随着全球芯片产业的快速发展，代工技术的重要性与日递增

液压、齿轮、减速器、芯片、光伏等等，每个领域的国产突破，都伴随着精彩的产业故事，和波澜壮阔的投资机遇。正所谓，国产的风，正暖暖吹过。穿过芯片穿过汽车。股和基的布局，产业正轻轻说着。

未来十年，中国产业依然会有数百个，甚至上千个细分领域成为全球的No.1，在这里诞生1001个关于“国产崛起”的故事。而中国产业崛起的潮流，也并非一蹴而就。会有精彩、成功，也会有更多的坎坷、曲折。但无论如何，都值得去观察、去记录、去探索、去碰撞。

因此，远川研究所特意发起了“迎风国潮”系列活动，通过“报道与研究、线上与线下、内部与外部、案头与调研”等多种形式，邀请“企业、政府、院校、资本、观察”等多方，一起见证“国产崛起”。

前两场闭门研讨会，我们重点探讨了正迎来国产化加速期的射频芯片与这几年火热的“新能源车”行业;第三场闭门研讨会，我们将目光转向蕴藏巨大增长潜力的功率半导体行业。让我们先来梳理一下，为什么要关注功率半导体?

首先，功率半导体在当下时点具有核心地位。无论是关系制造业基石的工控，景气爆棚的新能源汽车，还是最近炒的厉害的风电，都离不开功率半导体在产品中调节电流电压，驱动整机产品完好运转。

其次，第三代半导体的使用正加速改变行业格局。相较于硅，碳化硅在高电压、高功率场景具有更好的性能表现，有望替代部分硅在电动车上的应用，提高整车性能。氮化镓则适合高频率应用，广泛应用在快充领域。性能近乎“完美”的第三类半导体也有制约其发展的因素，那就是制作难、成本高。而随着各大供应商陆续扩大产能、加快技术研发，第三代半导体将有较大的成长空间。

最后，功率半导体国产替代正迎来春天。行业未来的增量，将集中在中国。新能源车、光伏、风电等新兴领域，都是我国重点发展的产业。随着下游需求市场的持续扩大，将带动功率半导体市场产值不断增长、国产替代趋势加速前进。根据 IHS 数据，2022年中国功率半导体市场规模有望达到 182.70 亿美元，2018-2022年 CAGR 达到7.11%。

功率半导体作为上游的芯片产品，下游多路并进，景气可以称之为“继往开来”，这也是当下最值得我们关注的行业之一。

我国在第三代半导体领域与国际先进技术的差距较小，且新能源发展国际领先、有广泛的第三代半导体应用市场，因此这一赛道也被普遍认为是中国在半导体领域“换道超车”的重要机会，受到了政策的高度重视。国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要都明确指出“支持碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展”。

政府的政策鼓励、广泛的下游应用市场和国产替代机遇，让第三代半导体概念在资本市场上颇受追捧。第三代半导体板块指数(885908)在去年和今年均经历过一次大的上涨周期，涨幅接近100%;国内碳化硅外延片生产商凤凰光学去年股价最高涨幅超过3倍。

从公开消息来看，中科院旗下的研究所，已经完成了对8英寸石墨烯晶圆的研制工作。同时，国家集成电路产业也早就开始对三代半导体材料进行运用，比如，小米之前发布的氮化镓充电器，就使用到了某些第三代半导体技术。

同时，在碳化硅领域，国内有关企业已经开始向5G基站、新能源汽车、物联网领域进行摸索，以此来实现技术上的突破。

从理论上来讲，第三代半导体芯片以碳基芯片技术为主，该技术较硅基芯片具有更强大的稳定性以及散热能力。同时，碳基芯片较硅基芯片还会有低功耗、高性能的特点，能够弥补芯片由于制程工艺不足，所造成的短板。

目前，欧美国家仍在硅基半导体技术上愈行愈远，这也给予了国内“换道超车”提供了良好的先前条件。

伴随着第三代半导体技术的成熟，中企也会因此迎来的转机。更何况，在第三代半导体技术上，国内已经涌现了一批掌握核心技术的科技公司。比如，华润微、赛微电子、聚灿光电已经开始在第三代半导体领域有所建树。

华润微对于碳化硅芯片器件的开发，已经实现了650V、1200V碳化硅的JBS器件(高压结势垒肖特基二极管器件)的供应。

8月15日一期刊登封面文章，题为《中国三代半导体换道超车超越美国围堵》，全文摘编如下：

美国对中国芯片制造业进行全方位围堵。中国选择换道超车，依靠传统智慧，“他横任他横，明月照大江”，简单来说就是“你打你的，我打我的”：中国只要在其他领域找到新的增长点，即可以在其他战场上弥补损失。

因此，中国积极攻坚现时刚刚起步不久、竞争相对没那么激烈、技术差距较少的第三代半导体或芯片。第三代半导体的应用范围为新能源汽车、5G宏基站、光伏、风电、高铁、自动驾驶和射频器件，这些产业同时也是往清洁能源的经济模式发展，未来潜力巨大，发展方向理想。

现时，新兴科技产业的重要支柱为新能源汽车和光伏产业。根据中国海关总署统计，今年前7个月汽车出口额同比增长54.4%。上半年，光伏产业出口额同比增长113%。中国在第三代半导体的下游产业中已站稳脚跟，未来准备加速发力。

这源自中国独到的产业意识，既然第二代半导体存在巨大的政治及其他不确定性，那么不如另辟蹊径，向第三代半导体进发，至少在其他能追赶上国际水平的领域先追上，并大量地扩大生产，尽量做到自给率越高越好。

随着特斯拉在2020年采用第三代半导体器件，诞生20年的第三代半导体技术在近两年来有越来越热之势。究竟什么是第三代半导体?其应用主要面向哪里?未来发展趋势如何?

科闻社近期采访了业内重量级人士Brian Xie先生。以下为采访实录：

科闻社：这两年，第三代半导体的概念越来越热，我们知道您所在的企业是第三代半导体领域的重要一员，能给我们普及下什么是第三代半导体吗?

Brian Xie：第三代半导体一般指禁带宽度大于2.2eV的半导体材料，也称为宽禁带半导体材料。半导体产业发展至今经历了三个阶段，第一代半导体材料以硅为代表;第二代半导体材料砷化镓也已经广泛应用;而以氮化镓和碳化硅、氧化锌、氧化铝、金刚石等宽禁带为代表的第三代半导体材料，具有更高的禁带宽度、高击穿电压、电导率和热导率，适合于在高温、高压、高功率和高频领域的应用。事实上，第三代半导体实际是一种材料的创新。从产品创新来讲，可以有技术路线的创新、同时还有材料创新、有设计创新、制造创新等。

科闻社：这属于材料的创新，并不是我们所熟悉的类似手机产品的第一代第二代等，突出的是技术迭代。碳化硅材料具体有什么优势呢?

Brian Xie：对的，我们说的第三代半导体实际上是对材料的创新。如前所言，第三代半导体相对于之前的硅基材料，有它本身材料上的优势，但是在器件设计上面，其实它还是沿用了我们硅基产品的设计方法。比如我们说的碳化硅肖特基二极管，它在碳化硅的衬底上面使用了传统的肖特基结构，能够充分发挥出肖特基开关速度快，反向恢复损耗低的特点，同时又能突破了传统肖特基一般只能做到200V的耐压性能，能够使用在650V，1200V甚至更高的电压应用场景。

科闻社：目前，第三代半导体的应用如何?或者说在半导体市场中占有比例?

Brian Xie：就市场而言，我们预估，五年后，整个半导体，硅基还是主流，占整个市场里80%以上，碳化硅可能也就是20%。硅基，发展了五六十年的历程，它的物理特性被充分地掌握了。另外，从经济性上说，也是当前最为经济的方案，成本上最可控。碳化硅是新材料，从2000年左右正式开始商业化，到最近五年，才开始大规模商用，成本上面，我们看到最近几年有了明显的降低，但是相对于硅材料，其价格还是要高出不少。

科闻社：成本的降低，是不是要取决于大规模的应用?第三代半导体的应用方向主要在哪里?

Brian Xie：当前硅器件用已经覆盖我们生活的方方面面。第三代半导体比如碳化硅的主要需求会在汽车和新能源上面。在我们日常生活接触比较多的消费电子这一块，硅基产品以及经济性和易用性，长期会占有主要的市场，碳化硅这类器件可能会用于一些高端的对效率要求比较高的家电。目前来说碳化硅和氮化镓是应用最广泛的第三代半导体材料，但我们也不排除其他材料会得到应用。碳化硅的产品也是在特斯拉开始批量商用后才逐步被市场认可的。

科闻社：可不可以预期第三代半导体在未来的工业或者新能源应用里面成为一个潮流呢?

Brian Xie：肯定是一个主要器件，但是没有办法取代所有硅的产品。还是回到硅的技术很稳定，材料的可控性，经济性方面，包括应用性都很稳定上面。我们今天回头看，我们企业的有些器件，开发了20年、30年的产品，今天还在销售，而且销量不错。为什么客户还在用?功率器件和手机应用处理器(AP)有一个最大的不同是产品的生命周期很长，AP可能每年都会有迭代来适应手机迭代和算力提升的需求，但是功率器件使用寿命非常长，一个生命周期二十年三十年的产品非常常见的，客户也不会轻易去替换。只要保持稳定的设计，不会去更换。这与苹果手机每年都在迭代，CPU每一年都得更新，是两个概念的。

从“充电五分钟通话两小时”的65W快充发展到如今最快150W-200W，高达4000mAh的手机电池，8-10分钟就可以充满电量，可以说部分消费者使用手机的习惯已经随着快充技术的成熟彻底改变。

同样的升级也正在新能源车领域上演。近期小鹏汽车上线了S4超快充首桩，可以在小鹏G9车型上实现“充电5分钟续航200公里”的提升，还由此引发了“纯动、混动，谁是新能源车未来”的讨论。

这些变革背后，都离不开一条共同的新赛道——第三代半导体。

所谓第三代半导体，指的是以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料。与前两代半导体材料相比，其最大的优势是较宽的禁带宽度，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率的电子器件，因此在5G基站、新能源车、光伏、风电、高铁等领域有着很大应用潜力。

我国在第三代半导体领域与国际先进技术的差距较小，且新能源发展国际领先、有广泛的第三代半导体应用市场，因此这一赛道也被普遍认为是中国在半导体领域“换道超车”的重要机会，受到了政策的高度重视。国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要都明确指出“支持碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展”。

日前，英飞凌工业功率控制事业部大中华区市场推广总监陈子颖先生和英飞凌科技电源与传感事业部大中华区应用市场总监程文涛先生在媒体采访中就第三代半导体技术价值、产业发展和技术趋势进行了深入解读。

进入后摩尔时代，一方面，人类社会追求以万物互联、人工智能、大数据、智慧城市、智能交通等技术提高生活质量，发展的步伐正在加速。另一方面，通过低碳生活改善全球气候状况也越来越成为大家的共识。

目前全球能源需求的三分之一左右是用电需求，能源需求的日益增长，化石燃料资源的日渐耗竭，以及气候变化等问题，要求我们去寻找更智慧、更高效的能源生产、传输、配送、储存和使用方式。

在整个能源转换链中，第三代半导体技术的节能潜力可为实现长期的全球节能目标做出很大贡献。除此之外，宽禁带产品和解决方案有利于提高效率、提高密度、缩小尺寸、减轻重量、降低总成本，因此将在交通、数据中心、智能楼宇、家电、个人电子设备等等极为广泛的应用场景中为能效提升做出贡献。

例如在电力电子系统应用中，一直期待1200V以上耐压的高速功率器件出现，这样的器件当今非SiC MOSFET莫属。而硅MOSFET主要应用在650V以下的中低功率领域。

除高速之外，碳化硅还具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等特点，尤其适合对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件要求较高的应用。

功率密度是器件技术价值的另一个重要方面。SiC MOSFET芯片面积比IGBT小很多，譬如100A/1200V的SiC MOSFET芯片大小大约是IGBT与续流二级管之和的五分之一。因此，在高功率密度和高速电机驱动应用中，SiC MOSFET的价值能够得到很好的体现，其中包括650V SiC MOSFET。

在耐高压方面，1200V以上高压的SiC高速器件，可以通过提高系统的开关频率来提高系统性能，提高系统功率密度。这里举两个例子：

电动汽车直流充电桩的功率单元，如果采用Si MOSFET，则需要两级LLC串联，电路复杂，而如果采用SiC MOSFET，单级LLC就可以实现，从而大大提高充电桩的功率单元单机功率。

三相系统中的反激式电源，1700V SiC MOSFET也是完美的解决方案，可以比1500V硅MOSFET损耗降低50%，提高效率2.5%。

在可靠性和质量保证方面，SiC器件有平面栅和沟槽栅两种类型，英飞凌的沟槽栅SiC MOSFET能很好地规避平面栅的栅极氧化层可靠性问题，同时功率密度也更高。

正是由于SiC MOSFET这些出色的性能，其在光伏逆变器、UPS、ESS、电动汽车充电、燃料电池、电机驱动和电动汽车等领域都有相应的应用。

然而，碳化硅是否会成为通吃一切应用的终极解决方案呢?

众所周知，硅基功率半导体的代表——IGBT技术，在进一步提升性能方面遇到了一些困难。开关损耗与导通饱和压降降低相互制约，降低损耗和提升效率的空间越来越小，于是业界开始希望SiC能够成为颠覆性的技术。但是，这样的看法这不是很全面。首先，以英飞凌为代表的硅基IGBT的技术也在进步，采用微沟槽技术的TRENCHSTOP?5，IGBT7是新的里程碑，伴随着封装技术的进步，IGBT器件的性能和功率密度越来越高。同时，针对不同的应用而开发的产品，可以做一些特别的优化处理，从而提高硅器件在系统中的表现，进而提高系统性能和性价比。因此，第三代半导体的发展进程，必然是与硅器件相伴而行，在技术发展的同时，还有针对不同应用的大规模商业化价值因素的考量，期望第三代器件很快在所有应用场景中替代硅器件是不现实的。