全球及中國第三代半導體材料行業未來發展規模及應用領域分析：5G建設推動GaN射頻高速增長[圖]

半導體材料管小紅 2021-09-29 01:20 來源：智研咨詢

一、發展過程及產業鏈

第三代半導體材料主要包括SiC、GaN、金剛石等，因其禁帶寬度≥2.3電子伏特(eV)，又被稱為寬禁帶半導體材料。在第三代半導體材料中，目前發展較為成熟的是碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN），這兩種材料是當下規模化商用最主要的選擇。

與第一代和第二代半導體材料相比，第三代半導體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導率、更高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，更適合于制作高溫、高頻、大功率及抗輻射器件，可廣泛應用在高壓、高頻、高溫以及高可靠性等領域，包括射頻通信、雷達、衛星、電源管理、汽車電子、工業電力電子等。

第三代半導體材料的發展過程及主要應用

資料來源：智研咨詢整理

GaN和SiC芯片的產業鏈與硅芯片類似，主要分為晶圓襯底、外延、設計、制造和封裝等環節。

中國GaN芯片的產業鏈

資料來源：智研咨詢整理

中國SiC器件產業鏈

資料來源：智研咨詢整理

GaN器件主要包括射頻器件、電力電子功率器件、以及光電器件三類。GaN的商業化應用始于LED照明和激光器，其更多是基于GaN的直接帶隙特性和光譜特性，相關產業已經發展的非常成熟。射頻器件和功率器件是發揮GaN寬禁帶半導體特性的主要應用領域。SiC主要應用于功率器件。SiC能大大降低功率轉換中的開關損耗，因此具有更好的能源轉換效率，更容易實現模塊的小型化，更耐高溫。

GaN、SiC的主要產品和應用

資料來源：智研咨詢整理

二、行業發展規模及應用領域分析

智研咨詢發布的《2021-2027年中國第三代半導體材料行業市場運營格局及未來前景展望報告》顯示：射頻器件是無線通訊設備的基礎性零部件，在無線通訊中負責電磁信號和數字信號的轉換和接收與發送，GaN射頻器件在功率密度上的優勢使得芯片體積大為縮小；5G基站會用到多發多收天線陣列方案，GaN射頻器件對于整個天線系統的功耗和尺寸都有巨大的改進；在高功率，高頻率射頻應用中，獲得更高的帶寬、更快的傳輸速率，以及更低的系統功耗。
根據相關數據，到2024年，預計全球GaN射頻市場規模將達20億美元，其中國防軍工領域仍為最大細分領域，無線基礎設施領域將達到7.5億美元。

2018-2024年全球GaN射頻市場規模（單位:億美元）

資料來源：Yole、智研咨詢整理

2018-2024年全球GaN射頻市場規模分布（單位:億美元）

資料來源：Yole、智研咨詢整理

功率器件與前述射頻功率芯片有所區分。根據GaN和SiC所適用電壓的不同，兩者功率器件的應用領域也有所不同。GaN功率器件主要應用領域：消費電子、數據中心電力系統、光伏逆變器、DC-DC轉換器、POL轉換器，以及電機驅動和D類大功率音頻放大器等。SiC功率器件主要應用領域：智能電網、軌道交通、新能源汽車、光伏、風電。新能源汽車等應用的快速發展推動了GaN和SiC功率市場高速發展，預計2023年全球GaN功率器件市場規模將達到4.3億美元；2024年全球SiC功率器件市場規模將達到19.3億美元，其中新能源汽車應用占比將達49%。

2018-2023年全球GaN功率市場規模

資料來源：Yole、睿獸、智研咨詢整理

2018-2024年全球SiC功率市場規模

資料來源：Yole、睿獸、智研咨詢整理

2018-2024年全球SiC功率市場規模分布

資料來源：Yole、睿獸、智研咨詢整理

在國內大半導體產業增長乏力的大背景下，我國第三代半導體產業實現逆勢增長。據統計，2020年我國SiC、GaN電子電力和GaN微波射頻產值合計達到105.5億元，同比增長69.61%，其中：SiC、GaN電力電子產值44.7億元，GaN微波射頻產值60.8億元。

2016-2020年中國SiC、GaN電子電力和GaN微波射頻產值情況

資料來源：CASA、智研咨詢整理

2016-2020年中國SiC、GaN電子電力和GaN微波射頻產值情況

資料來源：CASA、智研咨詢整理

目前，GaN主要應用在射頻及快充領域。SiC重點應用于新能源汽車和充電樁領域。我國作為全球最大的新能源汽車市場，第三代半導體器件在新能源汽車充電樁領域的滲透快于整車市場，占比達38%；消費類電源（PFC)占22%；光伏逆變器占了15%；工業及商業電源、不間斷電源UPS、快充電源、工業電機分別占6%、3%、3%、1%。

2020年中國SiC、GaN電力電子器件下游應用領域分布