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科學(xué)認識中國“第三代”半導體產(chǎn)業(yè)
2021-07-02 10:02:04.0

2021-07-02 10:02:04.0 | 分類(lèi): | 瀏覽量:1843


以下文章來(lái)源于芯謀研究 ,作者芯謀評論

來(lái)源:內容轉載自公眾號「芯謀研究


第三代半導體的產(chǎn)業(yè)真相!



前幾天,一則外媒的報道引起了國內A股市場(chǎng)、媒體圈和芯片圈的熱議。報道稱(chēng),中國制定了“第三代半導體”發(fā)展推進(jìn)計劃,并為該計劃準備了約1萬(wàn)億美元的資金。
隨后,國內媒體對第三代半導體產(chǎn)業(yè)爭相報道。芯片圈再次受到媒體和資本的熱烈關(guān)注。A股半導體股的狂歡,A股半導體板塊大漲,半導體行業(yè)指數中46只成分股全部飄紅,38只成分股漲幅超過(guò)5%。
這是繼芯片、光刻機之后,又一個(gè)全民受到教育的半導體專(zhuān)業(yè)詞匯。第三代半導體到底有多神?中國的第三代半導體產(chǎn)業(yè)有哪些優(yōu)勢和劣勢?我們該如何前行發(fā)展?要搞清楚這一切,先讓我們從認識第三代半導體開(kāi)始。


01何為第三代半導體?


業(yè)內所說(shuō)的第三代半導體包括,氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)等,主要應用有三大方面:光電子、電力電子和無(wú)線(xiàn)射頻。應用量最大、被大家提及最多的就是氮化鎵和碳化硅。碳化硅主要應用于電力電子、電動(dòng)汽車(chē)、充電樁、新能源等領(lǐng)域;氮化鎵則主要用于光電子產(chǎn)品如LED,以及功率放大器等產(chǎn)品上。
實(shí)際上,第三代半導體的叫法并不嚴謹,國際規范的用法不使用第幾代來(lái)表示,而是用寬禁帶表示。第三代半導體是指的是禁帶寬度大于2.2eV的半導體材料,而當前主流的半導體材料硅的禁帶寬度是大約是1.12eV(eV即電子伏特,能量單位,表示一個(gè)電子經(jīng)過(guò)1V的電位差加速后所獲的動(dòng)能)。
我們知道,物質(zhì)要導電需要有自由電子或者空穴存在,自由電子存在的能帶稱(chēng)為導帶,自由空穴存在的能帶稱(chēng)為價(jià)帶。被束縛的電子要想成為自由電子或者空穴,必須獲得足夠能量從價(jià)帶躍遷到導帶,這個(gè)能量的最小值就是禁帶寬度。禁帶寬度對于半導體器件性能的影響非常大,它直接決定著(zhù)器件的耐壓和最高工作溫度。
因此,第三代半導體擁有著(zhù)這些性能優(yōu)勢:耐高壓、耐高溫、大功率、導電性能強、工作速度快、工作損耗低。速度快,開(kāi)關(guān)頻率高。
之所以“第三代半導體”這個(gè)概念會(huì )流行,主要是“寬禁帶”這一行業(yè)術(shù)語(yǔ)較為晦澀,難以理解。不過(guò),“第三代半導體”也確實(shí)讓人們產(chǎn)生了一種錯覺(jué):第三代比第一代強。


02它比第一代、第二代半導體更先進(jìn)嗎?

 
從1833年,法拉第發(fā)現硫化銀材料的電阻隨著(zhù)溫度的上升而降低,與金屬材料性質(zhì)大有不同開(kāi)始,人類(lèi)對半導體的研究應用正式拉開(kāi)了序幕,至今已近200年時(shí)間。
電氣、電子信息的發(fā)展徹底改變了人類(lèi)的生活,而現在電氣化背后的物理基石之一就是半導體材料。在集成電路領(lǐng)域,使用最多的就是硅基,硅(Si)和鍺(Ge)也是大眾討論中最普遍的半導體材料,廣泛應用在今天的手機、電腦、電視等電子設備里。在學(xué)術(shù)界,硅(Si)和鍺(Ge)被稱(chēng)為第一代半導體。
第二代半導體以砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)為代表,主要應用于功率放大,用于衛星通訊、移動(dòng)通訊、導航等領(lǐng)域。
那么,第三代半導體比第一代、第二代半導體更先進(jìn)嗎?
實(shí)際上,這里的 “代際”,是根據半導體制造材料來(lái)劃分的。第三代半導體不是第一代和第二代半導體的升級,這與移動(dòng)通信技術(shù)4G、5G不同。三代半導體之間是并存關(guān)系,各有各的應用場(chǎng)景和優(yōu)勢。第三代半導體之所以現在備受關(guān)注,主要是其在5G、汽車(chē)電子和新能源等新興應用市場(chǎng)的性能更具優(yōu)勢。


03第三代半導體的市場(chǎng)有多大?


現在半導體市場(chǎng)90%仍然是以硅材料為代表的第一代半導體,第二代、第三代加起來(lái)不過(guò)10%,主要作為補充市場(chǎng)。
第三代半導體是我國“十三五”時(shí)期重點(diǎn)布局的方向,產(chǎn)業(yè)化核心技術(shù)取得突破、產(chǎn)業(yè)布局較為全面、市場(chǎng)應用逐步開(kāi)啟,自主可控能力逐漸增強,整體競爭力不斷提升。
第三代半導體市場(chǎng)也被長(cháng)期看好,在新能源汽車(chē)、5G、光伏發(fā)電、PD 快充等領(lǐng)域,第三代半導體的市場(chǎng)份額不斷取得突破。據Yole數據顯示,到2020年底,碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)功率半導體的全球市場(chǎng)將增長(cháng)到 8.54 億美元,其中,碳化硅(SiC )市場(chǎng)規模約為 7.03 億美元,氮化鎵(GaN)市場(chǎng)規模約為1.5億美元。到2025年碳化硅(SiC)市場(chǎng)規模將超過(guò)30億美元,氮化鎵(GaN)市場(chǎng)規模將超過(guò)6.8億美元,翻了四倍多。
其中,第三代半導體最大的應用領(lǐng)域就是新能源汽車(chē)。豐田、大眾、 寶馬等汽車(chē)制造商繼續為其下一代車(chē)型的逆變器、車(chē)載充電器(OBC) 和 DC / DC 轉換器中的碳化硅(SiC )分立器件或模塊進(jìn)行合格鑒定。在這種背景下,新能源汽車(chē)中碳化硅(SiC )功率半導體市場(chǎng)預計將以 38%的年復合增長(cháng)率增長(cháng),到2025年將超過(guò)15億美元。


04中國產(chǎn)業(yè)優(yōu)劣勢


我國第三代半導體優(yōu)勢首先體現在政策力度上。從近幾年的政策發(fā)展來(lái)看,為加快推進(jìn)第三代半導體材料行業(yè)的發(fā)展,國家層面先后印發(fā)《重點(diǎn)新材料首批次應用示范指導目錄(2019版)》、《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》等鼓勵性、支持性政策。在“十四五”規劃中,計劃在2021-2025年期間,在教育、科研、開(kāi)發(fā)、融資、應用等各個(gè)方面,大力支持發(fā)展第三代半導體產(chǎn)業(yè),以期實(shí)現產(chǎn)業(yè)獨立自主。
不僅如此,地方層面也在積極相應第三代半導體發(fā)展號召。2020年,我國各地方發(fā)布的第三代半導體相關(guān)政策就有數十條,覆蓋了超十個(gè)?。ê陛犑校?。
此外,得益于國內主流企業(yè)積極布局,市場(chǎng)容量擴大且產(chǎn)業(yè)鏈合作水平不斷提高。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的高速發(fā)展,我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)開(kāi)始步入高速成長(cháng)期,企業(yè)數量持續增加,產(chǎn)線(xiàn)也在擴產(chǎn)建設,供應鏈開(kāi)始逐步成型,產(chǎn)業(yè)鏈自主可控能力增強。
在下游應用端,國內主流企業(yè)的第三代半導體器件已打入眾多關(guān)鍵應用領(lǐng)域,比如新能源汽車(chē)、PD快充、5G基站等。這些領(lǐng)域,中國具有非常大的潛力和增量市場(chǎng)。不僅如此,復雜的國際關(guān)系,國內龍頭企業(yè)在國產(chǎn)替代的機遇下,產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作更為緊密,國產(chǎn)器件開(kāi)始尋找與下游應用企業(yè)合作機會(huì ),推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
在技術(shù)方面和企業(yè)規模上,我國與國際大廠(chǎng)存在較大差距。技術(shù)方面,我國仍未出現具有絕對優(yōu)勢的龍頭企業(yè),雖然一些企業(yè)經(jīng)過(guò)幾年摸索沉淀,已經(jīng)完成了技術(shù)、產(chǎn)品和市場(chǎng)的初期積累,資本的加持下,已實(shí)現一定規模產(chǎn)能的上量突破,但市占率較小。同時(shí),國內企業(yè)規模也較小,不具有明顯的企業(yè)優(yōu)勢。相較下,國際第三代半導體巨頭企業(yè)有非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢,已經(jīng)建立起一定的行業(yè)壁壘,國內企業(yè)差距較大,市場(chǎng)機會(huì )被擠壓。


05發(fā)展建議


科學(xué)認識,提升產(chǎn)業(yè)認識。據芯謀研究產(chǎn)業(yè)調研過(guò)程中發(fā)現,一些相關(guān)人士對第三代半導體產(chǎn)業(yè)認識不足,盲目認為第三代半導體是第一代和第二代的升級。在做半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展和投資時(shí),不要被概念沖昏頭腦,應科學(xué)認識技術(shù)本身和產(chǎn)業(yè)現狀,做科學(xué)謹慎規劃。
加強協(xié)作,補足技術(shù)短板。由于現階段的技術(shù)落后,我們需要通過(guò)全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)作,補齊短板,針對產(chǎn)業(yè)鏈薄弱環(huán)境,對關(guān)鍵技術(shù)部分進(jìn)行核心攻關(guān),強化能力。同時(shí)利用市場(chǎng)規模優(yōu)勢,進(jìn)行上下游協(xié)作,當有了市場(chǎng)基礎,反饋于技術(shù)研發(fā),不斷形成良性循環(huán)。
注重審核,避免盲目投資。雖說(shuō)國內第三代半導體產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期,但政策不斷推出,資本市場(chǎng)不斷涌入,使得第三代半導體整體融資數額不斷增加。在市場(chǎng)、資本、政策利好的前提下,我們需要加強監管審核,充分了解產(chǎn)業(yè)情況,在市場(chǎng)需求的情況下有序擴產(chǎn),避免資源浪費。
推進(jìn)應用,完善標準建設。上下游協(xié)同合作,在下游方面,重點(diǎn)推進(jìn)推動(dòng)新能源汽車(chē)、數據中心、5G等應用領(lǐng)域,此外還要做強第三代半導體設計、芯片工藝、封裝測試和應用驗證的平臺,以及標準的完善,建立專(zhuān)利保護機制,支持產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
培養人才,促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作。人才是產(chǎn)業(yè)基石,在建設第三代半導體產(chǎn)業(yè)時(shí),需要促進(jìn)產(chǎn)業(yè)和高校的合作,加強產(chǎn)學(xué)研配合,引進(jìn)高層次人才,積極培養人才隊伍。
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