在德勤之前发布的《2020亚太四大半导体市场的崛起》报告中，我国似乎用数据之实证明了国产半导体正在逐渐崛起的事实。

亚太地区半导体市场正在全球加速崛起，5G、人工智能、大数据将成为推动市场需求的主要因素。一方面，从收入表现来看，中国大陆、日本、韩国和中国台湾，占据全球半导体总收入前六大国家/地区的四席;另一方面，从销量表现来看，亚太地区也是全球最大的半导体市场，销量占全球的60%，其中仅中国大陆市场的占比就超过30%。

众所周知，半导体制造产业链环节长，包含芯片设计、制造和封装测试环节，每一环节在国产半导体崛起之势中都不可或缺。下面不妨透过刚递表的半导体材料企业——通美晶体，来看看半导体相关企业在这一场崛起之势中究竟斩获了哪些发展利好。

前不久半导体材料龙头北京通美晶体技术股份有限公司(简称“通美晶体”)向科创板提交上市申请并获受理。该公司此次拟募资11.67亿元。其中，3.67亿元用于砷化镓半导体材料项目。项目完成后，公司或将形成年产50万片的8英寸砷化镓衬底生产能力。

1、背靠外资公司AXT，营收净利波动生长

据悉，通美晶体成立于1998年，是一家半导体材料科技企业，主要从事磷化铟衬底、砷化镓衬底、锗衬底、PBN材料及其他高纯材料的研发、生产和销售。产品可用于生产射频器件、光模块、LED、激光器、探测器、传感器、太空太阳能电池等器件，在5G通信、数据中心、新一代显示、人工智能、无人驾驶、可穿戴设备、航天等领域具有广阔的应用空间。

需要指出的是，该公司背靠纳斯达克上市公司“AXT”，此次上市发行系AXT分拆其主要资产及全部业务在科创板上市。

具体而言，通美晶体的控股股东为外资公司AXT，AXT于1998年5月在纳斯达克上市，持有公司85.51%股份。需要指出的是，AXT股权结构分散，无实际控制人，因此，通美晶体目前也无实际控制人。

虽然没有实际控制人，但AXT的发展路线还是较为清晰的——其成立于1986年，自成立起即从事III-V族化合物半导体衬底研发、生产和销售。1998年，AXT在北京设立了北京通美，逐步将其生产、研发转移至北京通美，并将化合物半导体衬底相关技术投入北京通美。

2000年，AXT先后取得了Osram、台湾联亚光电、台湾全新光电等国际大厂的订单并建立长期合作关系，并于2010年后逐步取得了国内企业的订单并建立稳定的合作关系。2013年，AXT又陆续取到新磊半导体科技(苏州)有限公司、长光华芯等中国大陆客户的订单。至2019年，其又成为京东方、华星光电、深天马等OLED企业的合格供应商，进一步扩大产品覆盖的市场领域。

2、产业化正循环，“奇点时刻”加速到来

1.发展阶段、核心驱动因素及受益环节分析

SiC、GaN 和 GaAs 处于不同发展阶段。对于 SiC 行业而言，目前整体市场规模较小，2020 年全球市场规模约 6 亿美元。

但是下游需求确定且巨大，根据 IHSMarkit 数据，受新能源汽车庞大需求的驱动以及电力设备等领域的带动，预计到 2027 年碳化硅功率器件的市场规模将超过 100 亿美 元,2020-2027年复合增速比较。

目前制约行业发展的主要成本高昂和性能可靠性。

SiC 行业一旦到达综合器件成本趋近于硅基功率器件的“奇点时刻”，行业将迎来爆发性增长。对于 GaN,根据 Grand view research 的测算及预测，2027年全球 GaN 器件市场规模预计达到 58.5 亿美元，从 2020-2027 年复合增速有望达到 19.8%，增速也较快。

而 GaAs 行业发展较为成熟，预计 2020-2025 年全球复合增速约10%-15%。

未来五年驱动 SiC、GaN 和 GaAs 行业的核心驱动因素和核心受益环节不同。

对于碳化硅行业，由于成本是制约下游采用的最重要因素，因此驱动 SiC 行业发展的最核心因素是成本的下降速度。而 GaAs 衬底和外延片制备技术相对成熟，成本趋于稳定，而需求增长点主要来源于 5G 手机射频和小基站。

因此驱动 GaAs 行业最核心因素是 5G 技术的更新及基站建设周期。对于 GaN,一方面 GaN 外延片目前成本高昂，另一方面需求主要来源于宏基站。

由于宏基站对功率器件成本相对敏感度低，因此短期驱动 GaN 行业的核心因素是 5G 的建设周期，长期来看 GaN 如果要运用于毫米波手机射频及中低压功率器件，成本相比现在也需要有很大幅度下降。

核心受益环节方面，由于目前碳化硅芯片成本结构中 60%-70%是衬底和外延片，其中衬底约占 40%-50%, 因此材料厂商是核心受益环节；而砷化镓的衬底和外延技术稳定且成本占比相对较低，但是发展模式上越来越多砷化镓射频供应商提高使用代工的比例，因此射频 IDM 厂商和砷化镓代工厂都是核心受益环节。

对于氮化镓，由于制造主要以 IDM 为主，因此核心受益环节是外延片供应商如 Sumitomo 及 IDM 厂商如 Qorvo。

3、SiC 成本高昂之源及可靠性问题

高纯度碳粉和硅粉提纯不易、晶体生长缓慢、晶体切割速度慢且良品率低共同导致碳化硅成本短期内难以快速下降。碳化硅器件制作的主要工艺流程包括单晶生长、晶片加工、外延、前道加工及后道封装。

碳化硅衬底制造的核心关键技术点包括电子级高纯粉料合成与提纯技术、数字仿真技术、单晶生长技术、单晶加工（切抛磨）技术。碳化硅衬底配方改进困难、晶体生长缓慢、成品良品率低。

具体而言：

高纯碳粉是生长高质量 SiC 晶体的基础，尤其对半绝缘型 SiC 晶体生长有至关重要的影响，涉及到制备技术、合成技术和提纯技术。其中高纯度碳粉提纯对工艺要求极高，而合成涉及到的配方技术需要长时间的摸索和积累。

数字仿真技术：单晶生长温度在 2350-2500度，由于炉内温度不可测量，通过高精度数字仿真技术可以节约大量的研发时间和成本，仿真水平的高低也直接代表单晶企业的核心技术能力

单晶生长技术：单晶生长缓慢是碳化硅衬底成本高居不下的重要原因。

目前 Cree 和国内主流厂家都采用 PVT 物理气相传输法。由于碳化硅晶体生长速度远慢于硅晶体，8 寸硅晶圆 2-3 天可以生长至 1-2 米，而碳化硅 4 寸晶圆一周只能生长 2-6cm。

影响晶体生长的一个重要因素是仔晶繁殖，仔晶是和碳化硅单晶晶体具有相同晶体结构的“种子”晶片，是晶体生长之源，晶体生长附着凝结于仔晶之上。仔晶生长是碳化硅制备的核心技术，也是评判所有碳化硅衬底企业的核心技术之一。仔晶一般不对外销售。

单晶加工技术：由于碳化硅硬度非常高且脆性高，使得打磨、切割、抛光都耗时长且良品率低。硅片切割只用几小时，而 6 寸碳化硅片切割要上百小时。

由于碳化硅功率器件主要用于汽车行业，因此对可靠性要求极高。

硅功率器件在长时间的质量测试过程中被证实可靠，但是碳化硅则无法假设这一点。 SiC 器件主要存在两个可靠性问题——栅极氧化物稳定性和阈值电压稳定性。

栅极氧化物稳定性：与功率 MOSFET 类似，SiC 器件也是垂直器件，使用与 MOSFET 相同的栅极氧化物材料（二氧化硅），但是 SiC 器件在更高的内部电场工作，因此栅极氧化物在实际工作中寿命可能缩短。

目前 SiC 中的栅极氧化问题已经被理解，TDDB(时变电介质击穿)是时效机制，目前已经已经得到很大解决。

阈值电压稳定性：MOSFET 的阈值电压会随着偏置而变化，是由偏置温度不稳定（BTI）的时效机制所引起。BTI是晶体管的退化现象。

4、预计 SiC“奇点时刻”五年之内到来

系统的角度看碳化硅具有综合成本优势。从前面分析中，碳化硅方案相比硅方案可以提高能效提升续航、减少电池容量缩减成本、降低无源器件及冷却系统体积从而缩减整体模块体积、缩减尺寸。因此从车辆总成本的角度看，碳化硅方案可以给汽车制造商带来成本收益。

随着 SiC 成本下降，碳化硅在电动车上的应用将爆发性增长。

从物料成本角度看，目前新能源电动车采用硅基方案的全车功率器件价值约 400 美元左右，我们预计目前在新能源车全碳化硅方案成本约为 1500-2000 美元，是硅基方案成本的 4-5 倍。

目前碳化硅方案成本高昂的重要原因是衬底材料成本高昂。我们以 SiC JBS（碳化硅结势垒肖特基二极管）为例，成本结构中，衬底约占 50%、外延片约占 20%、晶圆加工约占 25%、封测约占 5%。

5、未来推动碳化硅衬底成本降低的三大驱动力：

1.工艺和设备改进以加快长晶速度；

2.缺陷控制改进提升良率；

3.设计改进降低使用器件的衬底使用面积。

随着产业成熟，预计衬底价格未来五年以每年10%-15%左右的幅度下降。

因此我们预计分立器件成本每年能以10%左右价格下降。

假设未来五年碳化硅模块价格每年下降 10%，IGBT 价格每年下降 5%，电池成本每年下降 10%，中性预计全碳化硅方案相比硅方案能降低能耗 8%，仅考虑相同续航下节省的电池成本，而忽略节省的散热系统成本缩减、无源器件成本缩减以及更好能效节省的使用成本，从 2025 年开始全碳化硅方案相比硅方案就具有综合物料成本优势，开始爆发式增长。

在实现综合成本优势之前，碳化硅从售价相对高昂的车型开始被逐步采用，这部分需求也足够拉动行业快速增长。

文章来源： 钛媒体，远瞻智库