Benny 
最近，第3代半導體成為高科技領域最熱門的話題，無論歐洲、美國、韓國及中國也想在這個機會裡分一杯羹。現在所稱第三代半導體，是指氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）及金剛石等材料。今年第三代半導體的市場還在起步階段，應用場面如半導體照明、5G通信、衛星通信、光通信、電力電子、航空航太等領域。第三代半導體材料已被認為是當今電子產業發展的新動力，中國的發展如何呢？
十四五全力支持第三代半導體的產業
19屆五中全會提出「十四五規劃」，也就是2021-2025年的5年發展計劃，將投資萬億人民幣發展包括無線網路、人工智慧等技術領域，其中因應美方制裁，大陸將全力支持包含第三代半導體在內的半導體產業。
何為第三代半導體？
第三代半導體是以碳化硅、氮化鎵為主的寬禁帶半導體材料，具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度、高遷移率、可承受大功率等特點。
近期，上海臨港新片區發佈積體電路產業專項規劃提出到2025年，推進重大專案落地建設，基本形成新片區積體電路綜合性產業創新基地的基礎框架。到時產業規模突破1000億元，晶片製造、裝備材料主導地位進一步加強，晶片設計、封裝測試形成規模化集聚，打造成具有全球影響力的芯港。
規劃提出推進6英寸、8英寸GaAs、GaN和SiC工藝線建設，面向5G、新能源汽車等應用場景，加快化合物半導體產品驗證應用。
半導體材料也分別？
第一代半導體材料， 發明並實用於20世紀50年代，以硅（Si）、鍺（Ge）為代表，特別是Si，構成了一切邏輯器件的基礎。我們的CPU、GPU的算力，都離不開Si的功勞。
第二代半導體材料， 發明並實用於20世紀80年代，主要是指化合物半導體材料，以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）為代表。其中GaAs在射頻功放器件中扮演重要角色，InP在光通信器件中應用廣泛。
而第三代半導體，發明並實用於本世紀初年，湧現出了碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石（C）、氮化鋁（AlN）等具有寬禁帶（Eg＞2.3eV）特性的新興半導體材料，因此也被成為寬禁帶半導體材料。
半導體材料應用有什麼分別？
第一代半導體材料 主要用於分立器件和晶片製造。
第二代半導體材料 主要用於製作高速、高頻、大功率以及發光電子器件，也是製作高性能微波、毫米波器件的優良材料，廣泛應用在微波通信、光通信、衛星通信、光電器件、雷射器和衛星導航等領域。
第三代半導體材料 廣泛用於製作高溫、高頻、大功率和抗輻射電子器件，應用於半導體照明、5G通信、衛星通信、光通信、電力電子、航空航太等領域。第三代半導體材料已被認為是當今電子產業發展的新動力。
碳化硅及氮化鎵的用途及分別？
第三代半導體則以碳化硅以及氮化鎵為代表，由於耐高溫及耐高壓上，比起以往半導體物料在尺寸及功效上都更優越，所以更適合在現時5G的高頻通訊以及電動車充電產品。
碳化硅及氮化鎵的分別？
低功率的電源晶片是使用第一代半導體硅(Si)的MOSFET來製作，結構與製程簡單，如果要提高功率必須改用硅(Si)的IGBT來製作，結構與製程複雜。第三代半導體中，一般上使用碳化硅是為了高功率，使用氮化鎵是為了高頻率。
如果希望高功率又體積小則必須換材料，改用第三代半導體碳化硅的MOSFET來製作。
如果希望高頻率又體積小則必須換材料，改用第三代半導體氮化鎵的MOSFET來製作，提高主動元件(MOSFET)的頻率可以縮小被動元件(電容、電感)的體積。
碳化硅成本較高，主要用在光伏逆變器和電動車逆變器。特斯拉的Model 3 中的逆變器就經已使用碳化硅的相關技術，其耐熱特性，令到逆變器可以隨意放在汽車任何位置上。在電動車充電設備電壓高於600-650V大多都需要採用碳化硅。
氮化鎵應用在5G上越來越多，全球每年新建約150萬座基站，未來5G網路還將補充覆蓋區域更小、分佈更加密集的微基站，對氮化鎵器件的需求量將大幅增加。氮化鎵的成本比碳化硅低，在消費電子快充、雷達和航空電子應用中份額正在擴大。
中國第三代半導體的發展
在國家政策的大力支持下，國內第三代半導體產線陸續開通，產能不斷增加。據CASA初步統計，2019年，我國碳化硅及氮化鎵電力子和微波射頻產值超過60億元。2019年我國碳化硅、氮化鎵電力子產值規模達26億元，同比增長84%。
國內企業在襯底外延和設計製造領域都逐漸開始涉足，如氮化鎵襯底製造廠蘇州納維、東莞中鎵；氮化鎵外延製備商蘇州晶湛；GaN-on-Si製造企業英諾賽科、賽微電子(300456.SZ)；氮化鎵晶圓代工企業海特高新(002023.SZ)；GaNIDM(垂直整合製造工廠)三安光電(600703.SH)、聞泰科技(600745.SH)等。
長沙三安光電第三代半導體專案總投資160億元，主要建設具有自主知識產權的襯底(碳化硅)、外延、晶片及封裝產業生產基地。專案建成達產後將形成超百億元的產業規模，並帶動上下遊配套產業產值預計逾千億元。
2020年，深圳市同力實業山半導體產業園專案預計投資50億元，園區將集聚第三代半導體上下遊產業鏈，形成集聚發展態勢。坪山積體電路及第三代半導體產業集聚已經漸成規模，集聚了中芯國際、比亞迪、昂納科技等重點企業。
新能源汽車方面，隨著下遊特斯拉開始大量推進碳化硅解決方案，國內的廠商也快速跟進，以比亞迪(1211)為代表的整車廠商開始全方位佈局，推動第三半導體器件在汽車領域的發展。整體而言，中國第三代半導體起步比較晚，但是發展速度很快的。
克裡科技(CREE)遙遙領先
第三代半導體比的是材料製作，這是基礎工業，因此政府應該重視基礎工業：材料、機械、光學、化學等，才能提升產業競爭力，面對未來的挑戰。
這方面美國一直領先，在碳化硅材料上克裡科技更遙遙領先。新一代的碳化硅材料中市場份額高達6成。克裡科技還計劃在2024年產能提升30倍，而且再投資10億美元在氮化鎵業務。
拜登更為半導體公司提供稅務優惠，希望高端晶片製造業回流美國，克裡科技也會受惠的。雖然克裡還沒達到收支平衡，但是有美國政府支持，業務發展速度還可能更快。
除了克裡科技外，主要的市場份額被德國英飛淩(Infineon)、日本羅姆以及意法半導體(STM)佔據。
結語
今年可以說第三代半導體的元年，以碳化硅為代表開始逐漸受到市場的重視，國際上已形成完整的覆蓋材料，器件，模組和應用等環節的產業鏈，全球新一輪的產業升級已經開始。目前全球主流車廠電動車規格已經往800V快充發展，即是碳化硅將成主流。中國近年積極投資第三代半導體，雖然起步較晚，但是追趕速度很快。中國的電動車、5G市場及光伏市場發展迅速，也為第三代半導體公司提供足夠的發展空間，有望成為國產半導體替代希望。
