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，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预计年全球GaN功率器件市场规模将达到3亿美元。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IHSMarkit数据，年SiC功率器件市场规模约6.亿美元，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，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。
来源华西证券
原标题：
《化合物半导体风起云涌，大势所趋大有可为》
作者：吴吉森等
一、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。
年至年，全球半导体制造材料销售规模由亿美元增长到亿美元，年均复合增长率5.%。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。
▲-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，年GaAs、GaN与SiC的产业销售额分别约为亿元、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，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%，到年，中国第三代半导体器件市场规模有望冲破.2亿元，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。
▲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CASAResearch不完全统计，年共24笔投资扩产项目（年7笔），已披露的投资扩产金额达到亿元（不含GaN光电子），较年同比增长6%。分材料看，SiC投资7笔，涉及金额亿元；GaN投资7笔，涉及金额44亿元。分环节看，衬底环节投资2笔（主要为SiC衬底），涉及金额75亿元；器件/模块环节投资5笔，涉及金额亿元。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。
二、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，年全球GaAs射频器件市场规模为65.80亿美元，较年有小幅下滑。
-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，-4年，中国GaAs元器件市场CAGR在5%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4年，中国GaAs元器件市场规模将达到55.3亿元。
▲年全球GaAs射频器件市场规模小幅下滑
▲-4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%）、LED（42%）、激光二极管（0%）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YoleDevelopment统计，GaAs晶圆的整体市场规模将从年的2亿美元增长到年的超过3.48亿美元，复合年增长率为0%。
▲GaAs衬底各类应用占比
▲-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YoleDevelopment数据，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，GaAsHBT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YoleDevelopment估计，射频GaAs芯片市场规模将从年的28亿美元左右增长至年的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GaAsPA市场将从年的8.76亿美元增长到年的57.27亿美元，年复合增长率达到9.7%。
▲智能手机PA主导GaAs芯片市场（百万美元）
▲中国智能手机GaAsPA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YoleDevelopment统计数据，全球VCSEL的市场规模将从年的亿美元增长至年的27亿美元，CAGR达8.4%。
▲-年VCSEL市场CAGR达8.4%
移动和消费领域的3D应用蓬勃发展。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FaceID模块之后，VCSEL市场驱动力逐渐被3D传感所取代。年，iPhone中共装配了万件VCSEL，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，年移动设备中的3D传感约占VCSEL总市场规模的75%，预计年达到2亿美元的规模。从竞争格局来看，Lumentum作为苹果的主要供应商，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%
▲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StrategyAnalytics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%、3%、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7%份额，其次为台湾地区的宏捷（9%）与美国的GCS（8%）。
▲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Qorvo（28%）与Avago（7.4%）。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StrategyAnalytics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
三、GaN：5G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℃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0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GaN（GaNonSi）可以做功率器件和小功率的射频器件；碳化硅基GaN（GaNonSiC）可以制造大功率LED、功率器件和大功率射频芯片。GaNonSiC和GaNonSi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。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，TransparencyMarketResearch预计，至7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，年分别占有28.8%、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。年，射频GaN的市场规模占GaN器件整体规模的比重达9%，电力电子GaN市场规模仅占9%。年国内GaN产业实现高速增长。据CASA初步统计，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，到年国内GaN衬底市场规模将达到5.67亿元。
▲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，年全球GaN功率器件市场规模为.4万美元，预计GaN市场将在年达到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。
▲年国内GaN行业需求分布
▲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。年，5G已经进入商用部署的快车道。IDC预计年，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0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4年全球物联网的联接量将接近亿，是手机联接量的.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6V，GaAs为0V，GaN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，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.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。
▲-4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、MassiveMIMO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，年全球用于Sub-6GHz频段的M-MIMOPA器件年复合增长率将达到35%，用于5G毫米波频段的射频前端模块年复合增长率将达到9%。
▲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，截至年底国内已建成全球最大5G网络，累计建成5G基站7.8万个，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MassiveMIMO技术，天线和RRU（射频拉远单元）合设，组成AAU。假设MassiveMIMO天线为64T64R，则单个宏基站天线数量为92个，放大器数量为92个。考虑到5G基站的建设周期，拓墣产业研究院预计到年基站端GaN射频器件规模达到顶峰，达到2.6亿元。
▲中国5G宏基站PA市场测算
▲-4年宏基站PA使用量预测
▲-4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年测算，拓墣产业研究院预计，到4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，年数据中心基础设施支出同比下降了0.3%，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。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2亿美元。
▲-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5-30%。YoleDevelopment预测，年GaN电源目标市场约为9万美元，年将达到.6亿美元，而在年将增长到2.4亿美元。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8W、30W、65W、00W等多个功率段，GaN充电器市场迎来爆发期。
▲-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GaND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。年，GaNSystem发布了一款为高音质2V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音频放大器支持瓦功率，允许2V电源升压到8V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，将这款瓦音频产品的成本和功率输出能力上做到了很好的平衡。SemiconductorDigest认为，到年底，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。BCCResearch数据显示，全球D类音频放大器市场将从年的24亿美元增长到年的35亿美元，-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、EfficientPower、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，并于年3月收购法国GaN创新企业Exagan公司的多数股权；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；国内企业闻泰科技年以亿元成功收购行业内唯一量产交付客户GaNFET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
四、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多种，其中六方结构的4H型SiC（4H-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GaN（GaNonSiC）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YoleDevelopment统计，年4英寸导通型SiC晶圆市场接近0万片；6英寸导通型SiC晶圆供货约.5万片；预计到年，4英寸导通型SiC晶圆的市场需求保持在0万片左右，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。YoleDevelopment预计，到年，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；-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IHSMarkit数据，年SiC功率器件市场规模约6.亿美元，受新能源汽车等领域较大需求的驱动，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2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，年国内SiC单晶片行业市场规模为34.09亿元，较年的34.5亿元小幅下滑0.8%。
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。
▲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V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YoleDevelopment的数据，-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YoleDevelopment数据显示，年，新能源汽车细分领域中SiC市场规模约为.3亿美元，预计4年SiC市场规模达到9.46亿美元，年均复合增长率达到29%。
年，全球新能源汽车SiC二极管和晶体管市场规模万美元，预计年市场规模达到万美元。DIGITIMESResearch预计到年，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，高于年的25%。
▲-4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0%左右，却是系统能量损耗的主要来源之一。使用SiCMOSFET或SiCMOSFET+SiCSBD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YoleDevelopment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，在面板领域，中国公司已经占据了LCD市场半壁江山，OLED面板也在快速追赶三星、LG等公司。不过在驱动IC上，国内占有率不足%。好在面对这样的情况，国内有多家驱动IC企业已经加强了自研。而且，显示驱动IC的主流工艺最高的也不过28nm工艺，这些工艺国内代工厂都已经量产，着国内企业加速新产品的研发，突破高端产品，国内显示IC会逐步实现进口替代。
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