關(guān)于推動(dòng)我市第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的調(diào)研報(bào)告
為推動(dòng)我市第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展、盡快形成優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)集群，市委財(cái)經(jīng)辦組織中硅高科、麥斯克電子、鴻泰半導(dǎo)體等企業(yè)進(jìn)行了專(zhuān)題研究，并赴蘇州、杭州、寧波三市開(kāi)展。
關(guān)于推動(dòng)我市第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的調(diào)研報(bào)告
為推動(dòng)我市第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展、盡快形成優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)集群，市委財(cái)經(jīng)辦組織中硅高科、麥斯克電子、鴻泰半導(dǎo)體等企業(yè)進(jìn)行了專(zhuān)題研究，并赴蘇州、杭州、寧波三市開(kāi)展了專(zhuān)題調(diào)研。在此基礎(chǔ)上，就我市第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了工作建議，現(xiàn)將有關(guān)情況報(bào)告如下：
一、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基本情況
（一）半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)總體情況。半導(dǎo)體是指在常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，在集成電路、消費(fèi)電子、通信系統(tǒng)、大功率電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。2021年，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)5560億美元，同比增長(zhǎng)26.2%。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，半導(dǎo)體在集成電路領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模達(dá)4630億美元，約占全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模的83.3%；其次分別為光電器件、分立器件、傳感器領(lǐng)域，市場(chǎng)規(guī)模分別為434.2億美元、303.4億美元、191.5億美元，占比分別為7.8%、5.5%、3.4%。從主要消費(fèi)區(qū)域來(lái)看，亞太地區(qū)約占全球的70%，其中，中國(guó)約占全球的35%，是全球最大的半導(dǎo)體單個(gè)市場(chǎng)；其次分別為美國(guó)、歐洲市場(chǎng)，分別占全球的19%、10%。需要關(guān)注的是，中國(guó)市場(chǎng)仍在高速增長(zhǎng)，2021年銷(xiāo)售額突破1900億美元，同比增長(zhǎng)27.1%。從發(fā)展歷程來(lái)看，半導(dǎo)體核心材料按照歷史進(jìn)程可以分為以硅、鍺為代表的第一代半導(dǎo)體材料，重點(diǎn)應(yīng)用在集成電路、電子信息等領(lǐng)域，目前約占總體規(guī)模的85%；以砷化鎵、磷化銦為代表的第二代半導(dǎo)體材料，重點(diǎn)應(yīng)用在4G時(shí)代的大部分通信設(shè)備以及光電領(lǐng)域，目前約占總體規(guī)模的5%；以氮化鎵、碳化硅、氧化鋅、金剛石等為代表的第三代半導(dǎo)體材料，主要應(yīng)用在新能源汽車(chē)、5G通信、光伏逆變器等領(lǐng)域，近年來(lái)呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，目前約占總體規(guī)模的10%。
（二）第三代半導(dǎo)體材料的優(yōu)勢(shì)。與前兩代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在4個(gè)方面：一是應(yīng)用場(chǎng)景廣闊，性能更強(qiáng)。第三代半導(dǎo)體采用寬禁帶材料，關(guān)斷時(shí)候的漏電電流更小，導(dǎo)通時(shí)候的導(dǎo)通阻抗更小，且寄生電容遠(yuǎn)小于硅工藝材料。在高溫、大功率場(chǎng)景中，第三代半導(dǎo)體材料芯片的運(yùn)行可靠性更強(qiáng)，待機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)。二是能量轉(zhuǎn)換效率高，功率損耗小。以新能源汽車(chē)為例，相比用傳統(tǒng)硅芯片（如IGBT）驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)，用第三代半導(dǎo)體材料芯片（如特斯拉Model3使用的碳化硅芯片）驅(qū)動(dòng)的新能源汽車(chē)的能量耗損低5倍左右，電機(jī)控制器的體積減少30%，續(xù)航里程能夠增加5%至10%。三是可以承受更大的功率和更高的電壓。第三代半導(dǎo)體材料能夠大幅提高產(chǎn)品的功率密度，適應(yīng)更高功率、更高電壓、更大電流的未來(lái)電動(dòng)車(chē)的需要。四是應(yīng)用范圍更加廣闊。第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有學(xué)科交叉性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域廣、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性大等特點(diǎn)，在半導(dǎo)體照明、新一代移動(dòng)通信、智能電網(wǎng)、高速軌道交通、消費(fèi)類(lèi)電子等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景，是支撐信息、能源、交通、國(guó)防等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)新材料。總的來(lái)看，采用第三代半導(dǎo)體材料制備的半導(dǎo)體器件不僅能在更高的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，還能以較少的電能消耗獲得更高的運(yùn)行能力，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)行5G及新能源汽車(chē)等最新應(yīng)用的需求，正在成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的新的戰(zhàn)略高地。
（三）第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)情況。從產(chǎn)業(yè)鏈條來(lái)看。第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈主要包括襯底材料的制備、外延層的生長(zhǎng)、器件制造以及下游應(yīng)用市場(chǎng)。其中，襯底是所有半導(dǎo)體芯片的底層材料，主要用于物理支撐、導(dǎo)熱、導(dǎo)電；外延是在襯底材料上生長(zhǎng)出來(lái)的新半導(dǎo)體晶層，其中碳化硅基氮化鎵，被視為第三代半導(dǎo)體未來(lái)主流；器件是通過(guò)光刻、薄膜沉積、刻蝕等復(fù)雜工藝流程在外延片上制作出設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)；下游應(yīng)用市場(chǎng)主要是以新能源汽車(chē)、5G通訊、光伏發(fā)電、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品等。從國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)來(lái)看。目前國(guó)外企業(yè)在第三代半導(dǎo)體材料端仍然占據(jù)顯著優(yōu)勢(shì)。在碳化硅市場(chǎng)中，美國(guó)科銳（CREE）碳化硅襯底市場(chǎng)占有率達(dá)到45%，其次為日本的羅姆，國(guó)內(nèi)龍頭山東天岳、天科合達(dá)合計(jì)市場(chǎng)占有率不到10%。在氮化鎵市場(chǎng)中，日本住友集團(tuán)為全球第一大氮化鎵襯底廠商，市場(chǎng)占有率為40%，美國(guó)科銳（CREE）和威訊聯(lián)合半導(dǎo)體（Qorvo）緊隨其后，市場(chǎng)占有率分別為24%和20%，中國(guó)企業(yè)在襯底領(lǐng)域仍處于起步階段。從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，目前碳化硅、氮化鎵器件的前三大應(yīng)用領(lǐng)域分別為消費(fèi)類(lèi)電源、商業(yè)電源和新能源汽車(chē)，占比分別為28%、26%和11%。未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，隨著制備技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的碳化硅與氮化鎵器件成本持續(xù)下降，以及800V汽車(chē)電驅(qū)系統(tǒng)、高壓快充樁、消費(fèi)電子適配器、數(shù)據(jù)中心及通訊基站電源等細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)需求持續(xù)增加，預(yù)計(jì)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將會(huì)保持高速增長(zhǎng)。
（四）國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)情況。目前我國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開(kāi)始從“導(dǎo)入期”向“成長(zhǎng)期”過(guò)渡，初步形成了從材料、器件到應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈，但在材料、晶圓、封裝及應(yīng)用等環(huán)節(jié)的核心關(guān)鍵技術(shù)和可靠性、一致性工程化應(yīng)用領(lǐng)域與國(guó)際頂尖水平還存在較大差距，部分高端產(chǎn)品還是空白，高度依賴(lài)國(guó)際進(jìn)口。然而，第三代半導(dǎo)體屬于后摩爾定律概念，對(duì)制程和設(shè)備要求相對(duì)不高，能夠避免前兩代半導(dǎo)體發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)限制光刻機(jī)、干法刻蝕機(jī)出口而產(chǎn)生的“卡脖子”局面。國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界和專(zhuān)家普遍認(rèn)為在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域是我國(guó)擺脫集成電路被動(dòng)局面，實(shí)現(xiàn)芯片技術(shù)趕超和超車(chē)的良機(jī)。從區(qū)域上來(lái)看，目前，國(guó)內(nèi)多個(gè)省市出臺(tái)政策支持第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、成渝等區(qū)域已經(jīng)形成了較為成熟的產(chǎn)業(yè)集群。中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)評(píng)選的2022年全國(guó)第三代半導(dǎo)體最具競(jìng)爭(zhēng)力10大產(chǎn)業(yè)園區(qū)，長(zhǎng)三角地區(qū)3家，分別為蘇州工業(yè)園、上海臨港新片區(qū)、無(wú)錫國(guó)家集成電路設(shè)計(jì)中心；泛珠三角地區(qū)2家，分別為深圳寶安區(qū)第三代半導(dǎo)體IDM產(chǎn)業(yè)園、廈門(mén)高新區(qū)；成渝地區(qū)2家，分別為重慶西永微電子產(chǎn)業(yè)園、成都高新區(qū)；京津冀地區(qū)2家，分別為北京順義區(qū)、河北鹿泉經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)；中西部地區(qū)1家，即西安高新區(qū)。從龍頭企業(yè)來(lái)看。目前，國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體主要制造商共147家，主要分布在江蘇、廣東、北京。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司共104家，其中上市公司15家，全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)（生產(chǎn)設(shè)備、襯底、外延、器件）有三安集成、中電科55所、中電科13所等。氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司有43家，其中上市公司3家，全產(chǎn)業(yè)鏈公司僅有英諾賽科1家。從重大項(xiàng)目投資來(lái)看。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)迅猛，在下游器件環(huán)節(jié)多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域取得關(guān)鍵技術(shù)突破，已經(jīng)具備了與國(guó)際龍頭企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)實(shí)力。比如，英諾賽科建成中國(guó)首條8英寸硅基氮化鎵外延與芯片大規(guī)模量產(chǎn)生產(chǎn)線，截至目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)超過(guò)1億顆氮化鎵芯片的出貨量，有望在今年實(shí)現(xiàn)全球出貨量第一；山東天岳在半導(dǎo)體絕緣型碳化硅襯底市場(chǎng)出貨量國(guó)內(nèi)第一、全球第三。
二、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)
基于第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合調(diào)研情況，對(duì)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)形成了4點(diǎn)判斷：
（一）第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出明顯的應(yīng)用牽引的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持較高增速。主要原因有三個(gè)方面：一是第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、新能源汽車(chē)、5G移動(dòng)通信、高效智能電網(wǎng)等領(lǐng)域展示出廣闊的、不可替代的應(yīng)用前景，預(yù)計(jì)將形成近十萬(wàn)億規(guī)模的應(yīng)用市場(chǎng)。二是上游襯底產(chǎn)能持續(xù)釋放且量產(chǎn)技術(shù)趨于穩(wěn)定，器件的產(chǎn)線規(guī)格尺寸更大，推動(dòng)成本大幅下降。三是目前半絕緣襯底、大尺寸碳化硅襯底、氮化鎵同質(zhì)襯底、4G通信基站用氮化鎵射頻器件、大功率碳化硅MOSFET器件等市場(chǎng)主要由國(guó)外廠商占據(jù)，隨著國(guó)產(chǎn)企業(yè)技術(shù)突圍，進(jìn)口替代空間廣闊。
