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第三代半导体的激流与险滩

原标题:第三代半导体的激流与险滩

虽然从整个半导体器件市场来看,硅材料因其易获取、低成本等特性,依然是最为重要的基础载体,但以新能源汽车、5G基站为代表的新兴行业应用,正托举出一个新的半导体材料需求市场,也即以碳化硅和氮化镓为主的第三代半导体材料应用。

在前面两代半导体材料方面,我国在相关领域的起步时间较晚,因此造成客观上存在的差距;而在第三代半导体领域,全球的宏观起步时间相对接近,且这是一门相对新兴的技术领域,目前来看,全球主要衬底材料公司的技术差距并不算很大。

加上第三代半导体具备的耐高压、耐高温、低损耗等特性,符合当前功率半导体器件的应用需求。在相关领域由第三代半导体材料替换第一代硅基材料,正有望成为一种长期趋势。

综合这些产业背景,叠加国内相关产业生态此前在碳化硅、氮化镓等材料领域已有所积累。第三代半导体产业生态在近些年间,正呈现多点开花态势。

但同时需要注意的是,尚处在发展演进过程中的第三代半导体领域,并未在眼下迎来完全量产商用的节点,同时国内在该领域所占据的全球市场份额还不如已经成熟发展多年的海外大厂,整个产业生态的成熟落地依然需要足够时间进行培育。

这依然是一个需要守得云开方得见月明的半导体技术分支,前路辽阔,但也不能忽视潜藏的挑战。

发展热潮

仅从此前拟通过科创板平台上市的公司来看,就足以显示出在国内的很多地区,都已经有针对第三代半导体领域在开拓的公司和团队。

比如正在走上市程序的山东天岳,此前已经终止上市流程的天科合达和江西瑞能等。即便是在粤港澳大湾区内部,也分散发展着诸多定位在不同具体材料领域和产业链环节的公司,如东莞天域、英诺赛科等。

基本半导体董事长汪之涵向21世纪经济报道记者介绍道,如今掀起的第三代半导体发展热潮背后,主要源于内外部双重因素的推动。

“随着碳达峰、碳中和目标的提出,新能源产业与半导体产业开始产生更多交汇点。采用性能上更优异的第三代半导体材料,可以帮助全球范围内更快实现目标达成。”他进一步表示,由于碳化硅器件对制程工艺的要求相比硅基来说并不算高,在这方面国内外之间的差距不是很大,也因此国内在碳化硅、氮化镓相关领域发展的头部企业,将有很大可能性进入世界一流阵营。

“目前第三代半导体在晶圆尺寸方面演进到了6英寸,走到8英寸量产商用还有一个过程。”汪之涵分析道,从这个角度看,国内与海外的步伐比较接近,取得进一步突破的机会很大。

据汪之涵介绍,碳化硅器件的下游应用市场主要分为三大方向:工业级、消费级、汽车级。其中,工业级碳化硅器件落地较早,应用包括通讯基站电源、服务器电源、LED驱动电源等,都是未来长期稳定高速发展的领域。

消费市场中,国内市场目前率先推出的产品,主要是针对大功率快充的市场。

新能源汽车则是碳化硅器件未来发展的最重要方向,这也是碳化硅最大的单一应用市场。其优异特性可以应用在新能源汽车诸多部件中,如电机控制器、车载充电器等。

为此,基本半导体在深圳和日本名古屋的模块封装研发团队,针对碳化硅车规级模块推出了不同产品系列,希望明年开始在市场得到批量应用。

“成本是第三代半导体材料应用过程中很受关注的一点。”汪之涵向记者指出,但这也要拆分来看,一方面,在很多应用领域,性能提升带来的效益会比成本支出更高,这时候就会倾向于采用碳化硅、氮化镓等材料;另一方面,虽然碳化硅器件比硅基器件价格高,但采用前者的器件,可以让其他匹配部件的成本大幅降低。

他表示,“随着技术和行业的发展,碳化硅成本会逐步下降,那么在众多领域取代传统硅基材料器件将是一个不可逆的过程。”

举例来说,在功率半导体器件中,由碳化硅材料取代硅基衬底的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)和MOSFET是行业认同的未来趋势,且功率半导体迭代周期较慢、生命周期更长,因此未来成长空间会很大。

汪之涵续称,目前碳化硅材料的器件成本比硅基器件成本高很多,但未来其成本必然会降至硅基器件的2-3倍,那时候碳化硅器件带来的性价比优势会陆续显现。

短期挑战

国内产业链发展如火如荼,但不可忽视的是,在针对一项新兴技术不断探索背后,依然也面临着不小的挑战需要思量并克服。

汪之涵表示,作为创业企业,尤其是身处第三代半导体领域,在高速发展过程中会面临各种困难。但相比一般企业都会遇到的资金、供应链、客户认可等问题,他更关注的是人才。

“国内培养的第三代半导体材料、器件、封装、驱动、应用方面的人才,肯定远远无法满足行业的需求。通过企业自己培养,或者从海外引进专家加盟的方式,是扩充团队的重要方式。”他如是指出。

除此之外,为了实现企业在碳化硅领域发展的长期目标和短期目标相平衡,基本半导体与清华大学等高校及研究机构合作,针对一些短期内或许无法产生直接经济效益,但对未来产业发展具备意义的前沿领域进行联合研发。

“两年内有望产业化的技术方向,我们会由内部推动研发;五年后才有产业化机会的技术方向,我们会积极采取与外部合作研发的方式。”汪之涵续称。

在市场层面,短期内也还面临着一定的发展挑战。有产业投资人向记者表示,当前行业对第三代半导体的关注可能存在热情过高的迹象。“我们看过了很多第三代半导体公司,但是不太敢下手。”该名人士认为,目前国内对于相关产业公司的估值偏高,不太符合常规估值方法,其团队在此时会选择更加审慎面对市场。

他同时指出,在目前还没有庞大规模的市场需求背景下,有一些产业内公司已经开始了频繁在各地建设产线的道路。“考虑到现在的销售额无法承载这么大的成本折旧,我们担心不排除在未来3-5年内,部分今天投资的产线,会面临资不抵债的难题。”

不过云岫资本高级经理李俊超向21世纪经济报道记者表示,总体来看,目前国内对第三代半导体领域的投资还算不上过热,因为从整体体量来看,还并没有达到如美国、日本每年在相关产业投资的力度。

但他同时指出,目前不可忽视的问题是,产业间公司发展相对分散,没有把核心人才和力量融合在一起。导致若干年后回头看,可能会存在投资效益偏低的问题。

当然,在此过程中,具备竞争实力的公司依然会成长起来,并且不断完善技术更迭演进过程。

从市场格局来说,由于前述应用成本偏高,导致尚且无法支持第三代半导体器件的大规模商用,目前下游器件厂商虽然数量较多,但体量尚且不大。反倒是处在行业上游的衬底材料产业环节,由于积累的需求更集中,这类型公司会在先期更快发展起来。“当然,未来随着商用的持续推进,下游市场的机会的确会逐步扩大。”李俊超表示。

即便是如今已经在全球市场占据较高份额的欧美国家公司,其最初起步也是从单个产业环节的能力入手,随着逐步走向成熟,才通过收并购的方式,纳入更丰富的产业流程,并成为具备平台型能力的综合型半导体公司。

“考虑到目前第三代半导体市场的整体规模并不算大,目前来看,可能也未必有必须走向如硅基一般有明确设计和制造产业分工的阶段。当然,随着市场空间越来越大,或许产业分工会是未来一种更好的选择。”李俊超指出,从这个逻辑来看,当下该领域的公司选择IDM发展模式,的确不失为一种更完善的发展路线。

宏观来看,这种产业角色的定位和演变,也是整个半导体产业未来会面临的新发展命题。

国科瑞华董事总经理王琰向21世纪经济报道记者指出,目前在欧美市场,已经呈现行业前20家左右半导体公司,但占据了全市场接近90%的市值、接近80%的利润,走向寡头垄断的市场。

反观国内,目前还没有出现产业部署非常成熟和完善的厂商。但已经有相关产业公司,在近些年的发展历程中,通过横向和纵向的并购整合,不断完善在细分领域的市场布局。

“相信在未来3-5年内,上市的半导体公司之间并购整合会成为一个主流趋势。这也会是未来第三代半导体市场将面临的共性问题。”他续称,届时,国内半导体市场也有望如前述欧美半导体市场的趋势一般,巨头公司占据较大市场利润,产业集中度进一步提升。

(作者:骆轶琪 编辑:曹金良)

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