关于推动我市第三代半导体产业发展的调 研报告 为推动我市第三代半导体产业加快发展、尽快形成优 势产业集群，市委财经办组织中硅高科、麦斯克电子、鸿 泰半导体等企业进行了专题研究，并赴苏州、杭州、宁波 三市开展了专题调研。在此基础上，就我市第三代半导体 产业发展提出了工作建议，现将有关情况报告如下： 一、第三代半导体产业基本情况 （一）半导体产业总体情况。半导体是指在常温下导 电性能介于导体与绝缘体之间的材料，在集成电路、消费 电子、通信系统、大功率电源转换等领域具有广泛应用。 2021年，全球半导体市场规模达5560亿美元，同比增长 26.2%。从应用领域来看，半导体在集成电路领域市场规模 达4630亿美元，约占全球半导体市场规模的83.3%；其次分 别为光电器件、分立器件、传感器领域，市场规模分别为 434.2亿美元、303.4亿美元、191.5亿美元，占比分别为 7.8%、5.5%、3.4%。从主要消费区域来看，亚太地区约占 全球的70%，其中，中国约占全球的35%，是全球最大的半 导体单个市场；其次分别为美国、欧洲市场，分别占全球 的19%、10%。需要关注的是，中国市场仍在高速增长 ，2021年销售额突破1900亿美元，同比增长27.1%。从发展 历程来看，半导体核心材料按照历史进程可以分为以硅、 锗为代表的第一代半导体材料，重点应用在集成电路、电 子信息等领域，目前约占总体规模的85%；以砷化镓、磷化 铟为代表的第二代半导体材料，重点应用在4G时代的大部 分通信设备以及光电领域，目前约占总体规模的5%；以氮 化镓、碳化硅、氧化锌、金刚石等为代表的第三代半导体 材料，主要应用在新能源汽车、5G通信、光伏逆变器等领 域，近年来呈现高速增长态势，目前约占总体规模的10%。 （二）第三代半导体材料的优势。与前两代半导体材 料相比，第三代半导体材料的优势主要体现在4个方面：一 是应用场景广阔，性能更强。第三代半导体采用宽禁带材 料，关断时候的漏电电流更小，导通时候的导通阻抗更小 ，且寄生电容远小于硅工艺材料。在高温、大功率场景中 ，第三代半导体材料芯片的运行可靠性更强，待机时间更 长。二是能量转换效率高，功率损耗小。以新能源汽车为 例，相比用传统硅芯片（如IGBT）驱动的电动汽车，用第 三代半导体材料芯片（如特斯拉Model 3使用的碳化硅芯片 ）驱动的新能源汽车的能量耗损低5倍左右，电机控制器的 体积减少30%，续航里程能够增加5%至10%。三是可以承 受更大的功率和更高的电压。第三代半导体材料能够大幅 提高产品的功率密度，适应更高功率、更高电压、更大电 流的未来电动车的需要。四是应用范围更加广阔。第三代 半导体产业具有学科交叉性强、应用领域广、产业关联性 大等特点，在半导体照明、新一代移动通信、智能电网、 高速轨道交通、消费类电子等领域拥有广阔的应用前景 ，是支撑信息、能源、交通、国防等产业发展的重点新材 料。总的来看，采用第三代半导体材料制备的半导体器件 不仅能在更高的温度下稳定运行，还能以较少的电能消耗 获得更高的运行能力，能够满足现行5G及新能源汽车等最 新应用的需求，正在成为全球半导体产业竞争的新的战略 高地。 （三）第三代半导体产业情况。从产业链条来看。第 三代半导体产业链主要包括衬底材料的制备、外延层的生 长、器件制造以及下游应用市场。其中，衬底是所有半导 体芯片的底层材料，主要用于物理支撑、导热、导电；外 延是在衬底材料上生长出来的新半导体晶层，其中碳化硅 基氮化镓，被视为第三代半导体未来主流；器件是通过光 刻、薄膜沉积、刻蚀等复杂工艺流程在外延片上制作出设 计好的结构；下游应用市场主要是以新能源汽车、5G通讯 、光伏发电、消费类电子产品等。从国际竞争态势来看。 目前国外企业在第三代半导体材料端仍然占据显著优势。 在碳化硅市场中，美国科锐（CREE）碳化硅衬底市场占有 率达到45%，其次为日本的罗姆，国内龙头山东天岳、天科 合达合计市场占有率不到10%。在氮化镓市场中，日本住友 集团为全球第一大氮化镓衬底厂商，市场占有率为40%，美 国科锐（CREE）和威讯联合半导体（Qorvo）紧随其后 ，市场占有率分别为24%和20%，中国企业在衬底领域仍处 于起步阶段。从应用场景来看，目前碳化硅、氮化镓器件 的前三大应用领域分别为消费类电源、商业电源和新能源 汽车，占比分别为28%、26%和11%。未来相当长一段时间 内，随着制备技术进步带来的碳化硅与氮化镓器件成本持 续下降，以及800V汽车电驱系统、高压快充桩、消费电子 适配器、数据中心及通讯基站电源等细分领域市场需求持 续增加，预计第三代半导体产业将会保持高速增长。 （四）国内第三代半导体产业情况。目前我国第三代 半导体产业已经开始从“导入期”向“成长期”过渡，初步形成 了从材料、器件到应用的全产业链，但在材料、晶圆、封 装及应用等环节的核心关键技术和可靠性、一致性工程化 应用领域与国际顶尖水平还存在较大差距，部分高端产品 还是空白，高度依赖国际进口。然而，第三代半导体属于 后摩尔定律概念，对制程和设备要求相对不高，能够避免 前两代半导体发展过程中出现的发达国家通过限制光刻机 、干法刻蚀机出口而产生的“卡脖子”局面。国内产业界和专 家普遍认为在第三代半导体领域是我国摆脱集成电路被动 局面，实现芯片技术赶超和超车的良机。从区域上来看 ，目前，国内多个省市出台政策支持第三代半导体产业发 展，在京津冀、长三角、珠三角、成渝等区域已经形成了 较为成熟的产业集群。中国半导体行业协会评选的2022年 全国第三代半导体最具竞争力10大产业园区，长三角地区 3家，分别为苏州工业园、上海临港新片区、无锡国家集成 电路设计中心；泛珠三角地区2家，分别为深圳宝安区第三 代半导体IDM产业园、厦门高新区；成渝地区2家，分别为 重庆西永微电子产业园、成都高新区；京津冀地区2家，分 别为北京顺义区、河北鹿泉经济开发区；中西部地区1家 ，即西安高新区。从龙头企业来看。目前，国内第三代半 导体主要制造商共147家，主要分布在江苏、广东、北京。 碳化硅产业链相关公司共104家，其中上市公司15家，全产 业链企业（生产设备、衬底、外延、器件）有三安集成、 中电科55所、中电科13所等。氮化镓产业链相关公司有 43家，其中上市公司3家，全产业链公司仅有英诺赛科1家 。从重大项目投资来看。近年来，国内龙头企业发展态势 迅猛，在下游器件环节多个细分领域取得关键技术突破 ，已经具备了与国际龙头企业竞争的技术实力。比如，英 诺赛科建成中国首条8英寸硅基氮化镓外延与芯片大规模量 产生产线，截至目前已经实现超过1亿颗氮化镓芯片的出货 量，有望在今年实现全球出货量第一；山东天岳在半导体 绝缘型碳化硅衬底市场出货量国内第一、全球第三。 二、第三代半导体产业的发展趋势 基于第三代半导体产业特点，结合调研情况，对第三 代半导体产业未来发展趋势形成了4点判断： （一）第三代半导体产业发展呈现出明显的应用牵引 的特点，国内市场将会在相当长一段时间内保持较高增速 。主要原因有三个方面：一是第三代半导体产品在消费类 电子产品、新能源汽车、5G移动通信、高效智能电网等领 域展示出广阔的、不可替代的应用前景，预计将形成近十 万亿规模的应用市场。二是上游衬底产能持续释放且量产 技术趋于稳定，器件的产线规格尺寸更大，推动成本大幅 下降。三是目前半绝缘衬底、大尺寸碳化硅衬底、氮化镓 同质衬底、4G通信基站用氮化镓射频器件、大功率碳化硅 MOSFET器件等市场主要由国外厂商占据，随着国产企业技 术突围，进口替代空间广阔。 （二）第三代半导体是我国在半导体领域实现弯道超 车的关键赛道，将会获得国家大力支持。与前两代半导体 产业相比，第三代半导体对下游制造环节对设备的要求相 对较低，投资额相对较小，能够在一定程度上摆脱对高精 度光刻机为代表的先进加工设备的依赖，是我国在半导体 领域实现突围的关键赛道。《中国制造2025》中提出，到 2025年，第三代半导体在5G通信、高效能源管理中的国产 化率要达到50%，在新能源汽车、消费电子中要实现规模应 用，在通用照明市场渗透率要达到80%以上。此外，“十四 五”期间是我国产业升级与“双碳”政策推进的关键阶段，第 三代半导体材料是支撑制造业转型升级的重要保证，国家 先后出台了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量 发展的若干政策》、《关于促进集成电路产业和软件产业 高质量发展企业所得税政策的公告》，对于集成电路企业 给予大力政策扶持。 （三）第三代半导体产业竞争关键领域集中在上游材 料端，龙头企业呈现加速扩张态势。第三代半导体在制程 前端（材料取得、衬底、外延）环节难度较高，以碳化硅 为例，衬底和外延约占总价值的60%。近年来国内主流半导 体企业已经取得一系列技术突破，正处在调整产业布局 ，扩大产能的关键阶段。比如，三安光电在湖南布局了总 投资160亿元的碳化硅全产业链生产基地；山东天岳在上海 临港投资25亿元建设导电型衬底产业化项目，以适应未来 巨大的电动汽车、储能市场需求布局；英诺赛科苏州基地 于2021年6月份实现量产，今年以来先后在美国硅谷、比利 时鲁汶及韩国光明设立了销售和设计中心，订单需求量持 续增加，拥有进一步扩大产能的需求和意愿；露笑科技在 合肥投资100亿元建设第三代功率半导体产业园，主要建设 碳化硅晶体生长、衬底制作、外延生长的研发生产。 （四）第三代半导体呈现出器件材料一体化发展趋势 ，未来头部企业将以IDM（垂直整合制造）模式为主。 IDM模式是半导体行业的一种解决方案，指由同一家公司从 设计、制造、封装测试到销售自有品牌IC都一手包办的半 导体垂直整合型经营模式。第三代半导体产业与硅