第三代半导体行业分析( 79 页)

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目录

1. 下游应用迭起+能源安全+后摩尔时代驱动第三代半导体大发展 .... 8

1.1. 第三代半导体：优势显著，下游应用场景极为广阔 ...... 9

1.2. 物理性能：能力损耗低、封装尺寸小、散热能力强 .... 10

1.3. 制备成本：与传统产品价差持续缩小，综合成本优势明显 ...... 12

1.4. 产业链：龙头效应初显，国内企业快速追赶 ...... 16

1.5. 能源安全：第三代半导体有望成为绿色经济的中流砥柱 ....... 20

2. 供需测算：产业链各环节产能增长，但供给仍然不足 .... 22

2.1. 供给端：产线陆续开通，产能不断增加 ....... 22

2.2. 需求端：SiC 在新能源汽车中硅片用量测算 .... 23

2.3. 需求端：GaN 在电力电子及射频中硅片用量测算 .... 26

2.4. 需求端高速发展，但供给仍然不足，国产替代迫在眉睫 ....... 27

3. 下游应用：物理性能优势+节能减排需求，SiC 应用多点开花 ...... 27

3.1. SiC 在新能源汽车领域备受青睐，未来五年带动60 亿美元市场 .... 29

3.2. SiC 在充电基础设施市场空间广阔，将在直流充电桩带动下实现突破 ..... 31

3.3. SiC 在光伏发电领域优势显著，为系统的小型高效带来可能 ....... 32

4. 下游应用：光电+射频+电力电子起量，GaN 应用场景广阔 ..... 34

4.1. GaN 下游市场2022 超十亿美元，电力电子、射频、光电领域起量朝夕.... 35

4.2. GaN 在光电子领域占据主要市场，是制造Micro-LED 芯片的优选 ....... 36

4.3. GaN 在电力电子市场深受认可，消费快充+汽车电子增长空间广阔..... 37

4.4. GaN 在射频领域市场潜能可观，为5G 时代功率放大器核心 ...... 38

4.5. GaN 异质外延方面产品线持续扩充完善，Si 基 GaN、SiC 基 GaN 前景广阔 .... 41

5. 产业竞争格局：美日欧三足鼎立，我国渐行渐近..... 44

5.1. 海外市场持续渗透，美日欧三足鼎立 .... 44

5.1.1. 全球展开全面战略部署，各国抢占第三代半导体战略制高点 ...... 44

5.1.2. SiC 美国优势显著，欧洲产业链完备，日本在设备和模块技术方面领先 .... 45

5.1.3. GaN 国际产业格局初定，美日欧三足鼎立 ...... 46

5.2. 政策和市场双轮推动，中国第三代半导体产业发展前景光明 ...... 47

5.2.1. 我国政策持续向好，扶持力度不断增强 ....... 48

5.2.2. 我国碳化硅产业研发实力提升，与先进水平差距缩小 .... 48

5.2.3. 多方配合推动创新，中国GaN 产业发展正当时 .... 50

6. 海外半导体公司情况：群雄争霸，先发制人 ..... 50

6.1. CREE：宽禁带化合物半导体龙头 .... 50

6.2. 英飞凌：SiC 领域领军人，GaN 已投入量产 ....... 51

6.3. 意法半导体：与终端应用企业形成强绑定，完善产业布局 ...... 54

6.4. 住友电工：全球第三代半导体射频领域引领者 ..... 56

6.5. 三菱电机：第二代SiC 功率模块优势显著，积极探索GaN-HEMT .... 58

6.6. 纳微半导体：GaN 功率芯片设计领军者，推动下一代氮化镓技术发展 ...... 60

7. 我国公司情况：厚积薄发，未来可期 ..... 61

7.1. 三安光电: 化合物半导体业务多轮驱动, 加速替代海外供应商 ...... 61

7.2. 闻泰科技：持续高质量研发，新型化合物半导体迎来广阔空间 ..... 64

7.3. 斯达半导：加码布局碳化硅功率芯片，加速国产替代提升核心竞争力 ....... 66

7.4. 华润微：旗下国内首条6 英寸商用SiC 晶圆生产线量产 ....... 67

7.5. 立昂微: GaN 芯片产能爬坡，规模化生产正当时 ...... 68

7.6. 士兰微：IGBT 产品营收再创新高，SiC 中试线实现通线.... 69

7.7. 华虹半导体： IGBT 在12 英寸实现规模量产 ...... 70

7.8. 新洁能：国内 IGBT 等半导体功率器件市占率排名前列 ..... 71

7.9. 扬杰科技：瞄准SiC 行业发展趋势，加强SiC 功率器件等研发力度 ..... 72

7.10. 赛微电子：掌握业绩领先SiC、GaN 外延技术，GaN 业务产能爬升迅猛 .... 73

7.11. 捷捷微电：与研究所合作研发第三代半导体相关技术 ..... 74

7.12. 华微电子：积极布局第三代半导体器件技术 .... 75

7.13. 时代电气：IGBT 技术达国际先进水平，应用于轨道交通和电网 ..... 76

7.14. 天岳先进：国内领先第三代半导体碳化硅衬底材料制造商 .... 77

7.15. 凤凰光学：拟收购国盛电子和普兴电子，布局SiC 外延材料 .... 77

7.16. 宏微科技：自主设计研发IGBT 芯片，参与制定国家相关标准 ..... 77

8. 投资建议 .... 78

9. 风险提示 .... 78

图表目录

图1：2016-2025 年我国 SiC、 GaN 电力电子器件应用市场规模（亿元） ..... 8

图2：第三代半导体实现能源安全 .... 9

图3：半导体材料的演化 ..... 10

图4：硅和化合物半导体应用的范围 ...... 10

图5：碳化硅综合优势比较 .... 10

图6：三类代表性半导体材料物理特性比较 .... 11

图 7：同规格碳化硅器件与硅器件对比 ..... 13

图8：2017 年-2020 年 650V 的 SiC SBD 价格持续下降(元/A) ..... 13

图9：2017 年-2020 年 1200V 的 SiC SBD 价格持续下降(元/A) ...... 13

图 10：碳化硅单晶生长示意图 （左：液相生长法；右：物理气相传输法） .... 14

图11：HVPE 生长设备 ..... 15

图12：氨热法生长示意图 ...... 15

图13：助熔剂法生长过程示意图 .... 15

图14：GaN/SiC 不同衬底应用情况 .... 16

图15：SiC 产业链重点企业 ....... 17

图16：GaN 产业链重点企业 ..... 17

图17：SiC 产业链重点企业布局及投资情况 ....... 18

图18：GaN 产业链重点企业布局及投资情况 .... 19

图19：采用SiC MOSFET 的双通道升压模块 ...... 20

图20：智能电网示意图 ....... 21

图 21：SiC 在新能源汽车中用量的估计 .... 23

图 22：SiC 器件在新能源汽车的优势 ..... 23

图23：国内SiC 衬底技术指标进展 .... 24

图24：全球及我国新能源汽车销量测算（万辆） .... 25

图25：新能源汽车SiC 硅片需求量测算（片） ..... 25

图26：PD 快充GaN 电力电子器件市场规模（亿元） ....... 26

图27：PD 快充GaN-on-Si 晶圆需求量（万片） ..... 26

图28： 5G 宏基站GaN 晶圆需求量（万片） ..... 27

图29：碳化硅功率器件应用领域 .... 28

图30：碳化硅功率器件市场规模预测，2027 年突破百亿美元 ....... 28

图 31：SiC 市场广阔 ..... 28

图 32：SiC 在新能源汽车领域2027 年带动60 亿美元市场 ...... 29

图 33：SiC MOSFET 在牵引逆变器方面的优势 ....... 29

图 34：碳化硅功率模块和硅 IGBT 功率模块电力损耗比较 ，SiC 显著降低 .... 30

图35：SiC 在快充领域发展迅猛 ...... 31

图36：SiC 在光伏发电以及充电基础设施领域的优势 .... 31

图37： 2019-2025 年SiC 在各应用领域的发展规模 ....... 32

图38：SiC 在光伏发电领域的发展空间广阔 ....... 33

图39：SiC 二极管在光伏并网逆变器中的应用 ...... 33

图40：光伏逆变器中碳化硅功率器件占比预测 ..... 34

图41：氮化镓(GaN)下游应用发展情况 ..... 34

图42：2020 年氮化镓(GaN)下游应用领域结构 ..... 35

图43： Wolfspeed 预计GaN 市场将在2022 年达到11 亿美元 ...... 35

图44：微尺寸LED 芯片的结构示意图 ...... 36

图45： Micro-LED 驱动阵列结构图 ....... 36

图46：全彩Micro-LED 投影仪 .... 36

图47：努比亚30W GaN 充电器（左）对比苹果30W PD 充电器 ..... 37

图48： GaN 电源市场增长预测（按季度） .... 37

图49：宝马汽车尝试无线充电 ..... 38

图50：2020-2025 年中国48V 轻混系统车型销量及预测（万辆） ....... 38

图51： VisIC 车载充电器 .... 38

图52：GaN 使1）4G 速度更快+2）更快的从4G-5G 的改变 ..... 39

图52：2020 年我国GaN 射频器件下游应用领域 ..... 39

图55：氮化镓(GaN)赋能5G 单片前端解决方案 .... 39

图56：GaN 射频处5G 以外市场同样将迎来高增长，CAGR 高达25% ..... 40

图57：不同材料微波射频器件的应用范围对比 ..... 41

图58：Si 基GaN 和SiC 基GaN 和硅基氮化镓技术市场预测 ...... 41

图59： 650V SiC MOSFET、GaN HEMT 和 Si IGBT 价格比较(元/A) ....... 42

图60：国际上商业化的GaN 射频产品性能 .... 43

图61：GaN-on-XX 技术应用领域 vs 元件出货量 ..... 43

图62：GaN 领域海外重点机构技术布局（专利数量）（截至2019 年4 月） .... 45

图 63：2018 年导电型碳化硅晶片厂商市场占有率 ...... 46

图 64：碳化硅全球市场三足鼎立 .... 46

图65：第三代半导体材料专利申请趋势及技术来源国分布 ..... 47

图 66：国内 SiC 衬底技术指标进展 .... 49

图67：30 年全球SiC 和GaN 领导地位 .... 50

图 68：Cree（Wolfspeed）GaN on SiC MMIC 产品 ..... 51

图69：SiC 成本逐渐下降 .... 51

图70：SiC 成本逐渐下降 .... 51

图71：Cree 营收情况（百万美元） ....... 51

图72：Wolfspeed 毛利润及毛利率情况（百万美元） ....... 51

图73：英飞凌的碳化硅产业发展历程 ....... 52

图74：英飞凌为充电桩系统提供“一站式”解决方案 ....... 52

图75：英飞凌采用高性能ALN 陶瓷的新EasyDUAL™ CoolSiC™ MOSFET 功率模块 ...... 53

图76：英飞凌氮化镓开关管驱动芯片EiceDRIVERIC ....... 53

图77：英飞凌营收情况（亿元） .... 53

图78：英飞凌净利润情况（亿元） .... 53

图79：英飞凌第三代半导体相关营业收入及其占比（百万欧元）.... 54

图80：意法半导体制造首批200mm 碳化硅晶圆 ..... 54

图81：意法半导体营收情况（亿元） ....... 55

图82：意法半导体净利润情况（亿元） ...... 55

图83：意法半导体ADG 部分营业收入情况（百万美元） .... 56

图84：住友电工商业发展 ...... 56

图85：住友电工销售额 ....... 57

图86：住友电工营业利润 ...... 57

图87：住友电工电子板块营收情况（百万日元） .... 57

图88：截至2017 年全球申请主体排名前十位 ...... 58

图89：第二代SiC 功率模块产品与传统产品的比较 .... 58

图90：GaN-HEMT 部分正在开发中的新产品 .... 59

图91：三菱电机营收情况（百万人民币） ...... 59

图92：三菱电机净利润情况（百万人民币） ..... 59

图93：三菱电机电子设备板块营收情况 ...... 60

图94：三菱电机电子设备板块净利润情况 ...... 60

图95：2020 年三菱电机各板块收入占比情况.... 60

图116：集成芯片功率图 .... 60

图117：DC-DC 转换器对比 ...... 61

图118：纳微半导体营收情况（单位：百万日元）...... 61

图96：三安光电化合物半导体布局广泛 ...... 62

图97：三安集成营收逐年增长（亿元）,2021H1 超过2020 全年营收 ..... 63

图98：三安光电在氮化镓的应用领域 ....... 63

图99：安世半导体GaN FET 系列产品 ...... 65

图100：闻泰科技营收情况（亿元） ..... 65

图101：闻泰科技归母净利润情况（亿元） ....... 65

图 102：闻泰科技毛利率、净利率情况 ..... 65

图103：斯达半导营收（亿元）稳步上升 .... 66

图104：斯达半导净利润（亿元）稳步上升 ....... 66

图105：斯达半导毛利率、净利润率稳步上升 ....... 66

图106：华润微营收（亿元）情况 ...... 67

图107：华润微归母净利润（亿元）情况 .... 67

图108：华润微毛利率、净利率情况 ..... 68

图109：立昂东芯技术路线 .... 68

图110：立昂微营收（亿元）稳步上升 ..... 68

图111：立昂微净利润（亿元）稳步上升 .... 68

图112：立昂微毛利率、净利率情况 ..... 69

图113：士兰微营收（亿元）情况 ...... 69

图114：士兰微净利润（亿元）情况 ..... 69

图115：士兰微毛利率、净利率情况 ..... 70

图119：公司营业总收入与同比增长情况 .... 71

图120：扣非归母净利润与同比增长情况 .... 71

图121：新洁能营收（亿元）情况 ...... 71

图122：新洁能归母净利润（亿元）情况 .... 71

图123：新洁能毛利率、净利率情况 ..... 72

图124：扬杰科技营收（亿元）情况 ..... 72

图125：扬杰科技归母净利润（亿元）情况 ....... 72

图126：扬杰科技毛利率、净利率情况 ..... 72

图127：赛微电子营收（亿元）情况 ..... 73

图128：赛微电子归母净利润（亿元）情况 ....... 73

图129：赛微电子毛利率、净利率情况 ..... 74

图130：捷捷微电营收（亿元）情况 ..... 74

图131：捷捷微电归母净利润（亿元）情况 ....... 74

图132：捷捷微电毛利率、净利率情况 ..... 74

图133：华微电子营收（亿元）情况 ..... 75

图134：华微电子归母净利润（亿元）情况 ....... 75

图135：华微电子毛利率、净利率情况 ..... 75

图136：时代电气营收（亿元）情况 ..... 76

图137：时代电气归母净利润（亿元）情况 ....... 76

图139：公司营业收入与同比增长状况 ..... 77

图138：公司营收和同比增长情况 ...... 78

表 1：GaN 单晶衬底的生长工艺 ...... 15

表2：国内SiC 晶圆制造产线 .... 22

表3：国内GaN 晶圆制造产线 ...... 22

表4：2020 年我国SiC 产能统计 ...... 22

表5：2020 年我国GaN 产能统计 ....... 23

表 6：GaN 异质外延产品主流尺寸及国内外代表企业 .... 43

表 7：国际主要企业SiC 布局情况 ....... 44

表8：全球GaN 产业格局 ....... 46

表 9：2020 年度国家发布的半导体相关政策列表..... 48

表 10：意法半导体2020 年产业链合作情况 ....... 55

表11：三安光电核心技术服务 ..... 62

表12：安世半导体核心技术先进性 .... 64