一、第三代半导体产业基本情况
(一)半导体产业总体情况。半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料,在集成电路、消费电子、通信系统、大功率电源转换等领域具有广泛应用。*年,全球半导体市场规模达*亿美元,同比增长*%。从应用领域来看,半导体在集成电路领域市场规模达*亿美元,约占全球半导体市场规模的*%;其次分别为光电器件、分立器件、传感器领域,市场规模分别为*亿美元、*亿美元、*亿美元,占比分别为*%、*%、*%。从主要消费区域来看,亚太地区约占全球的*%,其中,中国约占全球的*%,是全球最大的半导体单个市场;其次分别为美国、欧洲市场,分别占全球的*%、*%。需要关注的是,中国市场仍在高速增长,*年销售额突破*亿美元,同比增长*%
。从发展历程来看,半导体核心材料按照历史进程可以分为以硅、锗为代表的第一代半导体材料,重点应用在集成电路、电子信息等领域,目前约占总体规模的*%;以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料,重点应用在5G时代的大部分通信设备以及光电领域,目前约占总体规模的*%;以氮化镓、碳化硅、氧化锌、金刚石等为代表的第三代半导体材料,主要应用在新能源汽车、5G通信、光伏逆变器等领域,近年来呈现高速增长态势,目前约占总体规模的*%。
(二)第三代半导体材料的优势。与前两代半导体材料相比,第三代半导体材料的优势主要体现在*个方面:一是应用场景广阔,性能更强。第三代半导体采用宽禁带材料,关断时候的漏电电流更小,导通时候的导通阻抗更小,且寄生电容远小于硅工艺材料。在高温、大功率场景中,第三代半导体材料芯片的运行可靠性更强,待机时间更长。二是能量转换效率高,功率损耗小。以新能源汽车为例,相比用传统硅芯片(如IGBT)驱动的电动汽车,用第三代半导体材料芯片(如特斯拉Model *使用的碳化硅芯片)驱动的新能源汽车的能量耗损低*倍左右,电机控制器的体积减少*%,续航里程能够增加*%至*%。三是可以承受更大的功率和更高的电压。第三代半导体材料能够大幅提高产品的功率密度,适应更高功率、更高电压、更大电流的未来电动车的需要。四是应用范围更加广阔。第三代半导体产业具有学科交叉性强、应用领域广、产业关联性大等特点,在半导体照明、新一代移动通信、智能电网、高速轨道交通、消费类电子等领域拥
有广阔的应用前景,是支撑信息、能源、交通、国防等产业发展的重点新材料。总的来看,采用第三代半导体材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行,还能以较少的电能消耗获得更高的运行能力,能够满足现行5G及新能源汽车等最新应用的需求,正在成为全球半导体产业竞争的新的战略高地。
(三)第三代半导体产业情况。从产业链条来看。第三代半导体产业链主要包括衬底材料的制备、外延层的生长、器件制造以及下游应用市场。其中,衬底是所有半导体芯片的底层材料,主要用于物理支撑、导热、导电;外延是在衬底材料上生长出来的新半导体晶层,其中碳化硅基氮化镓,被视为第三代半导体未来主流;器件是通过光刻、薄膜沉积、刻蚀等复杂工艺流程在外延片上制作出设计好的结构;下游应用市场主要是以新能源汽车、5G通讯、光伏发电、消费类电子产品等。从国际竞争态势来看。目前国外企业在第三代半导体材料端仍然占据显著优势。在碳化硅市场中,美国科锐(CREE)碳化硅衬底市场占有率达到*%,其次为日本的罗姆,国内龙头山东天岳、天科合达合计市场占有率不到*%。在氮化镓市场中,日本住友集团为全球第一大氮化镓衬底厂商,市场占有率为*%,美国科锐(CREE)和威讯联合半导体(Qorvo)紧随其后,市场占有率分别为*%和*%
,中国企业在衬底领域仍处于起步阶段。从应用场景来看,目前碳化硅、氮化镓器件的前三大应用领域分别为消费类电源、商业电源和新能源汽车,占比分别为*%、*%和*%。未来相当长一段时间内,随着制备技术进步带来的碳化硅与氮化镓器件成本持续下降,以及*V汽车电驱系统、高压快充桩、消费电子适配器、数据中心及通讯基站电源等细分领域市场需求持续增加,预计第三代半导体产业将会保持高速增长。
(四)国内第三代半导体产业情况。目前我国第三代半导体产业已经开始从“导入期”向“成长期”过渡,初步形成了从材料、器件到应用的全产业链,但在材料、晶圆、封装及应用等环节的核心关键技术和可靠性、一致性工程化应用领域与国际顶尖水平还存在较大差距,部分高端产品还是空白,高度依赖国际进口。然而,第三代半导体属于后摩尔定律概念,对制程和设备要求相对不高,能够避免前两代半导体发展过程中出现的发达国家通过限制光刻机、干法刻蚀机出口而产生的“卡脖子”局面。国内产业界和专家普遍认为在第三代半导体领域是我国摆脱集成电路被动局面,实现芯片技术赶超和超车的良机。从区域上来看,目前,国内多个省市出台政策支持第三代半导体产业发展,在京津冀、长三角、珠三角、成渝等区域已经形成了较为成熟的产业集群。中国半导体行业协会评选的*年全国第三代半导体最具竞争力*大产业园区,长三角地区*家,分别为苏州工业园、上海临港新片区、无锡国家集成电路设计中心;泛珠三角地区*
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导体产业属于典型的技术密集型产业,能否提供协同创新的平台已经成为许多企业落地的关键考虑因素。比如,深圳、苏州均布局建设了第三代半导体产业研究院,宁波引进了复旦大学宽禁带半导体材料与器件研究所,这些创新平台已经成为区域内创新策源地。我市中硅高科拥有硅基材料制备技术国家工程研究中心和市先进硅基材料产业研究院,昊华气体建设有电子化工材料产业研究院,鸿泰半导体建有河南省功率半导体材料工程技术研究中心。建议市科技局、工信局等部门加大对相关创新平台的指导和支持力度,将其打造成为推动基础研究、应用研究和科技成果转化的综合平台,为推动产业集聚提供有力支撑。
(五)建议推动我市产业链上下游企业形成更加紧密的合作关系。一是推动产销对接合作。建议全面梳理中国空空导弹研究院、中船*所、中航锂电、银隆新能源等企业的市场需求,出台专项扶持政策支持企业采购本地企业产品,吸引第三代半导体生产企业落户。二是鼓励企业和科研院所、高校组建产业联盟,与国家层面“第三代半导体产业技术创新战略联盟”、“集成电路材料产业技术创新联盟”、“中国电子化工新材料产业联盟”等联盟建立深度合作关系,积极组织承办具有影响力的活动,提升我市在行业内知名度,同时做好招商推介。
(六)研究推动*单晶硅集团有限责任公司转型发展。洛单集团前身为*单晶硅厂,始建于*年,先后隶属第七机械工业部、冶金部、中国有色金属工业总公司、中国四佳半导体材料公司,*年*月划归河南省,成为省国资委管理的省管大型国有企业,主导产品为*—*英寸集成电路级硅单晶及硅抛光片。洛单集团是我市半导体产业龙头企业,抓好洛单集团转型发展意义重大。建议全力推动洛单集团子公司麦斯克电子重启上市。同时,在项目手续办理上为公司开辟绿色通道,加快上市步伐。