2022年5月，富士经济对全球功率半导体市场进行了调查并公布了结果。由于电动汽车和可再生能源的普及，预计需求将增长的功率半导体市场预计将在 2030 年扩大到 53,587 亿日元，而 2022 年预计为 23,386 亿日元。

本次调查的对象是“硅功率半导体”和基于 SiC、GaN、氧化镓和金刚石的“下一代功率半导体”。我们还调查了20项“组件”和19项功率半导体“制造设备”。调查期为 2021 年 12 月至 2022 年 2 月。

2021年功率半导体市场较2020年增长20.7%，原因是中国和欧洲的5G相关领域以及汽车和电气设备领域等信息和电信设备领域的需求增加。扩张趋势在2022年将继续，但由于零部件供应短缺等问题，预计将增长11.8%至23,386亿日元。

由于电动汽车和可再生能源产品预计将在未来继续普及，预计到 2030 年将达到 53,587 亿日元。特别是中国市场作为需求领域正在扩大，中国功率半导体厂商的崛起备受关注。

在功率半导体中，下一代功率半导体有望显着增长。2030 年将超过 1 万亿日元，而 2022 年预计为 1249 亿日元。

“SiC功率半导体”、“GaN功率半导体”和“氧化镓功率半导体”被提到作为下一代功率半导体市场值得关注。在以 SiC-SBD、SiC-FET、SiC 功率模块等为目标的 SiC 功率半导体市场中，对服务器电源、太阳能发电设备、电动汽车和充电基础设施的需求将扩大。因此，预计2030年的规模将达到9694亿日元。

在 GaN 功率半导体市场，AC 适配器、服务器电源、机器人和电动汽车等应用的需求正在扩大，预计 2030 年的市场规模将达到 305 亿日元。氧化镓功率半导体的量产始于 2022 年。除了消费类设备领域，我们预计它还将用于信息和通信设备以及工业设备。汽车和电气设备领域的产品开发也在进行中。在下一代功率半导体中，据说具有高耐压、低损耗、低成本等特点。因此，预计 2030 年市场规模将达到 470 亿日元。

此外，在构成部件方面，绝缘散热基板和密封材料将带动市场。未来，烧结接头材料和氮化硅电路板的增长可期。因此，预计 2030 年的市场规模为 4994 亿日元，而 2022 年预计为 2753 亿日元。

由于 SiC 晶圆的尺寸增加到 8 英寸，预计 2022 年对制造设备的需求将增长。不过，也有人担心由于半导体短缺，交货时间会延长。预计 2030 年市场规模为 3736 亿日元，而 2022 年预计为 2085 亿日元。

日经：中国出现功率半导体热潮

中国的功率半导体产量正不断增加，新兴制造商计划兴建的工厂中，似乎逾半数都是为了生产功率半导体，虽然这有助于提升许多设备的节能表现，但若供给过剩，恐怕会压缩日本厂商的获利空间。

《日本经济新闻》报导，半导体业界团体SEMI Japan 从会员当中的制造装置制造商，整理出中国半导体工厂的全新设厂计划。在截至2022 年2 月底，SEMI Japan 会员首度进行交易的新兴制造商合计有22 家，当中有12 家的生产项目都列有功率半导体。

例如，润西微电子就计划在重庆市兴建12 吋矽晶圆的功率半导体工厂，杭州富芯半导体也研拟在浙江省杭州市兴建12 吋矽晶圆的功率半导体工厂。SEMI Japan 根据信用状的发行状况等，判断相关计画正在推动当中，且准确度都有80% 以上。

中国厂商快速投入功率半导体的生产，和中国政府自2015 年前后开始大力推动的半导体产业支援政策有关。例如 2021 年之后，由中国政府支持的「国家集成电路产业投资基金」，就成为前面提到的润西、杭州富芯两家公司的大股东。

功率半导体的细微化加工技术成熟，也是一大要素。12 家公司当中，大多采用20 年前左右就已经实用化的90 纳米制程，进入门槛较低。

不过，不少功率半导体需要有丰富电路设计及制造经验的人才。SEMI Japan 产业专家青木慎一说，由于这些厂商的母公司原本就是中坚制造商，因此可确保技术人才。加上这些业务的可行性高，使中国半导体的投资重点往功率半导体的方向转移。

日本三菱电机等业者虽然在功率半导体方面仍保有国际竞争力，但多半生产 8 吋晶圆，而中国厂商的生产主力为12 吋晶圆，每片晶圆可生产的晶片数量是8 吋晶圆的2.25 倍。

日本的半导体装置厂商销往中国市场的业绩仍畅旺，但另一方面却也帮助中国的功率半导体制造商更为茁壮，使日本面临「回力棒效应」(Boomerang Effect，行为与预期目标完全相反的现象) 的考验。

第三代半导体材料产业链分析

我国第三代半导体整体产值超7100亿元，2023年第三代半导体材料渗透率有望接近5%。从整体产值规模来看，根据CASA数据，我国第三代半导体整体产值超过7100亿。其中，半导体照明整体产值预计7013亿元，受新冠疫情影响较2019年下降7.1%；SiC、GaN电力电子产值规模达44.7亿元，同比增长54%；GaN微波射频产值达到60.8亿元，同比增长80.3%。从渗透率角度来看，根据Yole数据显示，Si仍是半导体材料主流，占比95%。第三代半导体渗透率逐年上升，SiC渗透率在2023年有望达到3.75%，GaN渗透率在2023年达到1.0%，第三代半导体渗透率总计4.75%。

第三代半导体产业链环节包括单晶衬底、外延片、器件设计、器件制造、封装测试、整机终端。与Si材料不同，SiC和GaN器件不能直接制作在单晶衬底上，必须在衬底上生长高质量外延材料，在外延层上制造各类器件。

SiC功率器件用外延片主要生长在SiC单晶衬底上。GaN器件根据其应用领域不同衬底材料主要包括蓝宝石、GaN、Si、SiC，其中蓝宝石衬底目前最大尺寸为6in（152mm），生产GaN外延片质量好，价格便宜，主要用于光电子器件中LED芯片，由于其与GaN晶格失配度较大，导电性、导热性差，无法用于射频器件；GaN单晶衬底目前量产最大尺寸为2in（50mm），外延片质量极好，但价格昂贵，目前主要用于光电子器件中激光器；Si单晶衬底是GaN功率器件最主要的衬底材料，外延片质量良好，最大应用尺寸为8in（203mm），价格便宜，是消费电子电源芯片最主要选择；SiC衬底目前国内量产尺寸为4in～6in（101mm～152mm），SiC衬底与GaN的失配小，生长的GaN外延片质量很好，同时SiC衬底热导率高，散热性能好，但价格贵，主要应用于5G基站射频前段芯片、军用雷达等领域。单晶衬底和外延片的材料制造能力、晶圆尺寸、性能参数决定了第三代半导体产业的发展水平及进程。

SiC产业链主要包含粉体、单晶材料、外延材料、芯片制备、功率器件、模块封装和应用等环节。从产业链格局来看，美国仅科锐一家公司的SiC晶圆产量就占据全球60%以上，日本和欧洲紧随其后。日本在SiC半导体设备和功率模块方面优势较大，比较典型的企业包括富士电机、三菱电机、昭和电工、罗姆半导体等。欧洲在SiC衬底、外延片等方面优势较大，典型的公司包括瑞典的Norstel、德国的英飞凌和瑞士的意法半导体。与国外企业相比，国内企业整体竞争力较弱，但在全产业链上都有所布局，且近年来的进步十分迅速。在SiC衬底方面，山东天岳、天科合达可以供应3~6英寸的单晶衬底，产能亦在不断提升；在SiC外延方面，东莞天域和瀚天天成均能够供应3~6英寸的SiC外延；在SiC器件方面，以三安光电、中电科55所和中车时代为代表的国内企业在芯片设计与制造、模块封装等方面均已有深厚的积累。

GaN产业链包括上游衬底、中游外延片、下游器件模块等环节。GaN产业，住友电工和科锐是全球GaN射频器件领域的龙头企业，市场占有率均超过30%，其次为Qorvo和MACOM。苏州纳维科技，是国内唯一一家，国际上少有的几家能批量生产2in（50mm）GaN的企业；东莞中镓，建成国内首家专业氮化镓衬底生产线，可以制备出1100μm的自支撑GaN衬底；苏州晶湛、聚能晶源均可以生产8in（203mm）硅基氮化镓外延片；世纪金光，是涵盖SiC、GaN单晶、外延、器件、模块研发设计生产销售一体的公司；润微电子收购中航微电子，拥有8in（203mm）硅基氮化镓生产线和国内首个600V/10AGaN器件产品；士兰微，拥有6in（152mm）硅基氮化镓功率器件生产线。

两种商业模式受益

目前第三代半导体主要商业模式可分为两类：IDM（垂直整合制造）模式和垂直分工模式。

IDM（Integrated Device Manufacture）模式

从设计到制造、封测以及销售自有品牌IC都一手包办的半导体公司，被称为IDM公司。国外IDM代表有：英特尔（Intel）、SK海力士、美光、NXP、英飞凌、索尼、德州仪器（TI）、三星（Samsung）、东芝（Toshiba）、意法半导体（ST）等。大陆IDM厂商主要有：华润微电子、士兰微、扬杰科技、苏州固锝、上海贝岭等。

垂直分工模式

有的半导体公司仅做IC设计，没有芯片加工厂（Fab），通常被称为Fabless，例如华为、ARM、NVIDIA和高通等。另外还有的公司只做代工，不做设计，称为代工厂（Foundry），代表企业有台积电、格罗方德、中芯国际、台联电等。

根据上述两种商业模式，现有的半导体企业可以分为IDM、Foundry、Fabless以及Fab-lite（介于IDM和Fabless之间）这四种形式。

下一代半导体：越走越“宽”还是越“窄”？

新一代半导体材料是产业变革的基石。从以硅为代表的第一代半导体材料，以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料，以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料，半导体器件的工作范围和适用场景不断拓展，为信息社会的发展提供有力支撑。

那么，真正具有技术前景的新一代半导体材料，应该具备哪些要素？

牛智川表示，评估半导体材料的发展前景时，应注重两个指标。

一是能否发展出高可控性的量产制备技术，这是判断新体系材料是否具有长期发展前景的必要前提。在面向实际应用发展的初期阶段，必须评估规模化生产平台的可行性，包括大型制造设备等，并通过小试和中试工程化考验，检验产品良率和器件性能的稳定性。

其次是技术迭代链条是否完善，这是市场化成败的必要考量。半导体技术迭代链条包括所有技术环节所需的相关支撑条件是否具备可靠来源，市场周期的波动率，用户对产品需求性价比，以及对比竞品材料的优劣等。

在具备产业化前景的基础上，该如何发挥材料自身的性质，使之转化为产业发展的动力并释放市场价值？

闫建昌表示，每一种材料都有自身的优势和局限性，要充分发挥或者挖掘其有利因素，以扬长避短。曾经业界认为氮化镓材料缺陷密度太高，不可能用来发光，但氮化镓的一些特殊机制能够绕开缺陷密度的问题，并基于自身的硬度和化学稳定性等优势弥补纯净度的不足，赢得了发展空间。

“无论氮化铝镓、氧化镓还是金刚石，在器件和产业发展上还有很大的空间。发展的基础取决于材料本身和材料制备水平，要实现更低的缺陷密度，把材料的优势和潜力充分发掘出来，这是未来超宽禁带技术和产业发展的基础。”闫建昌说。

郭辉表示，新材料的上量有一个过程，要考虑综合效益，找寻市场地位。

“在微电子领域，超宽禁带半导体主要用于功率半导体，既要考虑材料本身的制备成本和功率器件本身的成本，也要考虑器件用在系统内的成本。通过综合效益寻找市场空间，形成市场竞争力。”郭辉说。

牛智川表示，要在扎实做好实验室技术开发研究基础上，深入理解材料物性优化的基本技术方法、路径，全方位建立基础物理化学性质数据，形成从设计到器件功能实现的最佳迭代模式。在此基础上，建设中试平台，集中考验实现高良率工程化制造的技术流程、方案和规范。后续增加用户定制要求，逐步完善器件的特定功能的量产制造技术、提高迭代效率，与市场深度融合。

文章来源：中国电子报，千际咨询，半导体行业观察