制造及下游应用。目前产业以 IDM 企业为主但是设计与制造环节已经开始出现分工。在上游衬底方面GaN 衬底大部分由日本公司生产包括住友电工、三菱化学等。其中住友电工的市场份额已经超过 90%。GaN 外延片相关企业主要有比利时的EpiGaN、英国的 IQE、日本的 NTT-AT。GaN 器件设计厂商方面美国的 EPC、MACOM、Transphom德国的 Dialog 等为主要参与者。IDM企业中日本的住友电工与美国的 Cree 为行业龙头市场占有率均超过 30%。▲GaN 器件产业链及主要企业亚太地区占据了全球 GaN 衬底市场的主要份额。2019 年亚太地区占全球 GaN衬底市场的 36.34%。由于 GaN 终端应用日益普及Transparency MarketResearch 预计2019 至 2027 年亚太地区将继续占据主导地位。除亚太地区外北美与欧洲地区也成为GaN衬底的重要市场2019年分别占有28.18%、23.94%的市场份额GaN 在汽车行业中应用为北美与欧洲两个地区的 GaN 市场提供了巨大的机遇。在应用领域方面目前 GaN 主要应用于射频器件和电力电子器件的制造。2019年射频 GaN 的市场规模占 GaN 器件整体规模的比重达 91%电力电子 GaN 市场规模仅占 9%。2019 年国内 GaN 产业实现高速增长。据 CASA 初步统计2019 年国内 GaN 微波射频产值规模近 38 亿元同比增长 74%。未来随着 5G商用的扩大现行厂商将进一步由原先的 4G 设备更新至 5G。5G 基站的布建密度高于 4G而基站内部使用的材料多为 GaN 材料赛迪顾问预计到 2022 年国内 GaN 衬底市场规模将达到 5.67 亿元。▲2019 年 GaN 市场份额按地区▲国内 GaN 微波射频产业产值持续上升GaN 作为第三代半导体材料有更高的禁带宽度是迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系下游应用包括微波射频器件通信基站等电力电子器件电源等光电器件LED 照明、激光等其中光电器件仍是 GaN 的主要应用方向。目前 GaN 器件多应用于军工电子如军事通讯、电子干扰、雷达等领域在民用领域GaN 主要被应用于通讯基站、功率器件等领域。据 YoleDevelopment 数据2019 年全球 GaN 功率器件市场规模为 1996.4 万美元预计 GaN 市场将在 2025 年达到 6.8 亿美元以上CAGR 高达 80.04%。随着 5G时代的到来5G 基站与数据中心的建设将大幅度带动 GaN 射频与功率器件市场GaN 在快充等电源控制方面的应用也成为的新的需求增长点。▲2019 年国内 GaN 行业需求分布▲ 2025 年全球 GaN 功率器件规模达 6.8 亿美元5G 终端蓄势待发大用量规模与技术创新为射频前端带来红利。2020 年5G已经进入商用部署的快车道。IDC 预计 2020 年中国 5G 连接终端用户将超过2 亿VR/AR 等虚拟现实市场也将在未来三年呈现爆发增长的态势。Qorvo 表示在未来 10 年内5G 终端将会成为手机产业中发展最快的部分。5G 需要满足行业海量物联网设备的通信需求。在人与人的连接场景之外连接技术与行业数字化场景的融合也将成为 5G 通信发展的新机遇。IDC 预测到 2024 年全球物联网的联接量将接近 650 亿是手机联接量的 11.4 倍以 5G 为代表的蜂窝物联网技术将发挥重要作用。5G 时代 GaN 射频市场占比进一步上升未来将不断占领 LDMOS 市场空间。5G 时代高速增长的数据流量使得调制解调难度不断增加需要的频段越来越多对射频前端器件的性能要求也越来越高。目前在射频前端应用中硅基 LDMOS器件和 GaAs 仍是主流器件。通常来说LDMOS 适用于 3.5GHz 以下的应用GaAs 适用于 40GHz 以下的场景但器件尺寸较大。GaN 在高频环境下能够保持高功率输出可以有效减少晶体管的数量从而缩小器件尺寸。从电压角度来看LDMOS 的工作电压约为 6VGaAs 为 10VGaN 可以工作于 28V 或更高的电压工作性能优于 LDMOS 与 GaAs潜在市场空间巨大。据 YoleDevelopment 数据2015 年射频功率放大器市场中LDMOS 市场有率为第一占比约为 50%GaN 射频器件约占 20%预计到 2025 年GaN 射频器件将以55%的占有率取代 LDMOS 第一的市场地位LDMOS 市场占有率则下降至11.8%。GaN 发展势头良好5G 时代中 GaN 射频器件的市场占比将进一步上升。▲2019-2024 年全球连接规模预测5G 基站射频系统非常复杂GaN 器件的小尺寸、高效率和大功率密度等特点可实现高集化的解决方案。5G 射频系统需要使用高载波频率和宽频带的新技术包括载波聚合、Massive MIMO 等GaN 在性能、体积、重量以及效率等方面具备独特优势使其成为高射频、大功耗应用的技术首选。以 Qorvo 的 MIMO天线为例与锗化硅基 MIMO 天线相比GaN 基 MIMO 天线功耗降低了 40%裸片面积减少 94%成本降低 80%。据 Qorvo 数据显示2022 年全球用于Sub-6GHz 频段的 M-MIMO PA 器件年复合增长率将达到 135%用于 5G 毫米波频段的射频前端模块年复合增长率将达到 119%。▲GaN 在基站应用中的市场规模亿美元通信基站应用领域中GaN 是未来最具增长潜质的第三代半导体材料之一。5G基站是“新基建”重要组成部分之一根据工信部的数据截至 2020 年底国内已建成全球最大 5G 网络累计建成 5G 基站 71.8 万个推动共建共享 5G 基站33 万个。宏基站建设将会拉动基站端 GaN 射频器件的需求量。由于 5G 基站天线采用 Massive MIMO 技术天线和 RRU射频拉远单元合设组成 AAU。假设 Massive MIMO 天线为 64T64R则单个宏基站天线数量为 192 个放大器数量为 192 个。考虑到 5G 基站的建设周期拓墣产业研究院预计到 2023 年基站端 GaN 射频器件规模达到顶峰达到 112.6 亿元。▲中国 5G 宏基站 PA 市场测算▲2019-2024 年宏基站 PA 使用量预测▲ 2019-2024 年基站端 GaN 射频器件规模及预测5G 小基站布局带动 GaN 射频器件规模增大。5G 的高传输速度和广覆盖将需要搭建更多更复杂的基站大量的毫米波微基站、Sub-6GHz 微基站对于 GaN 器件的需求也将大幅提升。由于小基站不能对宏基站造成干扰故频率较宏基站更高GaN 射频器件成为不二之选。据赛迪智库测算数据中国 5G 网络小基站需求约为宏基站的 2 倍即需要 1000 万站小基站。按照每个小基站需要 2 个放大器小基站建设进度落后宏基站 1 年测算拓墣产业研究院预计到 2024 年基站端 GaN 射频器件规模达到峰值市场规模可达 9.4 亿元。▲中国 5G 小基站 GaN 射频器件市场规模预测▲中国 5G 小基站 PA 市场测算数据中心电源效率要求提升GaN 的市场前景明朗。随着网络、云计算的发展新物联网设备和边缘计算需求的激增数据中心重要程度逐渐凸显。受新冠疫情影响Gartner 调查显示2020 年数据中心基础设施支出同比下降了 10.3%约 60%的新数据中心设施建设受阻。但疫情导致的远程工作比例提高实际上数据中心处理的数据量有大幅增长能源效率与功率、数据密度的需求持续提升。GaN 技术使得电源体积进一步缩小从而允许在同一机架空间中添加更多的存储和内存并使数据中心的功率密度由 30 瓦/立方英寸提升至 50-60 瓦/立方英寸甚至更高即无需实际构建更多的数据中心即可增加数据中心的容量。2023年欧盟将提高对数据中心电源效率的要求将进一步促进 GaN 在数据中心中的使用。Gartner 预计 2021 年全球最终用户数据中心基础设施支出将以 6%的增速达到 2000 亿美元。▲2019-2021 年全球数据中心基础设施支出金额GaN 电源市场成长动力十足。随着多端口适配器的兴起OEM 厂商将推出更多GaN 充电器。凭借设备设计、性能等要求的提高GaN 充电器满足了便携、快充等不断发展的客户需求并逐渐转变为主流标准。从技术角度分析采用 GaN技术的充电器外形尺寸可比传统的基于硅的充电器减少 30-50%整体系统效率可提升至 95%在相同尺寸和相同输出功率的情况下充电器外壳温度将比传统充电器更低。此外GaN 充电器可以使用较小的变压器和较小的机械散热器因此整体重量可减少 15-30%。Yole Development 预测2019 年 GaN 电源目标市场约为 9000 万美元2021 年将达到 1.6 亿美元而在 2022 年将增长到 2.4亿美元。2020 年美国 CES 展会中参展的 GaN 充电器数量已经多达 66 款涵盖了 18W、30W、65W、100W 等多个功率段GaN 充电器市场迎来爆发期。▲2019-2022 年 GaN 电源市场营收增速较快音频设备为 GaN 器件应用新亮点。音频是一个拥有众多细分市场的庞大的市场从专业音响家庭音响到便携音响的所有细分市场中高质量音频均为首要评判标准。引入 GaN D 类放大器的音频系统能在不需要牺牲声音质量的前提下以更小更轻的设计提供更多的功率和更多的通道满足消费者市场对出色音质的追求。2020 年GaN System 发布了一款为高音质 12V 音频系统开发的参考设计 该参考设计有两个通道每通道8 欧姆负载Class-D 音频放大器支持 200 瓦功率允许 12V 电源升压到 18V 给音频系统供电并支持-32V 输出。GaN 器件使用在保证音质的前提下将这款 400 瓦音频产品的成本和功率输出能力上做到了很好的平衡。Semiconductor Digest 认为到 2021 年底音频市场会有更多品牌配备 GaN 音频放大器和配套电源对高质量音频的需求正在推动 D类音频放大器市场的增长。BCC Research 数据显示全球 D 类音频放大器市场将从 2020 年的 24 亿美元增长到 2025 年的 35 亿美元2020-2025 年 CAGR为 7.7%。▲高质量音频的需求推动全球 D 类音频放大器市场GaN 下游应用行业拥有大量的市场参与者。这些公司包括恩智浦、英飞凌、GaNSystem、Efficient Power、Qorvo、Cree 等。全球 GaN 市场的主要参与者通过在销售、市场和技术方面的密切合作显示出协同效应。GaN 衬底供应商也通过与同行以及各种研究机构建立战略联盟来扩大规模以建立自己在全球市场的参与者地位。意法半导体在 2018 年与 CEA-Leti 展开功率 GaN 合作主要涉及常关型氮化镓 HEMT 和氮化镓二极管设计及研发并于 2020 年 3 月收购法国 GaN创新企业 Exagan 公司的多数股权2018 年Cree 收购了英飞凌的 RF 部门成为了全球最大的 GaN 射频器件供应商国内企业闻泰科技 2019 年以 268 亿元成功收购行业内唯一量产交付客户 GaN FET 产品的化合物功率半导体公司安世半导体成为国内首家世界级 IDM 半导体公司。▲GaN 射频器件市场格局▲ GaN 功率器件市场集中度较低04.SiC高温大功率材料首选碳化硅SiC由硅元素与碳元素组成是原子的复合体其物理特性取决于晶体中碳、硅原子的排列结构性能差异主要取决于硅和碳原子的相对数目以及原子排列的不同结构。目前已发现的 SiC 同质异型晶体结构有 200 多种其中六方结构的 4H 型 SiC4H-SiC具有高临界击穿电场、高电子迁移率的优势是制造高压、高温、抗辐照功率半导体器件的优良半导体材料也是目前综合性能最好、商品化程度较高、技术较为成熟的第三代半导体材料。SiC 功率器件的研发始于 20 世纪 90 年代目前已成为新型功率半导体器件研究开发的主流产业链主要包含单晶材料、外延材料、器件、模块和应用这几个环节。SiC 单晶材料主要分为导通型衬底和半绝缘衬底两种。SiC 晶片通常作为衬底可以通过化学气相沉积法CVD在晶片上淀积一层单晶形成外延片。其中在导电型 SiC 衬底上生长 SiC 外延层制得的 SiC 外延片可进一步制成功率器件并应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域。在半绝缘型 SiC 衬底上生长 GaN 外延层制得的 SiC 基 GaNGaN on SiC外延片可进一步制成微波射频器件应用于 5G 通讯、雷达等领域。与第一代半导体硅晶片类似第三代半导体 SiC 晶片向大尺寸方向不断发展不断提高下游对 SiC 片的利用率和生产效率。在 8 英寸 SiC 晶片尚未实现产业化的情况下6 英寸 SiC 晶片将成为市场主流产品。导通型 SiC 衬底材料方面作为制造 SiC 功率半导体器件的基材根据 Yole Development 统计2017 年 4英寸导通型 SiC 晶圆市场接近 10 万片6 英寸导通型 SiC 晶圆供货约 1.5 万片预计到 2020 年4 英寸导通型 SiC 晶圆的市场需求保持在 10 万片左右单价将降低 25%6 英寸导通型 SiC 晶圆的市场需求将超过 8 万片。半绝缘型 SiC衬底方面当前主流半绝缘衬底的产品以 4 英寸为主。Yole Development 预计到 2020 年4 英寸半绝缘衬底的市场保持在 4 万片而 6 英寸半绝缘衬底的市场迅速提升至 4-5 万片2025-2030 年4 英寸半绝缘衬底逐渐退出市场而 6英寸晶圆将增长至 20 万片。▲全球导通型 SiC 晶圆材料市场预估▲全球半绝缘 SiC 晶圆材料市场预估全球 SiC 市场规模不断扩大美国企业处于龙头地位。根据 IHS Markit 数据2019 年 SiC 功率器件市场规模约 6.1 亿美元受新能源汽车等领域较大需求的驱动2025 年全球 SiC 功率器件的市场规模将达到 30 亿美元年均复合增速达到 30.4%。▲SiC 电子电力器件产业链相关厂商▲全球 SiC 市场规模不断扩大国内 SiC 产品主要依赖进口国产替代方向明确。国内 SiC 晶体、晶片领域的研究从 20 世纪 90 年代末开始起步在行业发展初期受到技术水平和产能规模的限制未进入工业化生产。进入 21 世纪以来在国家产业政策的支持和引导下国内 SiC 晶片产业发展大幅提速。据智研咨询数据显示2018 年国内 SiC单晶片行业市场规模为 34.09 亿元较 2017 年的 34.15 亿元小幅下滑 0.18%。目前国内 SiC 产品 80%左右依赖进口国产替代空间较大。以天科合达为代表的第三代半导体材料制造企业经过十余年的自主研发实现了设备研制、原料合成、晶体生长、晶体切割、晶片加工、清洗检测的全流程自主可控有能力为下游外延器件厂商稳定提供高品质 SiC 晶片为 SiC 下游厂商实现进口替代提供了条件。未来伴随国内新能源汽车、5G 通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网、 航空航天等行业的快速发展国内 SiC 材料产业规模和产业技术将得到进一步提升。▲2018 年中国 SiC 单晶片市场规模小幅下降▲ 国内 SiC 产品 80%左右依赖进口与 GaN 相比SiC 拥有更高的热导率和更成熟的技术适用于 1200V 以上的高温大电力领域多制作用于高压、高温、高频、高抗辐射的大功率器件在新能源汽车、新能源发电、轨道交通、航天航空、国防军工等极端环境的应用有着不可替代的优势。根据 Yole Development 的数据2017-2023 年 SiC 功率器件的CAGR 将超过 30%新能源汽车和充电设施是其中增长最快的两个应用场景。▲SiC 功率器件各应用市场规模亿美元新能源汽车领域是 SiC 功率器件应用推广的主要驱动力。SiC 大量运用在DC-DC 转换器、牵引逆变器、车载充电器等方面。随着电动汽车市场的扩大SiC 功率半导体市场需求激增据 Yole Development 数据显示2018 年新能源汽车细分领域中 SiC 市场规模约为 1.13 亿美元预计 2024 年 SiC 市场规模达到 9.46 亿美元年均复合增长率达到 29%。2019 年全球新能源汽车 SiC 二极管和晶体管市场规模 2600 万美元预计 2021 年市场规模达到 5700 万美元。DIGITIMES Research 预计到 2025 年电动汽车用 SiC 功率半导体将占SiC 功率半导体总市场的 37%以上高于 2021 年的 25%。▲2018-2024 年新能源汽车 SiC 市场规模▲新能源汽车 SiC 二极管、晶体管市场规模在光伏发电应用中基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统 10%左右却是系统能量损耗的主要来源之一。使用 SiC MOSFET 或 SiC MOSFETSiC SBD 的功率模块的光伏逆变器能使转换效率 从 96%提升至 99%以上能量损耗降低 50%以上设备循环寿命提升 50 倍从而缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命、降低生产成本。高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器的未来发展趋势。在组串式和集中式光伏逆变器中SiC 产品预计会逐渐替代硅基器件。目前全球 SiC 半导体产品中70%-80%来自美国公司。以导电型产品为例据 Yole Development 统计美国占有全球 SiC 晶片产量的 70%以上仅 Cree公司就占据一半以上市场额剩余份额大部分被日本和欧洲的其他 SiC 企业占领欧洲在 SiC 衬底、外延、器件以及应用方面拥有完整的产业链日本是设备和模块开发方面的领先者。近年 SiC 器件行业市场规模高速增长国外企业占据的市场份额较大。据CASA统计全球SiC器件领域主要玩家包括Infineon、Cree、Rohm、ST四家合计占据 90%的市场份额。▲导电型 SiC 晶片厂商市场占有率智东西认为第三代半导体材料是5G、IoT时代非常重要的技术支撑。在我国以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为首的第三代半导体是支持“新基建”的核心材料。比如以氮化镓(GaN)为核心的射频半导体支撑着5G基站及工业互联网系统的建设以碳化硅(SiC) 以及IGBT为核心的功率半导体支撑着新能源汽车、充电桩、基站/数据中心电源、特高压以及轨道交通系统的建设。第三代半导体行业已成为国内“新基建”战略的关键组成部分也是国内实现“碳达峰、碳中和”目标的重要路径。未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市大脑研究计划构建互联网城市大脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。每日推荐范围未来科技发展趋势的学习型文章。目前线上平台已收藏上千篇精华前沿科技文章和报告。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
