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第三代半导体材料:正在爆发的最强风口

2020-09-27 09:35:49 网络

有消息,第三代半导体产业纳入“十四五”规划,在2021到2025年的五年之内,举全国之力,实现产业独立自主,不再受制于人。

半导体 风口

8月,中芯国际创始人张汝京曾公开表示:

第三代半导体目前已成为新主流

第三代半导体的发展遵循的不是摩尔定律,而是后摩尔定律,“它的线宽不是很小的,设备也不是特别的贵,但是它的材料不容易做,设计上要有优势。”

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中国在半导体一代(硅、锗元素)和二代半导体(砷化镓、锑化铟等)都比较落后。

第三代半导体材料是以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等宽禁带为代表。

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中国在三代半导体氮化镓(GaN)领域,起步早。

1998年中国十大科技成果之一是合成纳米氮化镓。

2020年5月11日,科技日报公布了第二届全国创新争先奖牌拟表彰名单,共有10个国内各领域顶尖团队上榜。

ON.1 三代半导体--氮化镓(GaN)创新团队

表明中国第三大半导体氮化镓(GaN)材料的研究,现在是领先全球的。

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三代半导体氮化镓(GaN)性能非常优异,比二代半导体各方面的性能都高出数倍。

例如,1英寸氮化镓晶片可刻成1亿万粒LED,亮度高,低热性,不发热。

氮化镓(GaN)主要用于:

微波射频:5G通信、雷达预警、卫星通讯;

电力电子方向:智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费电子;

光电子方向:LED、激光器、光电探测器。

氮化镓不存在于自然界中,只能通过人工合成,研发及商用成本很高,一片五厘米大小的氮化镓片,目前售价超过2万元。

中国的三代半导体现在的主要用途是:

军工雷达系统

雷达系统是各类弹道导弹攻防的基础。

2020年2月,中国的052D驱逐舰,开到了夏威夷附近海域,自由航行,演练海上补给。

中国的055大型驱逐舰和052D驱逐舰,在诸多性能上,已经超越美国,成为反导利器和实实在在的航母杀手。

中国新型驱逐舰能够形成强大威慑力,并不是简单的吨位和配备的导弹系统,最重要的是以三代半导体氮化镓为材料基础的第五代数字阵列雷达(有源相控阵雷达的顶级水平),领先美国数年(尽管美国说自己已经赶上了)。

第五代数字阵列雷达能240公里外,发现网球一样大小雷达反射截面的隐形战机F22,让对方无法隐形。

在复杂作战环境下,有源相控阵雷达的抗干扰能力和损管能力要优于无源相控阵雷达。

这就是为什么中国的大驱可以单独去夏威夷附近的原因,如果再来一次补给,可轻松抵达美国西海岸。

美国当然也可以升级自己的舰载雷达系统等,但这需要的不仅仅是一个雷达的问题,是一系列海军战略规划和巨大的军事支出的问题,是整个从军事战略,到舰艇升级换代。

仅仅一个氮化镓产业化,美国目前离中国这样的规模市场,还差得有点远。

镓这个元素属于稀土范畴,美国在稀土领域对中国的依赖程度,就不用多说了,大家可以自己去查一下。

最近,美议员还在鼓动建立本土稀土产业“摆脱对华依赖”。

8月,我国第25艘052D型导弹驱逐舰和第8艘055型驱逐舰同日正式下水,我国的神盾舰数量达到了41艘,其中有39艘导弹驱逐舰是有源相控阵神盾舰,在规模上属于全球第一。

美国海军拥有74艘伯克级驱逐舰,但是其宙斯盾作战系统中的无源相控阵雷达,在探测距离和探测精度上与中国有源相控阵雷达还有一定的差距。

最新的伯克-3型驱逐舰上,美国海军才开始安装有源相控阵雷达,不过还处于建造阶段。

5G、物联网、大数据和人工智能驱动的新计算时代的到来,对半导体器件的可靠性与性能指标的要求也更加严苛,需求量日益增长。

国际上第三代半导体材料氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)开始逐渐受到市场的重视,已形成完整的覆盖材料、器件、模块和应用等环节的产业链,全球新一轮的产业升级已经开始。

第三代半导体材料产业链包括:上游衬底、中游外延片、下游器件、模组制造。

氮化镓(GaN)方面:

国内企业已经可以小批量生产2英寸衬底,具备4英寸衬底生产能力,并开发出6英寸衬底样品。

苏州纳米所的苏州纳维科技公司、北京大学的东莞中镓半导体科技公司(均未上市),实现了材料产业化。

三安光电(600703)的子公司三安集成,主营LED外延片、通讯元器件、芯片、化合物半导体代工。

闻泰科技(600745),是氮化镓效应晶体管(GanFET),主营手机ODM原厂委托设计。

耐威科技(300456),是氮化镓(GaN)材料的生长与器件的设计,已成功研制8英寸硅基氮化镓外延晶圆,主营电子传感器。

海陆重工(002255),子公司江苏能华微电子科技发展有限公司,专业研发、生产氮化镓( GaN)复合半导体高性能晶圆和成功率器件。

海特高新(002023),子公司海威华芯主营氮化镓功率器件代工,和三安集成业务高度重叠。

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碳化硅(SiC)方面:

硅衬底的化合物材料,基本能够满足在5G/IoT/AI的高频、高压、高功率技术要求,目前在经济性方面有优势。

军工、安防、航天等少部分需要超高规格的应用领域,才需采用化合物单晶材料。

化合物单晶材料以美欧厂商英飞凌、科锐和罗姆半导体,占据90%的市场份额。

国际先进技术已将碳化硅(SiC)单晶衬底从4英寸推广到8英寸,预期成本每年能下降10-15%。

国内也不弱,形成相对完整的产业链体系,碳化硅(SiC)衬底,4英寸实现了量产,已完成6英寸衬底的研发。

衬底材料方面有山东天岳(华为占股10%)、天科合达、河北同光。

中游外延片(EPI硅片)有东莞天域半导体、厦门瀚天天成。

器件和模组有斯达半导(603290)、泰科天润、中车时代电气等

国内企业已开发出1700V/1200A的混合模块、4500V/50A等大容量全SiC功率模块,在SiC-SBD形成销售收入。

看上去很美的一项高新科技,真正弄明白很难,控制风险牢记心头。

发布:xiuyue

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