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第三代半导体产业链

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一、半导体产业链(盘点三代半导体原材料)

半导体产业链中的三代半导体原材料盘点

半导体产业链中,原材料是产业链上游的重要组成部分,目前已经发展到第三代。每代材料之间不是完全替换的关系,也不是迭代关系,而是互补关系,它们各自拥有独特的带隙(禁带宽度)和电子迁移率,适用于不同的应用场景。

一、第一代半导体原材料

  • 主要材料:硅(Si)、锗(Ge)等单元素材料,其中硅是主流。
  • 特点

    制备工艺简单,自然界储备量大。

    应用广泛,但带隙较小,无法耐高温高压。

    硅是目前使用最多的半导体材料,约90%以上的半导体仍采用硅。

  • 应用场景:主要应用于集成电路等低压、低频、低功率器件。
  • 二、第二代半导体原材料

  • 主要材料:砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等化合物材料。
  • 特点

    工艺较成熟,拥有较好的带隙和电子迁移率。

    能耐高温,相比第一代的硅,有更好的电学和光学性能。

    但有毒性,会污染环境。

  • 应用场景

    光电子器件:光纤通信、激光器。

    太阳能电池。

    高速电子器件:高频放大器、微波器件。

    光电显示器件。

  • 三、第三代半导体原材料

  • 主要材料:碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)等宽禁带半导体材料。
  • 特点

    带隙相对较大,即禁带宽度大,耐高温、耐高压。

    拥有高热导率、高电导率。

    但制备成本较高,良品率低。

  • 应用场景

    高温、高频、抗辐射及大功率器件。

    例如:高铁、风电、光伏、新能源汽车、5G基站、卫星等领域。

  • 图片展示

    以下是三代半导体材料的一些参数对比图:

    总结

  • 第一代半导体原材料工艺简单,应用广泛,但受限于带隙小,无法耐高温高压。
  • 第二代半导体原材料工艺成熟,耐高温,有更好的电学和光学性能,但有毒性。
  • 第三代半导体原材料带隙大,耐高温、耐高压,但制备成本高,良品率低。目前正努力降低成本和提高良品率,因此受到较高关注度。
  • 随着科技的不断发展,半导体材料的应用领域将不断拓展,对原材料的需求也将持续增长。未来,三代半导体原材料将在各自擅长的领域发挥更大的作用,共同推动半导体产业链的繁荣发展。

    二、半导体板块爆发,这一产业链环节正在发生剧变

    半导体板块爆发,产业链环节正经历剧变,特别是第三代半导体材料的崛起

    5月10日,半导体板块迎来显著反弹,多家公司股价涨幅居前。而这一反弹背后,半导体产业链上的某些环节正在发生着深刻的变化,尤其是以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料的崛起,正在逐步改变整个行业的格局。

    一、摩尔定律遭遇挑战,第三代半导体应运而生

    过去几十年,芯片产业的进阶严格遵循摩尔定律,即价格维持不变,集成电路上可容纳的元件数目大约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将同步提升一倍。然而,当台积电宣布突破1nm制程时,摩尔定律在理论上已经遇到了瓶颈。若要延续这一趋势,必须在底层材料上形成突破。

    第三代半导体材料,如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN),正是在这样的背景下应运而生的。它们能够制备耐高压、高频的功率器件,其中碳化硅是综合性能最好、商品化程度最高、技术最成熟的第三代半导体材料。

    二、碳化硅的性能优势与广泛应用

    碳化硅并非原有技术的渐进改良,而是一次跳跃式升级。相同规格下,碳化硅基MOSFET的尺寸只有硅基MOSFET的1/10,导通电阻是后者的1/100,总能量损耗可降低70%。

    碳化硅的性能优势在各个新能源产业中得到了充分体现:

  • 在风力发电领域,可提高效率20%。
  • 在光伏逆变器中,可将转换效率从96%提升至99%以上,降低能量损耗超50%,提升设备循环寿命50倍。
  • 在新能源车领域,特斯拉率先在Model3的主逆变器上使用了碳化硅MOSFET功率模块,显著降低了能量损耗。
  • 此外,碳化硅还在家电、通讯、航空、高铁、工业电机等领域发挥着重要作用。

    三、碳化硅的成本问题与渗透进程

    尽管碳化硅性能优越,但其普及程度依然很低,主要原因在于成本高。高质量SiC晶体的提纯工艺要求极高,且晶体生长缓慢,切割耗时长、良率低,共同决定了碳化硅的成本刚性。

    然而,随着衬底尺寸的抬升,规模效应给成本下降带来了极大改观。晶圆从6英寸提升到8英寸,芯片数量将大幅增加,边缘浪费减少,均摊到单位芯片的成本降低。同时,碳化硅基的产品价格在过去多年已经实现了大幅下滑,未来预计将以每年约10%的速度继续下降。

    四、国内外碳化硅产业链的发展状况

    在碳化硅产业链中,衬底环节的价值量最高,约占成本的47%,因此实控权掌握在衬底供应商手中。全球范围内,Wolfspeed在衬底环节占据霸主地位,市占率高达62%。本土头部参与者主要是山东天岳和天科合达,其中山东天岳在半绝缘衬底领域的市占率有显著提升,并计划向导电型碳化硅衬底扩张。

    外延环节方面,凤凰光学通过并购普兴电子和国盛电子,掌握了8英寸硅外延工艺和技术,成为未来最有希望起势的本土碳化硅外延片生产商。

    器件端则基本全是外资的天下,CR5占据了超90%的市场。国内玩家包括比亚迪半导体、斯达半导体、中车时代电气、华润微等一众企业。其中,比亚迪半导体是全球首家也是国内唯一实现SiC三相全桥模块在电机驱动控制器中大批量装车的企业。

    五、总结与展望

    尽管中国在第三代半导体产业上暂时落后,但产业尚未成熟固化,仍有追赶的可能。背靠强大的内需市场,“以战养战”,不断向上迭代,国内外企业的差距势必会不断缩小。未来,随着碳化硅成本的进一步降低和技术的不断成熟,更多消费场景将被解锁,碳化硅器件的市场规模将持续扩大。

    天岳先进:专注于第三代半导体材料碳化硅衬底的研发、生产与销售,对合作客户恶劣行为将依法处理

    北京

    金融界12月11日消息,有投资者在互动平台向天岳先进提问:请问BYD要求供应商降价10对公司有何影响?BYD这种恶劣行为,对公司的发展已有何影响?

    公司回答表示:公司专注于第三代半导体材料碳化硅衬底的研发、生产与销售,是国内技术最全面、国际化程度最高的碳化硅衬底厂商之一,自成立以来坚持在产业链关键环节,深耕技术突破,持续建立了领先的竞争优势。随着碳化硅半导体材料在电动汽车、光伏、储能、5G等领域的广泛应用,下游应用市场持续扩大,终端对高品质、车规级产品的需求旺盛,发展前景十分广阔。依托于十几年的技术积累和产业化优势,公司在碳化硅衬底产品品质和出货量上已经具备引领行业发展的优势,在国际市场具有竞争力。另外,公司与所有客户开展的合作,遵守双方合同约定和相关法律规定,在保密范围内的信息,未经许可不得公开。公司将严格按照有关法律法规履行信息披露义务,其他信息请您以公司披露的报告为准。

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    发布人:ek4821984989 发布时间:2025-09-25