近日，据权威人士透露，我国正计划将大力支持第三代半导体产业发展列入正在进行的“十四五”规划，计划在2021年至2025年在教育、科研、开发、融资、应用等方面大力支持第三代半导体产业发展，以实现自主化。

“第三代半导体”这个概念可能有些陌生，但其实就在今年，两种典型的第三代半导体材料已经走进了我们的日常生活，并引起了市场的热情:

今年2月13日，小米发布了GaN充电器Type-C 65W，以体积小、效率高为卖点，发售第一天就销售一空。小鹏、当代安培科技有限公司、理想、蔚来……各种品牌的新能源汽车越来越普遍。在电动汽车的车载充电系统和主驱动系统中，碳化硅材料的应用较为普遍。

即使不知道“第三代半导体”的明确定义，从这些现象也不难知道，在面向未来的电力电子和新能源领域，氮化镓、碳化硅等具有“耐高压、耐高温、抗辐射、大功率”特性的不纯硅半导体材料正日益涌现。20世纪50年代，互联网和计算机产业方兴未艾，硅基芯片成为打开“地球村”的金钥匙。2020年，站在新的时间节点，5G、新能源、光电……成为全球关注的新趋势。市场已经敏锐地注意到，这一次，第三代半导体材料将是开启世界工业革命的关键。

第三代半导体材料市场正在蓬勃发展

今年2月13日，小米发布了GaN充电器Type-C 65W，发售首日即售罄。这可以看做是GaN充电市场被引爆的标志。随后几个月，各大厂商纷纷效仿，以“氮化镓”和“快充”等概念为卖点。

4月8日，华为发布了同样功率65W的氮化镓充电器，支持Type-C和A双口模式，可以给手机和平板充电。7月15日，OPPO发布了一款50W的迷你氮化镓充电器，厚度只有10mm，看起来就像一块“饼干”。

▲小米发布GaN充电器Type-C 65W

今年以来，新能源汽车利好政策频出，伴随而来的还有小鹏、当代安培科技、理想、蔚来等电动车品牌越来越频繁地出现在人们的视野中。另一种具有代表性的第三代半导体材料碳化硅，就乘上了这股“东风”。

碳化硅制成的汽车电子功率器件可以降低汽车充电系统和主驱动系统的能耗，与“新能源”的市场需求不谋而合。从汽车终端市场来看，预计到2022年，碳化硅的市场总容量将超过10亿美元。

除了用于制造汽车的电力电子设备，碳化硅是5G芯片最理想的衬底。近一两年，5G建设成为热潮。今年6月6日，中国铁塔副总经理张权表示，中国铁塔共建设5G基站25.8万个，共享率达到百分之九十七！从某种意义上说，碳化硅晶片是5G基站的心脏。第三代半导体材料的火爆也体现在股市上。“十四五”将重点发展第三代半导体材料的消息一出，第三代半导体市场又将火热起来。

目前，中国第三代半导体产业的建设也在不断增加。今年7月20日，投资160亿元、占地1000亩的“三安光电第三代半导体产业园”在长沙高新区开工建设。该产业园主要用于建设具有自主知识产权的碳化硅衬底、外延、芯片、封装产业生产基地，还将建设中国首条碳化硅全产业链生产线，这也意味着中国在第三代半导体材料“全自研”进程中迈出了一步。

▲三安光电股份有限公司关于签署项目投资建设合同的公告5G、智能交通、新能源成为全球发展方向，而碳化硅、氮化镓的市场潜力远未被充分挖掘。据市场分析机构赛迪顾问统计，2019年氮化镓在射频器件领域占比超过30%，氮化镓市场规模约为5.6亿美元；到2025年，氮化镓有望占到射频器件的50%以上，市场规模有望超过30亿美元。碳化硅方面，2019年全球碳化硅市场约5.4亿美元，预计2025年将达到30亿美元。汽车市场将成为碳化硅市场增长的重要驱动力。

第三代半导体材料之星:碳化硅和氮化镓

当今信息产业的基石仍然是硅基芯片。据市场分析机构前瞻产业研究院统计，硅材料占全球晶圆材料市场的95%，重要性不言而喻。

但实际上，晶体管最初并不是由硅制成的；近年来，对非硅基和不纯硅半导体材料的探索从未停止。

正如当初顺应移动通信潮流，直接带隙、光电性能优异的第二代半导体材料成为热潮；如今，宽带隙、耐高温、抗辐射、耐高压的第三代半导体材料符合5G通信、新能源、光电转换的市场需求，市场热度与日俱增。

▲三代半导体材料应用领域对比

在第三代半导体材料中，碳化硅和氮化镓技术相对成熟，成为市场布局的重点，而其余的金刚石、氧化锌、氮化铝等材料仍处于研究的初级阶段。

第三代半导体材料一般具有宽带隙(带隙Eg>2.3eV)、高击穿电场、高电子饱和速度、抗辐射等特性。其中，大于2.3eV的带隙是第三代半导体材料最典型的特性，也是碳化硅和氮化镓的某些性能优于硅材料的主要原因。

▲第三代半导体材料性能参数对比

带隙的大小主要与半导体的能带结构(即晶体结构和原子成键性质等)有关。).通常，宽带隙半导体材料比硅材料具有高得多的临界雪崩击穿电场强度和载流子饱和漂移速度，更高的热导率和相近的载流子迁移率，这意味着宽带隙半导体材料比硅材料具有更强的耐高压、热导率、热稳定性和抗辐射能力。

除了带隙之外，碳化硅和氮化镓在其他材料性质上也存在一些差异，这就导致了氮化镓和碳化硅在不同领域的应用。

具体来说，碳化硅材料具有更高的热导率，在1200V以上的高功率、高温、大功率领域具有更大的应用潜力，如智能电网、交通运输、新能源汽车、光伏、风电等领域；

氮化镓材料具有较高的电子迁移率，因此适合应用于1000V V以下的高频小功率领域，有三个应用方向，分别是射频、光电和电力电子器件。

与硅材料类似，碳化硅和氮化镓材料的产业链可以分为以下几个环节:衬底、外延片和器件制造。

第三代半导体材料对国产化很重要

目前，第三大半导体材料市场呈现出美国、日本和欧洲玩家领先的格局。以碳化硅为例，美国是世界上最大的，占全球碳化硅产量的70-80%；欧洲拥有SiC衬底、外延片、器件和应用的完整产业链，而日本在设备和模块开发方面处于领先地位。相比之下，中国的第三代半导体产业略显薄弱，在技术领先程度和市场份额方面都比较落后。

尽管如此，第三代半导体材料仍有望成为中国半导体产业链国产化的重要抓手。

一、详细研究美日欧第三代半导体产业领先的原因，离不开美日欧政府的政策推动。这些国家意识到了第三代半导体材料在通信、军工、航空空航天等领域的战略意义。，更早开始了有针对性的布局。

近年来，中国对半导体产业链的重视也有所凸显。无论是新基础设施对5G和集成电路的重视，还是两大国家基金的设立，都为芯片产业提供了土壤，也将有利于半导体材料的创新。

其次，中国虽然在第三代半导体材料布局上落后，但并未遭遇“瓶颈”。

对比国内外碳化硅晶片制造技术，2018年，国内碳化硅材料领军企业田可何达实现6英寸碳化硅晶片量产；2019年10月，美国领先的碳化硅厂商Cree已经完成了8英寸碳化硅晶圆样品的制备。相比之下，两代人的技术差距并不悬殊。

此外，中国第三代半导体器件市场有空的巨大增长，这可能成为上游材料发展的一大推动力。据市场研究机构赛迪顾问统计，2019年中国第三大半导体器件市场规模达到86.29亿元，增长率为99.7%。到2022年，中国第三大半导体器件市场规模预计将超过608.21亿元，增长率为78.4%。

消费热度的背后，是整个第三代半导体产业链上下游的正向联动。目前，我国已经形成了完整的碳化硅、氮化镓材料产业链。

例如，在碳化硅产业链中，国内的衬底厂商包括山东田玉娥和北京田可何达等。延伸参与者包括田汉天成电子科技有限公司、东莞天宇半导体等。在器件制造领域，泰科天润半导体、厦门广信润泽科技有限公司等。在氮化镓产业链方面，衬底材料厂商包括苏州那威、东莞中镓等。外延玩家有詹静半导体、江苏能化等。器件制造领域，安普半导体，海思等。

【/s2/】结语:第三代半导体材料时代来临了吗？

如前所述，硅材料约占全球晶圆材料市场的95%，而第二代和第三代半导体材料则分享剩余的5%。

随着全球通信和新兴电子技术的不断发展，第三代半导体材料的市场需求将持续增长。虽然其市场份额不足5%，但从另一个角度来看，也意味着第三大半导体材料市场是一片潜力增量巨大的蓝海空。

此外，对于整个芯片产业链来说，以硅为基础的摩尔定律是一把悬在头顶的利剑，半导体材料的创新是行业解决这一隐忧的出口之一。

对于中国来说，大力发展第三代半导体材料产业还有另一层意义。在中美贸易摩擦中，美国的一纸禁令卡住了中国芯片产业链的“咽喉”，也显示了关键技术“自主可控”的重要性。从这个角度看，第三代半导体材料的突破，可能是中国集成电路产业“弯道超车”的有力抓手。