2022年第三代半导体产业发展报告

目录 前言1 一、国际第三代半导体产业进展4 （一）逆全球化竞争加剧，各国强化自主发展4 （二）8英寸SiC产业化加快，制备出6英寸GaN单晶8 （三）增长超过预期，企业加速扩张19 （四）新能源汽车及储能推动产业进入高速增长期24 二、国内第三代半导体产业进展28 （一）国际封锁倒逼国产替代加速28 （二）器件装备产品进入应用32 （三）功率电子与射频产值增长11.7%43 （四）市场加速渗透，新应用逐步开启51 三、趋势与展望60 前言 2022年，全球零碳政策深入实施，清洁能源利用增加，带动第三代半导体技术和产业快速发展。为应对气候变化，控制温室气体排放，叠加欧洲能源危机，2022年，各国纷纷加快清洁能源产业发展，推动经济绿色转型发展。中国也积极推进“双碳”目标实现，不断调整产业结构，加速低碳技术应用，提升能源使用效率，加快清洁能源开发。在此过程中，第三代半导体材料和技术在功率电子装置小型化和模块化，提高能源互联网可靠性、可控性，提升电动汽车和高速轨道交通电能转换效率，降低5G基站、数据中心等能耗等方面发挥关键作用，同时绿色低碳产业发展也带动了第三代半导体技术和产业进步。 2022年，全球半导体产业终结连续高增长，进入调整周期，与此形成对比，在新能源汽车、光伏、储能等需求带动下，第三代半导体产业保持高速发展。技术方面，碳化硅（SiC）领域，8英寸衬底开始产业化；车规级SiC功率器件是开发重点，多家厂商推出大功率模组及高温封装产品；整车及零部件厂商加快采用高压（800V或1200V）SiC功率产品。氮化镓（GaN）领域，制备6英寸单晶衬底技术有新进展；小型化、高功率密度、耐辐照的GaN功率器件新品加快推出，耐压1200V的商业化产品和垂直型GaN功率器件实现小批量供货。GaN射频方面，硅基GaN射频器件出货增加，多家企业推出GaN毫米波产品。GaN光电子方面，Mini-LED量产加速，Micro-LED技术 不断进步。超宽禁带方面，氧化镓(Ga2O3)是研究热点，衬底、外延、器件及装备等各环节技术均有突破，产业化技术加快推进。设备和辅 材方面，8英寸SiC设备推出，散热辅材持续改进。市场及产业方面， 新能源汽车，光伏与储能推动产业进入高速增长期，2022年全球SiC、GaN功率半导体市场约23.7亿美元，GaN微波射频市场约为12.4亿美元。上市公司产品供不应求、订单充分饱和、企业加速产能扩张，第三代半导体业务高增长、高毛利成为业绩亮点。随着龙头企业通过联合、绑定、并购等方式积极进入，第三代半导体全球化供应链正在形成，竞争格局逐步确立，先发企业的优势进一步稳固。总体来看，国际第三代半导体产业步入快速成长期。 国内第三代半导体产业经过前期产能部署和产线建设，国产第三 代半导体产品相继开发成功并通过验证，进入产业成长期。技术方面， SiC商业化衬底外延主流仍为6英寸，8英寸处于研发和小批量试产阶段，液相法生长SiC单晶开始试生产；SiC二极管产品基本成熟，量产增加；多家企业加速推出SiCMOSFET商业化产品；国产SiC器件及模块在光伏及储能领域开始小批量应用。GaN方面，制备出6英寸GaN单晶，GaN消费电子产品价格下跌，GaN射频产品供应增加。 国产长晶、外延、工艺装备加速推出，标准生态逐步搭建。产业方面， 2022年我国第三代半导体功率电子和微波射频两个领域实现总产值 141.7亿元1，较2021年增长11.7%，产能不断释放。其中，SiC产能高速增长，GaN产能增加超30%；新增投资扩产计划较上年同比增长36.7%；资本市场活跃，并购金额超45亿元，66家企业融资超64亿元。市场方面，随着电动汽车市场快速增长，光伏、储能需求拉动， 1无特别说明，“元”均代指“人民币”。 我国第三代半导体功率电子和微波射频市场总规模达到194.2亿元， 较2021年增长34.5%，其中功率半导体市场超过105.5亿元，微波射 频市场约88.6亿元。 总体来看，我国第三代半导体产业已进入成长期，技术稳步提升，产能不断释放，国产SiC器件及模块开始“上机”，生态体系逐渐完善，自主可控能力不断增强，整体竞争实力日益提升。 一、国际第三代半导体产业进展 （一）逆全球化竞争加剧，各国强化自主发展 1.逆全球化叠加市场疲软，欧美加大对华打压 （1）半导体从全球合作走向区域分裂 发达经济体出台法案，大举投入吸引半导体产业回流，全球产业链、供应链受到冲击。2022年8月9日，美国总统拜登签署《2022 芯片与科学法案》，明确将投入520亿美元支持本土半导体生产制造。 加之此前，欧盟的430亿欧元《欧洲芯片法案》，以及日本184亿美 元半导体资金，韩国510万亿韩元（约4000亿美元，含企业投资） 的“K-半导体战略”，印度100亿美元半导体激励计划等举措，机构预 测，未来五至十年全球或将有1.5万亿美元资金投向半导体领域。巨额投资吸引产业回流，半导体产业链、供应链或从全球合作走向区域分裂。美国力邀全球半导体龙头在美建厂，并承诺提供巨大优惠政策，如Intel（200亿美元，美国俄亥俄州）、Samsung（170亿美元，德克萨斯州）、TSMC（加码至400亿美元，亚利桑那州等）、NXP（26亿美元，德克萨斯州）等先后宣布在美建厂。欧盟“芯片战略”和“2030数字罗盘”计划，目标是到本世纪20年代末，将欧洲在全球尖端半导体芯片制造比例从10%提升至20%。日本政府通过《经济安全保障推进法案》，强化对半导体、医药品等战略物资的供应链安全调查，减轻本土企业对海外供应商的依赖，同时通过“改革供应链”项目资助日本制造商将产线撤出中国(迁回本土或东南亚)。由美国挑起的逆全球化潮流，将加剧全球半导体产业供应链的分裂与混乱，也将增加半导体 企业生产经营成本和风险，掣肘全球半导体行业创新发展。 （2）市场需求疲软，产业进入调整期 2022年全球半导体市场需求疲软，产业进入调整期。在财政和 货币政策紧缩、能源格局改变、通胀攀升等多重压力下，全球经济增速急剧放缓，衰退风险日益增加。在此背景下，全球半导体行业市场需求减弱。根据Gartner预测，2022年全球半导体收入预计增长7.4%，远低于2021年的26.3%。世界半导体贸易统计协会（WSTS）数据也显示，受内存芯片市场急剧紧缩所累，2023年全球半导体市场规模将萎缩4.1%至5570亿美元。曾因“缺芯潮”和产能紧缺蔓延到产业链各环节的紧张情绪逐渐消弭，随着市场供需关系的转变，产能饱和、芯片价格下跌、市值蒸发腰斩、订单削减、营收预期下调、裁员等现象开始出现。2022年全球半导体产业进入周期性调整期。 （3）美国为首加码对华半导体打压 美国为首加码对华半导体打压。2022年7月，美国向荷兰政府施压，要求ASML在禁止向中国出售最先进的极紫外线光刻机（EUV） 基础上，将禁售范围进一步扩大到上一代技术深紫外线光刻机（DUV）。2022年8月又针对设计GAAFET（全栅场效应晶体管）结构集成电路所必须的EDA软件、金刚石和Ga2O3为代表的超宽禁带半导体材料等技术实施新的出口管制。美国《2022芯片与科技法案》除了激励本土产业之外，还禁止接受资助的公司10年内不得在中国和其他特别关切国家扩建先进制程半导体芯片。欧洲各国也跟随美国步伐封锁中国，如德国政府禁止赛微电子收购德国汽车芯片制造产线、英国强 制安世半导体至少剥离NWF86%的股权，以色列半导体公司因美国出口管制新规而丧失中国市场等。此外，美国还拉拢日韩台组建芯片联盟（CHIP4），强行捆绑和虹吸东亚半导体产业成果以打压中国大陆。美国系列举措旨在打破原有半导体制造全球分布格局，遏制中国半导体产业发展，重新形成以美国为龙头的全球格局。 2.第三代半导体相关项目支持近88亿元 项目方面，公开的第三代半导体项目支持21项。各国家和地区持续支持第三代半导体研发项目。据不完全统计，2022年美国、英国、 意大利、新加坡、日本、法国政府及公共部门在第三代半导体上新布局21个公共研发项目，涉及材料、外延、器件、系统等各环节，项目金额超12.6亿美元。支持方向上，突出8英寸SiC衬底和晶圆制造、车用800VSiC逆变器等；项目来源上，美国多来自于能源部（DOE）和国防部（DARPA）；英国则主要在研究与创新署（UKRI）支持下开展；日本通过新能源和工业技术开发组织（NEDO）部署；新加坡支 持机构为科技研究局（A*STAR）。 国家 资助机构 被支持单位 金额 项目内容 欧盟 欧盟 英国卡迪夫大学创新学院化合物半导体研究所 （ICS） 1300万英镑 支持ICS建设超净间、购买设备 英国 英国研究与创新署（UKRI） — 253.7842万英镑 P3EP项目（GaN器件预 封装项目） — 247.3万英镑 SCIENZE项目（800V SiC自动化项目） — 109.3万英镑 ASSIST项目（SiC固态 变压器项目） — 52.4万英镑 PE2M项目（快速成型的模块项目） 图表1.国际上第三代半导体相关项目支持情况 谢菲尔德大学、剑桥大 学和伦敦大学学院 1200万英镑 外延设施项目 英国研究合作投资基 金（UKRPIF）、威尔士政府 英国卡迪夫大学创新学院化合物半导体研究所 （ICS） 2930万英镑 用于支持ICS基础设施建设 英国研究合作投资基金（UKRPIF）、威尔士政府、威尔士欧洲资助办公室（WEFO）、威尔士高等教育资助委员会 （HEFCW） 英国转化研究中心 （TRH）（化合物半导体研究所（ICS）和卡迪夫催化研究所 （CCI）） 4510万英镑 — 美国 美国能源部高级能源研究计划局（ARPA- E） Transphorm — 供应基于GaN的四象限开关（FQS） 国防高级研究计划局（DARPA） Coherent — 开发相干光收发器技术 美国能源部 （DOE） 阿肯色大学 1030万美元 建立能源前沿研究中心 Ricardo、Meritor、SiliconPower、北卡罗来纳州立大学FREEDM中心、PolyCharge America — 基于800VSiC逆变器的 8级电动卡车项目 麻省理工学院 450万美元 开发基于垂直GaN超结二极管和晶体管 宾夕法尼亚州立大学 750万美元 GaN辐射效应研究 Qorvo — GaN射频计划 （STARRYNITE） MACOM — 大功率GaN45kW射频 （RF）发射机 ComEd 20万美元 提高电动汽车（EV）极速充电（XFC）的效率并 降低成本 联邦政府 GlobalFoundries 3000万美元 推动佛蒙特州伯灵顿工厂的8英寸GaN-on-Si技 术开发和生产 法国 法国政府 ZADIENTTechnologies — SiC项目 意大利 国家复兴和复原力计 划（OPENPNRR） — 3.4亿欧元 SiC衬底 意大利政府 STMicroelectronics 7.3亿欧元 SiC衬底 新加坡 新加坡科技研究局 （A*STAR）微电子研究所（IME） Toray — 开发用于SiC功率半导体的高散热胶粘片的实际应 用 日本 日本新能源和工业技术开发组织 （NEDO） ShowaDenko — 8英寸SiC晶片开发 中国台湾地区 中国台湾地区“行政院”《2022年化合物半导体科技研究发 展项目计划》 — — 8英寸SiC长晶及磊晶设备自主、8英寸SiC晶圆制造关键设备与材料自 主；完善本地供应链 数据来源：CASAResearch整理 （二）8英寸SiC产业化加快，制备出6英寸GaN单晶 1.SiC技术进展 （1）8英寸SiC晶圆量产，新工艺助力降本增效 8英寸SiC晶圆开始商业化量产。2022年4月Wolfspeed莫霍克 谷工厂8英寸SiC衬底正式投产，9月又宣布再次投资13亿美元，在北卡罗来纳州建设8英寸SiC衬底工厂；Onsemi8英寸SiC晶圆衬底样品面世，预计在2024年实现样品认证，2025年实现规模出货；Soitec发