集微網消息 3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》(以下簡稱《規劃綱要》)對外公布，其中“集成電路”領域，特別提到碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體的發展。

碳化硅、氮化鎵為何如此重要

第三代半導體之所以被如此重視，一方面，與其廣泛的應用范圍密不可分。

根據達摩院發布的《2021十大科技趨勢》預測的第一大趨勢是“以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體迎來應用大爆發”。達摩院指出，近年來，第三代半導體的性價比優勢逐漸顯現，正在打開應用市場：SiC元件已用作汽車逆變器，GaN快速充電器也大量上市。未來五年，基于第三代半導體材料的電子器件將廣泛應用于5G基站、新能源汽車、特高壓、數據中心等場景。

華安證券指出，由于第三代半導體材料更為優異，與國外差距相對較小，國家希望通過“十四五”規劃，把第三代半導體提升至戰略高度，第三代半導體可能成為我國半導體產業發展的彎道超車機會。國信證券也指出，第三代半導體是中國半導體領先全球的機會。

另一方面，因國內開展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比較晚，與國外相比水平較低，阻礙國內第三代半導體研究進展的重要因素是原始創新問題。此次“碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體的發展”出現在《規劃綱要》中的“加強原創性引領性科技攻關”章節。

站在風口的氮化鎵 還有哪些方面需要攻關

早在60年代氮化鎵已經應用于LED產品中，近幾年，隨著技術逐漸走向成熟，氮化鎵的應用范圍開始拓展到射頻、功率等領域，從具體下游應用看，目前氮化鎵器件已應用于5G通信基站射頻收發單元、消費類電子快速充電器、電動汽車充電機OBC等。

射頻器件方面，由于氮化鎵 GaN 材料的散熱特性、功率特性能夠較好滿足5G基站要求，且隨著GaN器件成本的下降和工藝的成熟，氮化鎵GaN材料有望成為基站PA主流材料。

功率器件方面，快充成為其最大推動力，應用于充電器領域，充電快、體積小、功率高是其最為明顯的特征。GaN充電器解決了傳統PD充電器的痛點問題，如發熱量大、散熱效果不佳等。

從目前的發展形勢來看，GaN技術相對成熟，價格也有回落；GaN充電器以其獨有的優勢受到了眾多消費者的青睞，快充市場的實現軌跡越來越明顯。

據了解，納微GaN Fast氮化鎵功率芯片已被聯想，戴爾，OPPO，小米等一線品牌客戶廣泛采用，應用于高達200W的快充充電器設計中，出貨量超過1300萬，成功實現零故障，這也反應了全球移動消費電子市場正加速采用氮化鎵芯片，實現移動設備和相關設備的快速充電。

從產業鏈角度看，根據Yole報告，氮化鎵產業鏈基本包括襯底、外延片、器件制造等環節，目前主流氮化鎵生產廠家依舊集中在歐洲國家及日本等，我國企業尚未進入供給端第一梯隊。

雖然相對落后，但目前國內還是形成了相對完整的產業鏈體系。在氮化鎵領域，從事氮化鎵單晶生長的企業，主要有蘇州納維、東莞中鎵、上海鎵特和芯元基等；從事氮化鎵外延片的國內廠商主要有三安光電、賽微電子、海陸重工等；從事氮化鎵器件的廠商主要有三安光電、聞泰科技、賽微電子、聚燦光電、乾照光電等。

氮化鎵在性能、效率、能耗、尺寸等方面較市場主流的硅功率器件均有顯著數量級的提升，但其發展也面臨著許多問題。

原材料短缺。氮化鎵是自然界沒有的物質，完全要靠人工合成。氮化鎵沒有液態，因此不能使用單晶硅生產工藝的直拉法拉出單晶，純靠氣體反應合成。由于反應時間長，速度慢，反應副產物多，設備要求苛刻，技術異常復雜，產能極低，導致氮化鎵單晶材料極其難得。

另外，目前我國對SiC晶圓的制備尚為空缺，大多數設備靠國外進口。而主流氮化鎵器件公司都采用碳化硅襯底，因為基于碳化硅襯底的氮化鎵器件比硅襯底氮化鎵器件性能更好，良率更高，更能體現氮化鎵材料優勢，但碳化硅襯底成本更高。

氮化鎵封裝成本極高。氮化鎵主要用金屬陶瓷封裝，封裝成本占到整個器件成本的三分之一到一半。盡管業界已經在嘗試純銅、塑封、空腔塑封等形式來替代金屬陶瓷封裝，但由于金屬陶瓷封裝在性能、散熱與可靠性上的優勢，仍然是氮化鎵器件的首選封裝。

據悉，具體到5G射頻領域，射頻的技術壁壘比電力電子高得多。電力電子工藝主要涉及材料、器件設計、前道工藝和后道封測。但射頻器件多了一個電磁波的技術維度，涉及射頻電路、射頻功放以及微波電子等，技術門檻更高。

“政策+資本”雙驅動 如何助推產業攻堅克難

新能源與5G通信推動第三代半導體興起，在國家政策扶持及行業巨頭的引領下，以GaN、SiC為代表的第三代半導體行業前景樂觀。

據集邦咨詢(TrendForce)指出，因疫情趨緩所帶動5G基站射頻前端、手機充電器及車用能源等需求逐步提升，預期2021年GaN通訊及功率器件營收分別為6.8億和6100萬美元，年增30.8%及90.6%，SiC器件功率領域營收可達6.8億美元，年增32%。

上海臨港新片區發布集成電路產業專項規劃(2021-2025)，規劃提出，推進6英寸、8英寸GaAs、GaN和SiC工藝線建設，面向5G、新能源汽車等應用場景，加快化合物半導體產品驗證應用。

近日，科技部、國家發展改革委、工業和信息化部等六部門印發《長三角G60科創走廊建設方案》（以下簡稱《方案》），《方案》明確，在重點領域培育一批具有國際競爭力的龍頭企業，加快培育布局量子信息、類腦芯片、第三代半導體等一批未來產業。

除了政策方面的加持，國內企業在工藝、制備設備方面也都有待進一步突破，并在批量供應方面加速布局。

海特高新2月26日在投資者互動平臺表示，公司已突破5G宏基站的射頻氮化鎵代工工藝技術，在流片工藝上，已可實現代工制造。

3月18日，從中國電子科技集團有限公司獲悉，在中國國際半導體設備與材料展上，該集團旗下電科裝備成功發布立式LPCVD（低壓化學氣相淀積）設備。作為第三代半導體關鍵制造裝備，其將為我國在第三代半導體領域快速并趕超國際先進水平提供堅實保障。

4月1日，賽微電子公告稱，與青州政府簽訂了《合作協議》，擬投資10億元建設聚能國際6-8英寸硅基氮化鎵功率器件半導體制造項目。該項目一期建成投產后將形成6-8英寸GaN芯片晶圓5000片/月的生產能力，二期建成投產后將形成6-8英寸GaN芯片晶圓12000片/月的生產能力。

公告稱，賽微下游應用端的意向需求也很強烈，公司面臨著穩定批量供應方面的巨大挑戰。同時，賽微還表示，該項目有利于公司進一步完善GaN業務的全產業鏈IDM布局，進一步加強產能保障，把握 GaN 業務發展的關鍵機遇窗口。

隨著汽車電氣化、5G通信、工業4.0市場的不斷增長，基于GaN的主流設計正漸入佳境。

3月11日，聞泰科技全資子公司安世半導體宣布與國內汽車行業龍頭企業聯合汽車電子有限公司（簡稱UAES）在功率半導體氮化鎵（GaN）領域展開深度合作，旨在滿足未來對新能源汽車電源系統不斷提升的技術需求，并共同致力于推動GaN工藝技術在中國汽車市場的研發和應用。

總結

氮化鎵擁有巨大的發展潛力巨大，在5G通信、電源等市場都有著廣闊的前景，同時，其在數據中心服務器電源、高端工業配電系統電源等領域也有著應用潛能。

頭部廠商對車規氮化鎵多處于研發階段，安世半導體正在研發用于高壓DC-DC直流轉換器、OBC等車用氮化鎵產品。氮化鎵在車規領域的應用還處于初級階段，但未來幾年預計會呈現遞進式的增長。

Omdia預測，從2019年到2024年，數據中心電源中使用的GaN功率晶體管的總體復合年增長率（CAGR）將為66.5％。對于數據中心，服務器運行所需的電能往往占據運營成本的“大頭”，如何提升能效比成為現代數據中心的關鍵課題。相對快充等體積敏感的應用領域，服務器電源將更好地發揮氮化鎵高效率、低功耗的優勢。

目前但它仍面臨著許多挑戰，需要國內產學研用等相關方面要勇于挑戰，創新合作模式，協同攻關，建立并發展好國內氮化鎵產業鏈，共同促進氮化鎵材料的發展