第三代半导体大有可为.pdf

Table_Title 电子设备行业专题研究 第三代半导体大有可为 2020 年 10 月 09 日 Table_Summary 【 投资要点 】 第三代半导体走向舞台中央。 半导体材料作为产业发展的基础 ， 经历了数代的更迭，以碳化硅及氮化镓为代表的第三代半导体，由于其优异的性能表现，逐步受到市场的关注，成为未来超越摩尔定律的倚赖。我国为了把握 住 第三代半导体发展的战略机遇，持续推出产业支持政策，在国家层面加大了产业的战略指导，在财税政策方面提供各种优惠扶持政策。国内针对第三代半导体产业的投资金额也日益增长，已经初步形成了第三代半导体完善的产业链布局。 全球第三代半导体市场正蓬勃发展。 SiC 及 GaN 在材料性能上各有优劣，因此在应用领域上各有侧重及互补。 GaN 由于其优异的高频性能，未来在射频领域具备良好的发展空间，预计到 2024 年，全球 GaN 市场规模将达到 20 亿美元，复合增长率为 21%； SiC 在高功率领域具备较好的表现，因此在电动汽车将是主要发展领域，整体市场规模在2025 年将达到 32 亿美元左右，复合增长率将保持在 30%以上。 我国第三代半导体有望在技术发展上 实现追赶 。 在第一代及第二代半导体材料的发展上，我国起步时间远远慢于其他国家，导致在材料上处处受制于人，但是 在 第三代半导体材料 领域 国内 厂商起步与国外厂商相差不多，有希望实现技术上的 追赶 ，完成国产替代。从国内应用领域来看，消费电子依旧是主要应用市场，占据了 28%的份额，其次是工业及新能源汽车领域，市场份额分别为 26%和 11%，在电力电子及微波通讯领域市场规模均保持稳步的增长。 【配置建议】 建议关注华润微（ 688396），公司是国内领先的功率半导体制造商，公司瞄准第三代半导体发展机遇，建立了国内首条 6 英寸 SiC 产线，规划产能可以达到 1000 片 /月。公司还积极拓展碳化硅产业链，入股国内排名第一的硅外延片供应商瀚天天成，完善产业链布局。 建议关注三安光电（ 600703），公司设立子公司三安集成，定位于化合物半导体研发制造公司，先后推出了 GaN 及 SiC 的晶圆代工服务，主要代工产品包括碳化硅肖特基二极管，氮化镓场效应晶体管等，未来随着技术的研发，还将拓展更多的产品种类。 【风险提示】 国内厂商技术研发不及预期； 国家支持政策力度不及预期； 国外领先厂商市场竞争加剧。 Table_Rank 强于大市 （维持） Table_Author 东方财富证券研究所 证券分析师：危鹏华 证书编号： S1160520070001 联系人：马建华 电话： 021-23586480 Table_PicQuote 相对指数表现 Table_Report 相关研究 集成电路板块再迎政策支持，全产业链或将受益 2020.08.06 解决电量焦虑，快充无线充关注度提升 2020.07.02 新技术及新应用出现， CIS 市场有望持续成长 2020.06.22 生物识别技术发展前景广阔 2020.06.11 潜望式镜头，带你看更远的风景 2020.05.14 -7.45%9.42%26.29%43.16%60.03%76.89%9/30 11/30 1/31 3/31 5/31 7/31电子设备 沪深 300Table_Title1 行业研究 /电子设备 / 证券研究报告 挖掘价值 投资成长 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 2 Table_yemei 电子设备行业专题研究 正文目录 1.半导体材料是产业发展的基石 . 4 1.1.第一代半导体材料 . 4 1.2.第二代半导体材料 . 5 1.3.第三代半导体材料性能优势明显 . 5 1.4.国家持续推出政策支持第三 代半导体产业发展 . 7 1.5.国内外第三代半导体产业链日益完善 . 10 2.全球第三代半导体市场蓬勃发展 . 12 2.1.SiC 及 GaN 在应用领域上优势互补 . 12 2.2.GaN 在射频及快充领域表现亮眼 . 13 2.3.SiC 重点应用于电动汽车领域 . 17 2.4.我国第三代半导体市场趋势持续向上 . 20 3.重点关注公司 . 22 3.1.华润微 . 22 3.2.三安光电 . 24 4. 风险提示 . 26 图表目录 图表 1：绝缘体、半导体以及导体常见电导率范围 . 4 图表 2：硅晶圆 . 5 图表 3：锗晶圆 . 5 图表 4：砷化镓应用领域 . 5 图表 5：第三代半导体性能比较 . 6 图表 6： GaN、 Si、 SiC 性能比较 . 6 图表 7：第三代半导体应用领域 . 7 图表 8：第三代半导体国家级支持政策 . 8 图表 9：第三代半导体地方支持政 策 . 8 图表 10：部分 “ 十三五 ” 重点研发技术 . 9 图表 11：我国第三代半导体产业投资金额 . 10 图表 12：第三代半导体产业链 . 10 图表 13： GaN 产业链国内外厂商 . 11 图表 14： SiC 产业链国内外厂商 . 12 图表 15： SiC 及 GaN 应用优势领域 . 12 图表 16：全球 GaN 市场规模快速增长 . 13 图表 17： 5G 基站潜在市场 机会 . 13 图表 18： GaN 在 5G 射频系统中优势明显 . 14 图表 19： GaN 制造工艺发展趋势 . 14 图表 20：快速充电器发展 . 15 图表 21：快充功率及重点厂商 . 15 图表 22：小米 65W GaN 快充 . 16 图表 23：全球可提供快充 GaN 芯片公司 . 16 图表 24：市售热门 GaN 快充价格 . 17 图表 25：全球 SiC 市场规模增 长 . 17 图表 26： SiC 器件市场规模预测（分应用领域） . 18 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 3 Table_yemei 电子设备行业专题研究 图表 27：特斯拉 SiC 模块 . 19 图表 28：比亚迪高性能碳化硅控制模块 . 19 图表 29： 2018-2024 年车用 SiC 市场规模增长 . 19 图表 30： SiC vs GaN vs Si 渗透率情况 . 20 图表 31：我国第三代半导体下游应用领域（ 2018 年） . 20 图表 32：我国第三代半导体在各领域增速 . 21 图表 33：我国第三代半导体电力电子器件规模预测（单位：亿元） . 21 图表 34：我国第三代半导体微波射频器件规模 预测（单位：亿元） . 22 图表 35：华润微 SiC 商用产线 . 22 图表 36：华润微 SiC 产品列表 . 23 图表 37：瀚天天成业务范围 . 23 图表 38：瀚天天成 3-6 英寸碳化硅晶圆 . 24 图表 39：三安集成定位 . 24 图表 40：三安集成 GaN 代工业务 . 25 图表 41：三安集成 SiC 代工业务 . 25 图表 42：三安集成第三代半导体代工产品 . 25 图表 43：重点关注公司估值（ 2020-09-28） . 26 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 4 Table_yemei 电子设备行业专题研究 1. 半导体材料 是产业发展的基石 半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料， 也 是 整个 半导体 产业 的基础 ，其具备半导体性，导电能力介于 导体 与绝缘体之间 。 图表 1： 绝缘体、半导体以及导体常见电导率范围 资料来源： 中国存储网 ，东方财富证券研究所 1.1.第一代半导体 材料 第一代半导体材料主要是指硅（ Si）、锗（ Ge）半导体材料 ， 兴起于二十世纪五十年代，带动了以集成电路为核心的微电子产业的快速发展，被广泛的应用于消费电子、通信、光伏、军事以及航空航天等多个领域。 在上世纪 90年代之前，硅材料占据了绝对主导地位，目前大多数的半导体器件及集成电路产品还是使用硅晶圆来制造，硅器件占到了全球销售的半导体产品的 95%以上。 而 世界上第一只晶体管是由锗生产出来的，相对于硅，锗最外层电子能级较高，所以具备更好的导电性能，但是相对会产生更多不必要的热量，此外硅产品具备更低的价格 以及更多的储量 ，因此 最终硅取代了锗。 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 5 Table_yemei 电子设备行业专题研究 图表 2： 硅晶圆 图表 3： 锗 晶圆 资料来源： 搜狐 ，东方财富证券研究所 资料来源： 原晶电子 ，东方财富证券研究所 1.2.第二代半导体材料 第二代半导体材料 是 以 砷化镓（ GaAs）、锑化铟（ InSb） 为主的化合物半导体 ，其主要被用于制作高频、高速以及大功率电子器件，在卫星通讯、移动通讯以及光通讯等领域有较为广泛的应用。 砷化镓和磷化铟半导体激光器成为光通信系统中的关键器件，同时砷化镓高速器件也开拓了光纤及移动通信的新产业。 图表 4： 砷化镓应用领域 资料来源： 中时新闻网 ，东方财富证券研究所 1.3.第 三 代半导体材料 性能优势明显 第三代半导体材料包括了 以 碳化硅（ SiC）、氮化镓（ GaN）为代表的宽禁2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 6 Table_yemei 电子设备行业专题研究 带化合物半导体。第一二代半导体材料 工艺已经逐渐接近物理极限，在微电子领域的摩尔定律开始逐步失效，而第三代半导体是可以超越摩尔定律的 。 相比于第一代及第二代半导体材料 ，第三代半导体材料 在高温、高耐压以及承受大电流等多个方面具备明显的优势 ，因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。 图表 5： 第三代半导体性能比较 资料来源： 搜狐 ，东方财富证券研究所 在器件的性能对比上， GaN 材料以及 SiC 材料在通态电阻以及击穿电压方面都具备较大的优势。 图表 6： GaN、 Si、 SiC 性能比较 资料来源： 中国存储网 ，东方财富证券研究所 第三代半导体材料 应用可以分为微电子以及光电子领域，具体可以细分为电力电子器件、微波射频、可见光通信、太阳能、半导体照明、紫外光存储、激光显示以及紫外探测器等领域 ，有望突破传统半导体技术的瓶颈，与第一代、第二代半导体技术互补，对节能减排、产业转型升级、催生新的经济增长点将2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 7 Table_yemei 电子设备行业专题研究 发挥重要作用。 图表 7： 第三代半导体 应用领域 资料来源： GASA，东方财富证券研究所 1.4.国家持续推出政策支持 第三代半导体 产业发展 国家对于第三代半导体产业发展提供了持续不断的政策方面的支持 ， 2016年 ，国务院推出了 国务院关于印发“十三五”国家科技创新规划的通知 ，其中首次提到要加快第三代半导体芯片技术与器件的研发； 2019 年 6 月商务部及发改委在鼓励外商投资名单中增加了支持引进 SiC 超细粉体外商企业； 2019年 11 月工信部 印发 重点新材料首批次应用示范指导目录 ，其中 GaN 单晶衬底、功率器件用 GaN 外延片、 SiC 外延片， SiC 单晶衬底等第三代半导体产品进入目录 ； 2019 年 12 月国务院在 长江三角洲区域 体化发展规划纲要 中明确要求 加快培育布局第三代半导体产业，推动制造业高质量发展。 除了行业政策推动，在财税政策方面，第三代半导体同属于集成电路产业，同样享受 国家对 集成电路企业所得税优惠政策，先后包括 2019 年 5 月财政部及税务总局印发的 关于集成电路设计和软件产业企业所得税政策的公告 ，针对 依法成立且符合条件的集成电路设计企业和软件企业，在 2018 年 12 月 31日前自 获 利年度起计算优惠期，第一年至第二年免征企业所得税，第三年至第五年按照 25%的法定税率 减 半征收企业所得税，并享受至期满为止 ；并在 2020年 7 月再次推出 新时期促进集成电路产业 和软件产业高质 量 发展的若干政策 ，对于 国家鼓励的集成电路设计 、 装备 、 材料、封装 、测试 企业和软件企业，自获 利年度起，第一年至第二年免征企业所得税，第三年至第五年按照 25%的法定税率减半征收企业所得税。 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 8 Table_yemei 电子设备行业专题研究 图表 8： 第三代半导体国家级支持政策 发布时间 发布机关 配套政策 政策内容 2020-07 国务院 新时期促进集成电 路 产业和软件产 业高 质 量 发展的若 干 政策 国家鼓励的集成电路设计、装备、材料、封装 、 测试企业和软件企业，自 获 利年度起，第一年至第二年免征企业所得税，第三年至第五年按照 25%的法定税率 或减 半征收企业所得税。 2019-12 国务院 长江三角洲区域一体化发展规划纲要 加快培育布局第三代 半导体 产业，推动制造业高质 量 发展。 2019-06 发改委、商务部 鼓励外商投资产业目录（ 2019年版） 支持引进 SiC 超细粉体 ， 高纯超细氧化铝微粉 ， 高纯氮化铝 (AlN)粉体等精密高性能陶瓷原料外资生产企业。 2019-05 财政部、税务总局 关于集成电路设计和软件产业企业所得税政策的公告 依法成立且符合条件的集成电路设计企业和软件企业，在 2018 年 12 月 31 日前自获利年度起计算优惠期，第一年至第二年免征企业所得税，第三年至第五年按照 25%的法定税率 减 半征收企业所得税，并享受至期满为止 。 2016-08 国务院 关于印发“十三五”国家科技创新规划的通知 发展微电子和光电子技术，重点加强极低功耗芯片、新型传感器 、 第三代半导体芯片和硅基光电子、混合光电子、微波光电子等技术与器件的研发。 资料来源： 前瞻产业研究院 、 GASA，东方财富证券研究所 除了国家层面的支持政策外，据 CASA 统计显示， 2019 年我国地方各级政府共计出台 32 项政策，进一步支持第三代半导体产业的发展 ，支持的方面包括集群培育、科研奖励、人才培育以及项目招商等， 2019 年各地通过政策将实质性的人、财、物资源注入，推动着各地产业集聚加速。 图表 9： 第三代半导体地方支持政策 地区 政府机构 政策 主要内容 北京 中关村科技园区 关于促进中关村顺义园第三代半导体等前沿半导体产业创新发展的若干措施 一是支持第三代半导体等先进半导体企业开展新型器件设计以及衬底、外延、器件、模组、工艺线等制造环节辅助材料和关键核心设备的研发及成果转化，进一步提升关键环节核心器件、材料和制造装备的自主可控能力 ； 二是支持企业投资新建大尺寸半导体工艺、材料、设备生产线，提高产品良率，降低工艺成本，不断提升产能。 上海 中国（上海）自由贸易试验区 中国（上海）自由贸易试验区临港新片区促进产业发展若干政策和集聚发展集成电路、人工智能、生物医药、航空航天产业若干措施 对集成电路装备及材料类企业，年度销售收入首次突破 5000 万元、1 亿元、 5 亿元、 10 亿元的，经认定后分别给予最高不超过 200 万元、 800 万元、 1200 万元、 1500 万元的一次性奖励，每上一个台阶奖励一次、实施晋档补差。 广州 广州市工业与信息化委员会 广州市加快发展集成电路产业发展的若干措施 组织实施“强芯”工程，注重内培外引、自主创新、人才集聚、融合发展，到 2022 年，争取纳入国家集成电路重大生产力布局规划，建设国内先进的晶圆生产线，引进一批、培育一批、壮大一批集成2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 9 Table_yemei 电子设备行业专题研究 电路设计、封装、测试、分析以及深耕智能传感器系统方案的企业，建成全国集成电路产业集聚区、人才汇聚地、创新示范区。 深圳 深圳市人民政府 深圳市进一步推动集成电路产业发展行动计划 提升技术水平。制造能力初步具备全球竞争力，设计水平整体进入全球领军阵营，第三代半导体技术能力对关键应用领域形成有力支撑。到 2023 年，突破一批关键核心技术，实现一批关键技术转化和批量应用。完善产业链条。先进工艺和特色工艺制造生产线完成布局，装备、材料、先进封测等上下游环节配套完善，第三代半导体中试研发和器件生产线建成，带动衬底、外延等环节加速发展，本地产业链配套和协作能力明显提升，产业链竞争力显著增强。 济南 济南市人民政府 济南支持宽禁带半导体产业加快发展的若干政策 支 持济南高新区发展宽禁带半导体产业。充分发挥济南高新区在电子信息、智能制造等方面的综合创新和产业优势，聚焦发展金刚石等宽禁带半导体材料，加强规划策划，加快引进一批宽禁带半导体芯片和功率器件等重大项目。 长沙 长沙市人民政府 长沙市加快新一代半导体和集成电路产业发展若干政策 结合长沙产业发展实际，本政策主要支持集成电路设计和设备、第三代半导体、功率半导体器件及集成电路的行业融合应用 ； 明确产业专项资金和基金，计划每年列支 3 亿元专项用于产业发展，基金规模可根据产业需求增至 100 亿元 ； 成都 成都市人民政府 成都市人民政府 办公厅关于促进电子信息产业高质量发展的实施意见 打造国内领先的化合物半导体产业链。构建基于射频微波、功率等特色领域的化合物半导体产业链。优化 GaAs/GaN 生产工艺制程，培育一批骨干设计企业，积极引进配套封测企业和设计企业，研发量产 5G 中高频芯片、器件，超前布局太赫兹芯片。加快第二、三代半导体材料生产项目建设。 资料来源： CASA，东方财富证券研究所 在十三五期间，科技部通过“国家重点研发技术”支持了超过 30 项第三代半导体相关的研发项目，通过对基础前沿技术的研究，对产业发展起到了持续助推的作用。 图表 10： 部分 “十三五”重点研发技术 实施单位 项目名称 中国科学院电工研究所 高温车用 SiC 器件及系统的基础理论与测评方法研究 北京大学 大失配、强极化第三代半导体材料体系外延生长动力学和载流子调控规律 中兴通讯 面向下一代移动通信的 GaN 基射频器件关键技术及系统应用 中国科学院半导体研究所 第三代半导体固态紫外光源材料及器件关键技术 南京大学 第三代半导体紫外探测材料及器件关键技术 苏州大学 高效大面积 OLED 照明器件制备的关键技术及生产示范 西安电子科技大学 GaN 基新型电力电子器件关键技术 中车时代 宽禁带半导体电机控制器开发和产业化 上海电驱 基于 SiC 技术的车用电机驱动系统技术开发 许继电源 基于新型电力电子器件的高性能充电系统关键技 术 资料来源： CASA，东方财富证券研究所 2019 年针对第三代半导体的产业投资金额逐年提升，根据 CASA 统计， 2019年投资金额共计 265.8 亿元，整体相比 2018 年投资金额上升 54.53%，其中 SiC项目金额 220.8 亿元，占比 83.07%， GaN 项目金额 45 亿元。 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 10 Table_yemei 电子设备行业专题研究 图表 11： 我国第三代半导体产业投资金额 资料来源： CASA，东方财富证券研究所 1.5.国内外第三代半导体产业链日益完善 第三代半导体产业链与一般半导体产业链模式相类似，一般分为衬底、外延生长、设计、制造以及封装这五个流程，同样也存在 IDM 模式，实现了设计制造的一体化。 图表 12： 第三代半导体产业链 资料来源： CASA，东方财富证券研究所 从氮化镓产业链公司来看，国外公司在技术实力以及产能上保持较大的领先 。 GaN 龙头企业以 IDM 模式为主，其中 Qorvo 拥有自身的晶圆代工厂以及封测厂，在国防以及 5G 射频芯片领域具备较大优势，在 2017 年 Qorvo 最早推出39Ghz 双通道 GaNFET， 并在 2018 年推出业内最强 GaN-on-SiC 晶体管 ； Infineon则是专注于功率半导体领域， 主要产品集中在 6 英寸 GaN 产线 上 ， 8 英寸产 线也在准备当中， 公司 是 市场上唯一可以提供氮化镓等全系列功率产品的公司。国内厂商包括苏州能华、华功半导体以及英诺赛科等 ，其中英诺赛科 建成中国首条 8 英寸硅基氮化镓外延与芯片大规模量产生产线 ， 公司 产品在 氮化镓快充0.050.0100.0150.0200.0250.02017 2018 2019SiC投资金额（亿元） GaN投资金额（亿元）