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“現在的新車，只要能用碳化硅的地方，便不會再用傳統功率器件”。功率半導體大廠意法半導體（ST）曾以此言表達碳化硅于新能源汽車市場的重要性。
當下，在全球半導體行業的逆流中，第三代半導體正閃爍著獨特的光芒，作為其代表物的碳化硅和氮化鎵順勢成為耀眼的存在。在此賽道上，各方紛紛加大馬力，堅定下注，一部關于第三代半導體的爭奪劇集已經開始上演。
近日，科學技術部黨組成員、副部長相里斌在2023中關村論壇上表示，2022年在全球疫情和需求端疲軟等多重因素影響下，全球半導體產業進入下行周期。但在新能源汽車、光伏、儲能等需求帶動下，國際第三代半導體產業增長超預期，整個產業進入高速成長期。
目前，以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導體，憑借高頻、高效、耐高壓、耐高溫、抗輻射等優越的性能脫穎而出，在移動通信、新能源汽車、高速列車、智能電網、新型顯示、通信傳感等領域過得風生水起，并逐漸進入產業化加速放量階段。
碳化硅功率器件具備耐高壓、低損耗和高頻三大優勢，可以滿足高溫、高壓、大功率等條件下的應用需求，靈活應用于新能源汽車、光伏、工控等領域，其中，受益新能源汽車的持續放量，碳化硅功率器件市場正在快速增長；氮化鎵器件具備高開關頻率、耐高溫、低損耗等優勢，可以用于制作功率、射頻、光電器件，廣泛應用于5G基站、消費電子、新能源車、國防、通信等領域。
據TrendForce集邦咨詢研究統計，第三代半導體包括SiC與GaN，整體產值又以SiC占80%為重。SiC適合高壓、大電流的應用場景，能進一步提升電動汽車與再生能源設備系統效率。隨著安森美（onsemi）、英飛凌（Infineon）等與汽車、能源業者合作項目明朗化，將推動2023年整體SiC功率元件市場產值達22.8億美元，年成長41.4%。
展望未來，TrendForce集邦咨詢預期，至2026年SiC功率元件市場規模可望達53.3億美元。主流應用仍倚重電動汽車及再生能源，電動汽車產值可達39.8億美元、CAGR約38%；再生能源達4.1億美元、CAGR約19%。
而在碳化硅猛進增長的同時，長期發力于消費電子領域的氮化鎵，也已經開始向汽車、工業及數據通訊等領域邁進，其下游應用范圍正在不斷擴張。針對氮化鎵未來市場前景，業界人士認為，到2026年，氮化鎵將擁有每年130億美元的市場機會。
01新能源帶動，碳化硅產能需求大增
驅使碳化硅增長的最大功臣當屬近年來快速發展的新能源汽車。碳化硅功率器件被廣泛應用于新能源汽車中的主驅逆變器、DC/DC轉換器、充電系統中的車載充電機和充電樁等，光伏、風電等領域。
在新能源汽車應用線上，車廠為了保障后方供應穩定，與功率半導體大廠簽訂長期供應協議，而源源不斷的訂單簽約正預示著市場強勁的需求，大廠們紛紛開始啟動擴產計劃，以滿足產能需要。
今年來，英飛凌（Infineon）、Wolfspeed、安森美（onsemi）、意法半導體（ST）等大廠的布局動作仍然頻繁。
前端合作上，英飛凌與Resonac（前身為昭和電工）擴簽碳化硅供應協議，初期側重6英寸、后期將側重8英寸材料；與鴻海簽訂了一份合作備忘錄，聚焦于SiC技術在電動汽車高功率應用的使用，并計劃設立車用系統應用中心；通過與Schweizer Electronic合作，進一步提升碳化硅（SiC）芯片的效率；并與天岳先進/天科合達簽訂供貨協議，天岳先進將為英飛凌供應碳化硅襯底和晶棒，天科合達則將為英飛凌供應碳化硅晶圓和晶錠。
安森美已陸續與極氪、大眾汽車、寶馬等車廠簽署供貨協議，提供SiC功率器件產品；并與動力總成電氣化供應商緯湃科技簽訂一項價值19億美元（約17.5億歐元）的碳化硅產品10年期供應協議；與電動汽車（EV）充電解決方案供應商Kempower達成戰略協議，將為后者提供EliteSiC MOSFET和二極管，用于可擴展的EV充電樁。
意法半導體與歐陸通聯手合作，將在后者子公司上海安世博及杭州云電科技兩地分別設立針對數字電源應用的聯合開發實驗室，瞄準第三代半導體領域；與德國汽車Tier-1廠商采埃孚（ZF）共同簽訂了車用碳化硅多年采購合同，ZF將自2025年起向ST采購數千萬顆第三代SiC MOSFET器件，滿足汽車逆變器對車規級SiC器件在量和質上的需求。
而在與意法半導體達成合作之前，采埃孚剛與Wolfspeed達成戰略合作關系，雙方計劃在德國建立聯合研發中心，并且投資了Wolfspeed，為后者的SiC器件工廠建設提供支持。而Wolfspeed與梅賽德斯-奔馳達成合作，將為梅賽德斯-奔馳供應碳化硅器件。為了滿足此項大單的需要，Wolfspeed將供應梅賽德斯-奔馳的碳化硅器件選擇在位于美國北卡羅來納州達勒姆和紐約州莫霍克谷新建成的200mm工廠制造。而莫霍克谷工廠是目前全球最大的碳化硅制造工廠。
后端產能上，韓國首家擁有SiC全產業鏈的廠商SK集團旗下SK powertech位于釜山的新工廠結束試運行，將正式量產碳化硅，產能將擴大近3倍；第三代半導體龍頭Wolfspeed計劃在德國薩爾州建設世界上最大、最先進的碳化硅器件制造工廠，以支持對各種汽車、工業和能源應用不斷增長的需求；意法半導體也透露今年預計投入40億美金，用于擴產12英寸晶圓廠及擴大SiC制造能力；三菱電機將在五年內將之前宣布的投資計劃翻倍，達到約2600億日元，主要用于建設新的晶圓廠，以增加碳化硅（SiC）功率半導體的生產。
安森美半導體考慮投資20億美元擴產碳化硅芯片，據外媒引述安森美高管當時表示，公司正考慮在美國、捷克共和國或韓國進行擴張，他們的目標是到2027年占據碳化硅汽車芯片市場40%的份額。
02氮化鎵后來居上之勢將顯？
移動充電、數據中心電源、住宅太陽能逆變器和電動汽車車載充電器等應用領域對技術的采用正處于轉折點，這將導致GaN市場的動態增長。“未來GaN的全球使用量將會大大超過SiC，并且在多個領域取代SiC的應用，尤其是到了2030年?！庇w凌表示看好氮化鎵的發展。
近日，歐洲確立了一項高達6000萬歐元（約合人民幣4.55億元）的氮化鎵（GaN）科研項目，旨在建立從功率芯片到模塊的完整供應能力。而英飛凌正是其牽頭人，另有其余45家合作伙伴參與其中。
作為第三代半導體的長期耕耘者，英飛凌此前在碳化硅的布局更甚于氮化鎵，但今年3月初，英飛凌宣布收購GaN功率半導體廠商GaN Systems，火力開始分向氮化鎵，這項交易總值8.3億美元（約57.3億人民幣）。通過GaN Systems的收購，英飛凌同時擁有了硅、碳化硅和氮化鎵三種主要的功率半導體技術。業界機構表示，英飛凌此舉體現出GaN在汽車、數據中心、工業等應用領域的未來發展前景及預示著氮化鎵產業鏈競爭或將進入整合階段。
瑞典公司SweGaN也在布局氮化鎵產能。該公司正在瑞典林雪平的創新材料集群建設一個新總部，包括一個大規模的半導體生產設施。項目計劃于今年第二季度末完成，將部署創新制造工藝，以大批量生產下一代GaN-on-SiC工程外延晶圓，預計年產能將高達4萬片4/6英寸外延片。
納微半導體披露已出貨超7500萬顆高壓氮化鎵功率器件和超900萬顆碳化硅功率器件。目前其氮化鎵器件正在開發并用于千瓦級的車載充電器（OBC）和DC-DC轉換器。
同時，賽微電子、英諾賽科、三安光電等國內企業正馬不停蹄地加速布局氮化鎵和推進產品落地和商用。
賽微電子子公司微芯科技以自有資金450萬元投資璞晶科技，后者主要從事硅基電源芯片、功率器件及SiC器件業務。賽微電子表示，公司將持續布局GaN產業鏈，以參股方式建設GaN芯片制造產線，積極推動技術、工藝、產品積累，以滿足下一代功率與微波電子芯片對于大尺寸、高質量、高一致性、高可靠性GaN外延材料以及GaN芯片的需求。
今年第一季度，英諾賽科的氮化鎵芯片出貨量突破了5000萬顆（累計超1.5億顆），銷售額達1.5億，是去年同期的4倍。依靠8英寸硅基氮化鎵IDM全產業鏈的優勢，英諾賽科40V/100V/150V低壓平臺已實現全面升級，40雙向導通產品、100V半橋驅動合封產品等多系列產品相繼發布。英諾賽科是全球唯一一家8英寸硅基氮化鎵IDM廠商，當前產能可達到每月10000片。據悉，英諾賽科氮化鎵已被國內頭部車企率先用于車載激光雷達產品上，已實現量產。
近年來，迫切掌握核心關鍵技術和實現自主可控已成為大家奮斗的共識。隨著國際間產業競爭加劇，第三代半導體成為加速國產替代化的關鍵一環，國家“十四五”研發計劃明確表示將大力支持第三代半導體產業的發展。
第三代半導體是支撐多個產業自主創新發展和轉型升級的重點核心材料和電子元器件，包括新一代移動通信、新能源汽車、高速軌道列車、能源互聯網等。業內表示，國內在半導體領域需求龐大，市場潛力充足，可以通過技術迭代以及產能擴張，在第三代半導體領域形成優勢。
自第三代半導體被重點關注以來，有關產業鏈的項目遍地開花。據全球半導體觀察不完全統計，今年有關第三代半導體（SiC/GaN）的項近30個，項目接連完成簽約、開工、投產等環節，涵蓋東科半導體、中國電科、天科合達、天域半導體、揚杰科技、基本半導體等企業。
在已披露投資金額的項目中，投資額最高的項目是廣東天域半導體股份有限公司總部、生產制造中心和研發中心建設項目，投資額為80億元，其次分別是投資額為44億元的廣東光大第三代半導體科研制造中心1區（松山湖）項目，以及超過30億元的中國電科射頻集成電路產業化項目。項目更多細節如下圖：
△全球半導體觀察根據公開信息不完全統計
如今，碳化硅正高速發展，氮化鎵正加速追上，第三代半導體賽道上熱鬧非凡，上述廠商的共同目標無非是想要在市場上占據一席之地，無論采取的是稍顯激進的方式還是保穩的步伐，都將助力第三代半導體在半導體下行周期中逆流而上。
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