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助力5G和电动汽车发展,第三代半导体材料市场空间有多大?核心标的有哪些?

2020-05-27 08:03 来源: 证券时报网 作者: 李志强

中国电子报报道,5月26日,北京元芯碳基集成电路研究院宣布,由该院中国科学院院士北京大学教授彭练矛和张志勇教授带领的团队,经过多年研究与实践,解决了长期困扰碳基半导体材料制备的瓶颈,如材料的纯度、密度与面积问题。他们的这项研究成果已经被收录在今年5月22日的《科学》期刊“应用物理器件科技”栏目中。

半导体原料共经历了三个发展阶段:第一阶段是以硅(Si)、锗(Ge)为代表的第一代半导体原料;第二阶段是以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等化合物为代表;第三阶段是以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、硒化锌(ZnSe)等宽带半导体原料为主。

宽禁带半导体材料又称为第三代半导体材料,是指禁带宽度在2.3eV(电子伏特)及以上的半导体材料(而硅的禁带宽度为1.12eV),其中较为典型的和成熟的包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等。

第三代半导体材料在禁带宽度、热导率、介电常数、电子漂移速度方面的特性使其适合制作高频、高功率、高温、抗辐射、高密度集成电路;其在禁带宽度方面的特性使其适合制作发光器件或光探测器等。其中碳化硅材料在功率半导体和器件工艺较为热门,氮化镓材料外延生长和光电子比重较大。第三代半导体相关专利申请自2000年以来快速增长,美国早期领衔全球专利增长,近些年我国的申请量快速增长,超越美国。

国家战略新兴产业政策中多次提到以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体器件,随着国内多家企业开始重视该领域,积极布局相关项目,我国的第三代半导体材料及器件有望实现较快发展。

市场空间有多大?

天风证券认为,碳化硅功率器件具有高频、 高效、 高温、 高压等优势,是下一代功率器件的发展方向。受高效电源、电动汽车等行业的需求驱动,碳化硅功率器件未来市场容量将以超过30%的年复合增长率发展,预计2027年市场容量达到120亿美元。

专家认为,碳化硅器件目前在价格上是硅器件的1.5-2倍左右,有望在2023-2025年左右形成竞争格局。未来5-10年,如果氮化镓在电压性能和可靠性能上能进一步的提升,那么在电动汽车动力系统领域会和碳化硅形成一定的竞争。

国泰君安认为,从全产业链角度,以5年的维度来看,第三代半导体器件和系统的成本(包括后期运行期间的能耗节省),比硅基器件和系统将会具备性价比优势,从而快速地推动行业的发展。单从材料本身的成本来讲,碳化硅氮化镓不太可能和硅片形成竞争。

兴业证券认为,光伏、半导体成长性明确,先进碳基材料渗透率有望提升。随着5G和物联网等应用快速发展,对硅晶圆整体需求快速提升,全球新一轮半导体资本开支启动,自主可控有望打开关键设备、材料端的国产替代空间。光伏和半导体产业硅片大尺寸化趋势明确,对强度、纯度、导热系数等指标提出了更高的要求,传统石墨材料安全性、经济性不足,先进碳基复合材料有望逐步对其替代,渗透率提升,成为光伏、半导体产业晶硅制造热场系统部件主流材料。

招商证券认为,氮化镓(GaN)是第三代半导体材料的典型代表,法国研究机构Yole预测,到2023年氮化镓射频器件的市场规模将达到13亿美元,复合增速为22.9%。随着第三代半导体材料的崛起,基于新材料的IGBT也将站上历史舞台。IGBT主要应用领域之一的新能源汽车也已经打开市场,未来空间巨大。碳化硅基IGBT将加速发展,建议关注第三代半导体材料与IGBT产业链。碳化硅(SiC)因其在高温、高压、高频等条件下的优异性能,在交流和直流转换器等电源转换装置中得以大量应用。目前,我国碳化硅(SiC)在高端市场领域,如智能电网、新能源汽车、军用电子系统等尚处于发展初期。根据IHS预测,到2025年,全球碳化硅功率半导体的市场规模有望达到30亿美元。

核心受益股有哪些?

中信建投认为,射频GaN在5G基站和军用雷达的应用中独具优势,快充、汽车电子、消费电子将推动功率GaN放量。GaN在电源管理、发电和功率输出方面具有明显的技术优势。在600伏特左右电压下,其在芯片面积、电路效率和开关频率方面明显优于硅,这使电源产品更为轻薄、高效。并且,GaN充电器体积小、功率高、支持PD协议,有望在未来统一笔电和手机的充电器市场,市场前景广阔。预计2024年GaN电源市场将超过3.5亿美元,CAGR达85%。国内新兴代工厂中,三安光电海特高新具有量产GaN功率器件的能力。

国金证券认为,海特高新子公司海威华芯在中国率先提供六英吋砷化镓(GaAs)集成电路的纯晶圆代工(Foundry)服务;在第三代半导体(氮化镓GaN)领域拥有国际领先、国内一流的技术;在全球氮化镓芯片专利技术属于一流梯队,公司专利总共249项,其中过半数是发明专利。可比公司为三安光电、台湾稳懋。

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国联证券建议关注三安光电(600703.SH)、扬杰科技(300373.SZ)、士兰微(600460.SH)。

其它个股方面,金博股份募投项目“先进碳基复合材料产能扩建项目”建设期2年,预计新增产能200吨/年,公司行业领先地位进一步巩固。

露笑科技:碳化硅作为第三代半导体高压领域的理想材料,市场应用空间广阔,发展势头迅猛。公司在原有蓝宝石设备长期技术积累基础上,与中科钢研合作研发碳化硅晶体生长设备,处于目前国内研发第一梯队。公司计划定增募资投资碳化硅项目,并与中科钢研、国宇中宏达成战略合作,碳化硅业务有望成为未来公司业绩增长新亮点。


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