什么是第三代半导体？

第三代半导体是指以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）、金刚石为代表的半导体材料，是5G时代的主要材料，相较于前两代半导体具有更优的性能，在多个领域有广泛应用且市场规模持续增长。

• 材料演变

  第一代：以硅（Si）和锗（Ge）为代表，目前大部分半导体基于硅基。

  第二代：以砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）为代表，是4G时代大部分通信设备的材料。

  第三代：以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）、金刚石为四大代表。相较于第一、二代半导体，第三代半导体具有更高的禁带宽度、高击穿电压、电导率和热导率，在高温、高压、高功率和高频领域将替代前两代半导体材料，还具有耐高压、耐高温、大功率、抗辐射、导电性能强、工作速度快、工作损耗低等性能优势。

• 材料分类及应用

  III族氮化物

  典型代表：GaN。

  应用：军事领域，GaN基微波功率器用于雷达、电子对抗、导弹和无线通信；民用商业领域，用于基站、卫星通信、有线电视、手机充电器等小家电。

  SiC

  应用：民用领域，用于电动汽车、消费电子、新能源、轨道交通等领域的直流、交流输变电、温度检测控制等；军用领域，用于喷气发动机、坦克发动机、舰艇发动机、风洞、航天器外壳的温度、压力测试等。

  宽禁带氧化物

  典型代表：氧化锌ZnO。

  应用：用于压力传感器、记忆存储器、柔性电子器件，目前技术和应用不成熟，主要产品有发光二极管、激光、纳米发电机、纳米线晶体管、紫外探测器等。

  金刚石

  应用：用于光电子、生物医学、航空航天、核能等领域的大功率红外激光器探测器，技术和应用还在开发中。

• 应用领域

  光电子领域：主要应用于激光显示、环境检测、紫外光源、半导体照明、可见光通信、医疗健康等。

  电力电子领域：主要应用于工业机电、新能源并网、轨道交通、电动汽车、智能电网、消费电子等。

  微波射频领域：主要是在遥感、雷达、卫星通讯、移动基站等。

• 市场规模

  SiC市场

  未来几年将受益汽车电动化、电动汽车配套设备建设、5G基站及数据中心建设。燃油车转向电动车，功率半导体用量剧增，汽车应用是功率半导体市场增长最快的细分方向，充电站、充电桩需求也将提升。

  据ResearchAndMarkets预测，到2023年，全球SiC市场的收入将达30亿美元，意味着2019 - 2023年的复合年增长率达25.4％。

  根据Yole数据，到2024年SiC功率半导体市场规模将增长至20亿美元，其中汽车市场占SiC功率半导体市场比重到2024年预计将达50%。

  GaN市场

  过去一直在国防应用中使用的基于GaN的产品现已用于有线电视传输、商业无线基础设施、电力电子和卫星市场，还被用于5G有源天线系统（AAS）和手机功率放大器（PA）等新产品中。

  Yole预测，整个GaN射频市场将实现12％复合年增长率，从2019年的7.4亿美元增长到2025年的逾20亿美元。

  综合情况

  根据Omdia的《2020年SiC和GaN功率半导体报告》，到2020年底，全球SiC和GaN功率半导体的销售收入预计8.54亿美元，未来十年的年均两位数增长率，到2029年将超过50亿美元。

• 新基建与消费电子领域的应用及市场规模

  新基建

  国内基站端建设投资力度扩大，国内需求将大于国外。2020年5G新建基站有望达到80w座以上，其中大部分将以“宏基站为主，小基站为辅”的组网方式。在射频端高频高速的背景下，第三代半导体材料的渗透率将会大幅提升。

  据Yole的预测，2023年GaN RF在基站中的市场规模将达到5.2亿美元，年复合增长率达到22.8%。未来随着GaN技术进步和规模化发展，GaN PA渗透率有望不断提升。

  消费电子

  快充市场：未来随快充需求与GaN渗透率不断提升，2022年市场规模有望达到87.74亿元。随着5G手机各类参数不断提升，内部射频、处理器、屏幕的耗电量在直线上升，电子产品对快充的需求日益提升。多家厂商发布GaN快充后，目前的售价大部分用户已经可以接受，未来渗透率有望逐步提升。

  新能源车方面：新能源汽车市场拐点已至，GaN功率器件空间可期。第三代半导体材料功率器件对于电机、电控、电池三大核心元件的效率提升具有重要意义，新能源汽车是电力电子设备市场的主要驱动力。在新能源车型中，目前混动新能源汽车占新能源汽车总量的80%以上，电机与电控是核心元器件。GaN可用于48V DC/DC电源以及OBC车载充电机。据Yole的预测，2023年该领域的市场规模将达到2500万美元。

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