半導體行業經過近六十年的發展，半導體材料經歷了三個時期的發展迭代。第一代半導體材料主要是指硅、鍺元素等單質半導體材料；第二代半導體材料主要是指化合物半導體材料，如砷化鎵、銻化銦；第三代半導體材料主要分為碳化硅SiC和氮化鎵GaN，相比于第一、二代半導體，其具有更高的禁帶寬度、高擊穿電壓、電導率和熱導率，在高溫、高壓、高功率和高頻領域將替代前兩代半導體材料。

在第三代半導體材料中，目前發展較為成熟的是碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN），這兩種材料是當下規?；逃米钪饕倪x擇。GaN和SiC在材料性能上各有優劣，因此在應用領域上各有側重和互補。GaN的高頻Baliga優值顯著高于SiC，因此GaN的優勢在高頻小電力領域，集中在1000V以下，例如通信基站、毫米波等 ；SiC的Keye優值顯著高于GaN，因此SiC的優勢在高溫和1200V以上的大電力領域，包括電力、高鐵、電動車、工業電機等；在中低頻、中低功率領域，GaN和SiC都可以應用，與傳統Si基器件競爭。

圖1 半導體材料發展歷程及主要特征

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1．第三代已上升到國家戰略層面，發展正當時

（1）中央政策護航產業發展

國務院、發改委、商務部、財政部、工信部、稅務總局等國家部委先后在產業發展、營商環境、稅收政策、示范應用等方面 出臺政策，進一步支持我國第三代半導體產業的發展。其中，國家級的戰略《長江三角洲區域一體化發展規劃綱要》明確要求長三角區域加快培育布局第三代半導體產業，推動制造業高質量發展。

表1 國家部委關于第三代半導體的產業政策

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（2）科技計劃推動研發持續攻關

“十三五”期間，國家科技部通過“國家重點研發計劃”共支持了第三代半導體和半導體照明相關研發項目超過 30 項，項目實施周期 3- 5 年。通過對第三代半導體基礎研究及前沿技術、重大共性關鍵技術、典型應用示范的全創新鏈支持，科技計劃對技術和產業發展起到了持續助推作用。

項目部署涵蓋電力電子、微波射頻和光電應用多個領域，緊貼產業發展實際需求和進程。在新能源汽車應用、電網應用前沿研究、光伏逆變器、小型化電源、農業應用、健康醫療應用、光通訊、紫外應用、激光應用、智慧照明等多個熱點發揮了引導作用。

表2 正在實施的第三代半導體國家重點研發計劃重點專項序號

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同時，《國家重點研發計劃重點專項2020年度項目申報指南(征31求意見稿) 》已完成征求意見工作，涉及第三代半導體的項目包括功率SiC芯片和器件在移動儲能裝置中的應用、在設施農業中紫外LED 應用模組和系統技術應用、高性能 μLED 芯片與顯示關鍵技術研究、智能新能源汽車車載控制基礎軟硬件系統關鍵技術研究等，主要為第三代半導體應用的高新領域。

2.第三代半導體駛入成長快車道，市場規模穩步增長

（1）第三代半導體市場規模穩速增長，市場空間巨大

受5G、新能源汽車、綠色照明、快充等新興領域蓬勃發展及國家政策大力扶持的雙重驅動，2019年，我國第三代半導體市場規模達到94.15億元，預計未來3年中國第三代半導體市場規模仍將保持85%以上的平均增長速度，到2022年將達到623.42億元。

從第三代半導體襯底材料市場規模來看，2019年，我國第三代半導體襯底材料市場規模達到7.86億元，同比增長31.7%?！?020“新基建”風口下第三代半導體應用發展與投資價值白皮書》認為，受下游應用釋放及國家政策大力扶持推動，我國第三代半導體襯底材料市場繼續保持高速增長。預計未來3年中國第三代半導體襯底材料市場規模仍將保持20%以上的平均增長速度，到2022年將達到15.21億元。

圖2 2017-2022年中國第三代半導體襯底及器件市場規模及預測（單位：億元）

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圖3 2017-2022年中國第三代半導體襯底及器件市場增長率及預測

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SiC/GaN襯底材料方面，2019年氮化鎵襯底已實現2-3英寸襯底小批量產業化，4英寸可提供樣品；用于電力電子器件的硅基氮化鎵外延基本實現6英寸產業化和8英寸材料的樣品研發。碳化硅襯底4英寸導電和半絕緣襯底已實現產業化，6英寸導電襯底小批量供貨，已經研制出8英寸襯底；碳化硅同質外延目前商業化的尺寸為4-6英寸等。

從第三代半導體器件市場規模來看，2019年，我國第三代半導體器件市場規模達到86.29億元，增長率達到99.7%。至2022年，第三代半導體器件市場規模將達到608.21億元，增長率達到78.4%。未來三年，SiC材料將成為IGBT和MOSFET等大功率高頻功率半導體器件的基礎材料，被廣泛用于交流電機、變頻器、照明電路、牽引傳動領域，預計到2022年SiC襯底市場規模將達到9.54億元。未來隨著5G商用的擴大，現行廠商將進一步由原先的4G設備更新至5G。5G基地臺的布建密度更甚4G，而基地臺內部使用的材料為GaN材料，預計到2022年GaN襯底市場規模將達到5.67億元。

（2）國內第三代半導體產業版圖初現

從第三代半導體產業區域布局來看，近年來全國各地布局發展第三代半導體，第三代半導體產業發展初步形成了京津冀魯、長三角、珠三角、閩三角、中西部等五大重點發展區域。北京、河北、山東、浙江、江蘇、廣東、福建、重慶、成都、陜西等省市均著手布局，并發展起多個產業集聚區，有序推動第三代半導體產業發展，包括北京順義第三代半導體創新產業集聚區、山東濟南寬禁帶半導體產業小鎮、深圳坪山第三代半導體產業集聚區等。

在5G、新能源汽車、能源互聯網、軌道交通、國防裝備等下游應用領域快速發展帶動下，從2015 年下半年至2019年底，已披露的第三代半導體項目投資總額來看，五大地區的投資額占比分別為長三角區域（43%）、中西部區域（25%）、京津冀魯區域（12%）、閩三角區域（11%）、珠三角區域（3%）。長三角地區第三代半導體產業集聚能力凸顯，投資總額 715億元，其中，2019年投資總額超過107億元。SiC 功率器件投資方向主要集中在新能源汽車領域。GaN 外延及器件投資方向主要集中在UV LED、Micro LED、5G 射頻器件等領域。

圖4 2015 年下半年-2019 年各區域項目投資分布情況

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1. 國際巨頭加速布局，競爭格局雛形

2019年全球半導體產業整體處于低迷期，但第三代半導體技術、產品、市場、投資均呈現較高增長態勢。各巨頭的戰略行動導致競爭格局逐步成型。據報道，安森美、羅姆、英飛凌、意法半導體、科銳等國際企業紛紛加強在第三代半導體領域的布局，通過調整業務領域，擴大產能供給，整合并購，增強競爭能力。全球迎來擴產熱潮，碳化硅成為巨頭布局熱點，產能大幅增加。中游企業開始提前鎖定上游材料貨源，科銳與除羅姆之外的主要半導體器件廠商都簽訂了長期供貨協議。車企牽頭，第三代半導體產品逐漸進入各汽車集團的主流供應鏈。產品供應上量，價差持續縮小，碳化硅、氮化鎵產品性價比開始凸顯，部分產品與硅產品的價差已經縮小。

整體來看，2019 年以科銳巨幅擴產為標志，國際半導體巨頭紛紛在該領域加速，一方面將推動 SiC、GaN 等材料在市場滲透加速，另一方面可以初步窺見未來幾年第三代半導體領域的競爭格局雛形。

2. 國內企業競相卡位，第三代半導體產業跑出加速度

在新基建的加持下，國內龍頭企業紛紛加強在第三代半導體領域的布局，通過調整業務領域，擴大產能供給，整合并購，增強競爭能力。

2020年3月，浙江博方嘉芯集成電路科技有限公司氮化鎵射頻及功率器件項目參與浙江嘉興南湖區一季度重大項目集中開竣工活動，4月10日正式樁基開工。該項目總投資25億元，將引進6英寸晶圓生產線兼容4英寸氮化鎵生產線設備，項目分兩期實施，預計一期明年投產；6月16日，三安光電公告宣布，將在長沙投資建設包括但不限于碳化硅等化合物第三代半導體的研發及產業化項目，包括長晶—襯底制作—外延生長—芯片制備—封裝產業鏈，投資總額160億元。7月20日，長沙三安第三代半導體項目開工。三安光電160億項目剛落地，又一個百億項目隨后而至。8月9日，露笑科技宣布，將與合肥市長豐縣人民政府在合肥市長豐縣共同投資建設第三代功率半導體（碳化硅）產業園，包括但不限于碳化硅等第三代半導體的研發及產業化項目，包括碳化硅晶體生長、襯底制作、外延生長等的研發生產，項目投資總規模預計100億元；8月17日，天科合達第三代半導體碳化硅襯底產業化基地建設項目正式開工。該項目是天科合達自籌資金建設的用于碳化硅晶體襯底研發及生產的項目，總投資約9.5億元，總建筑面積5.5萬平方米，新建一條400臺/套碳化硅單晶生長爐及其配套切、磨、拋加工設備的碳化硅襯底生產線，計劃于2022年年初完工投產，建成后可年產碳化硅襯底12萬片。

還有華潤微、賽微電子、聞泰科技、士蘭微、揚杰科技、亞光科技、聚燦光電等一眾知名上市公司亦正在布局第三代半導體產業。如華潤微正在進行氮化鎵與碳化硅器件的研發與生產，2020年7月華潤微宣布正式向市場投放1200V和650V工業級SiC肖特基二極管功率器件產品系列，同時其6英寸商用SiC晶圓生產線正式量產。

中國經濟發展面臨的內外部環境更趨復雜，經濟下行壓力持續增大。2020年年初開始的新型冠狀 病毒肺炎疫情蔓延，加大了中國經濟面臨的不確定性，2020年的經濟總體判斷“謹慎樂觀”，中國銀行預測中國經濟GDP增幅很可能會低于 6%。在此背景下，對于2020~2023年的第三代半導體產業我們總體判斷是整體向好。從終端情況看，受5G新機發布、換機需求拉動，預計2020~2023年將是消費電子大年；從云端來看，云廠商資本支出回暖，2020年數據中心等硬件業績展望相對樂觀。此外，汽車電子、物聯網領域需求有望快速成長，帶動半導體行業重回增長軌道。未來，隨著政策、技術、產品、企業、市場各要素持續大量投入，第三代半導體產業進入快速發展期。

2020 年是“十三五”和“十四五”承上啟下的關鍵時期，第三代半導體機遇與挑戰并存，盡管與國際巨頭仍有差距，但中國作為全球最大的半導體消費市場，在市場風口到來、產業火熱加碼布局等利好因素加持下，國內第三代半導體產業正在進擊前行。隨著相關企業持續擴增產能、降低生產成本、提高產品可靠性，國產第三代半導體器件在下游應用市場的滲透率將日漸提升，進一步推動國產替代進程。到2030年，我國全產業鏈達到國際先進水平，在光電子、電力電子和微波射頻等領域全面得到規?；瘧茫谌雽w器件國產化率超過70%。