我國發(fā)展化合物半導體產(chǎn)業(yè)正當時

    化合物半導體是區(qū)別于硅(Si)和鍺(Ge)等傳統(tǒng)單質的一類半導體材料，主要包括砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、氮化鎵(GaN)、碳化硅 (SiC)、氧化鋅(ZnO)等。相對于硅材料，化合物半導體性能更加優(yōu)異，制作出的器件相對于硅器件具有更優(yōu)異的光電性能、高速、高頻、大功率、耐高溫 和高輻射等特征。

    化合物半導體成為集成電路產(chǎn)業(yè)新關注點

    集成電路產(chǎn)業(yè)深刻變革驅動化合物半導體市場發(fā)展。一是集成電路產(chǎn)業(yè)遵循“摩爾定律”演進趨緩，以新材料、新結構以及新工藝為特征的“超越摩爾定律”成為產(chǎn)業(yè) 新的發(fā)展重心。二是曾經(jīng)驅動集成電路市場高速增長的PC和智能手機市場疲軟，未來5G和物聯(lián)網(wǎng)將成為新風口。三是全球能源和環(huán)境危機突出，能源利用趨向低 功耗和精細管理。化合物半導體作為新材料和新器件，在微波通信器件、光電子器件和功率器件中有著同類硅器件所不具備的優(yōu)異性能，將在以上應用領域得到廣泛 應用。

    國內外圍繞化合物半導體的并購案頻發(fā)。近年來，國際巨頭企業(yè)紛紛圍繞化合物半導體展開并購，2014年8月，功率半導體領導者德國 英飛凌公司以30億美元收購美國國際整流器公司(IR)，取得了其硅基GaN功率半導體制造技術;同年9月，設計和制造GaAs和GaN射頻芯片的 RFMD公司和TriQuint公司宣布合并為新的RF解決方案公司Qorvo。國內企業(yè)和資本也圍繞化合物半導體產(chǎn)業(yè)展開收購。

    國家 “大基金”投資三安光電布局化合物半導體。2015年6月，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金(“大基金”)投資48.39億元入股三安光電，推動三安光電下屬三 安集成電路公司圍繞GaAs和GaN代工制造，開展境內外并購、新技術研發(fā)、新建生產(chǎn)線等業(yè)務。同時，國家開發(fā)銀行也以最優(yōu)惠利率向三安提供200億元貸款。

    2016年2月，泉州市政府、“大基金”、華芯投資、三安集團等在晉江市合資成立安芯基金，基金目標規(guī)模500億元，首期出資規(guī)模75.1億元，將主要投向III-V族化合物集成電路產(chǎn)業(yè)。

    全球化合物半導體產(chǎn)業(yè)市場空間廣闊

    GaAs 器件GaAs微波通信器件在移動終端的無線PA和射頻開關器領域占主導地位，未來高集成度和低成本制造將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，在無線通信、消費電子、汽車電 子、物聯(lián)網(wǎng)等應用領域將得到廣泛應用。同時，GaAs基材料有望在集成電路10nm以下制程以及未來的光互連芯片中得到應用。

    2015年 全球GaAs微波通信器件市場規(guī)模達到86億美元，超過60%的市場份額集中于Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago三大巨 頭，2020年，市場規(guī)模預計將突破130億美元。GaAs產(chǎn)業(yè)代工制造模式逐漸興起，我國臺灣穩(wěn)懋、宏捷、環(huán)宇是主要的代工企業(yè)。

    GaN器件基于GaN的藍綠光LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟，微波通信器件和電力電子器件產(chǎn)品尚未在民用領域廣泛應用。藍寶石基GaN技術最成熟，Si基GaN可實現(xiàn)高集成性和低成本，目前Si基GaN技術以6英寸為主流。

    全球GaN微波通信器件和電力電子器件的產(chǎn)值還很低，只有幾億美元，隨著技術水平的進步，2020年產(chǎn)值有望達到15億美元。英飛凌、富士、東芝、松下等大 企業(yè)紛紛投巨資進軍GaN領域。新進入的小企業(yè)也有很多，如加拿大的GaN Systems、美國的EPC等公司都已經(jīng)量產(chǎn)GaN產(chǎn)品。未來在新能源、智能電網(wǎng)、信息通信設備和消費電子領域將得到廣泛應用。

    SiC 器件SiC單晶襯底制造以4英寸為主流，并正向6英寸過渡，同時8英寸也已經(jīng)問世。產(chǎn)品主要以電力電子器件為主，SiC-SBD(肖特基二極管)技術成 熟，已開始在光伏發(fā)電等領域替代Si器件，SiC-MOSFET性能突出，可大幅降低模組中電容電感的用量，降低功率模組成本。SiC-IGBT未來將憑 借其優(yōu)異的性能在大型輪船引擎、智能電網(wǎng)、高鐵和風力發(fā)電等大功率領域得到應用。

    2015年，全球SiC電力電子器件市場規(guī)模達到近 1.5億美元，預計2020年將達到10億美元。SiC襯底的主要供應商有科銳、Rohm/SiCrystal和II-VI等，其中科銳公司占據(jù)了SiC 襯底90%的供應量。SiC器件市場，科銳和英飛凌/IR兩家巨頭占據(jù)了70%的市場份額。SiC電力電子器件在低電壓產(chǎn)品領域將面對GaN器件的激烈競 爭，在PFC、UPS、消費電子和電動汽車等900V以下的應用領域，低成本的GaN器件將占據(jù)主要市場，SiC器件未來主要面向1200V以上的市場。

    我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨重大機遇

    《中國制造2025》為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供政策支持。2015年5月，國務院發(fā)布《中國制造2025》。新材料在《〈中國制造2025〉重點領域技術路線圖》中是十大重點領域之一，其中化合物半導體中的第三代半導體被納入關鍵戰(zhàn)略材料發(fā)展重點。

    集成電路高速發(fā)展為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術支撐。我國集成電路正處于大發(fā)展時期，可為化合物半導體產(chǎn)業(yè)提供先進技術支撐。如GaAs或GaN單片微波集成電路的設 計和仿真技術、化合物半導體制造工藝和生產(chǎn)線的建設技術、先進封裝和測試技術、光刻機和CVD等通用設備的制造技術、以及大尺寸硅單晶襯底和光刻膠等通用 配套材料的制備技術。

    重點應用領域和國產(chǎn)化替代需求為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供巨大市場。我國的光伏、風能、4G/5G移動通信、高速鐵路、電動汽 車、智能電網(wǎng)、大數(shù)據(jù)/云計算中心、半導體照明等產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，是化合物半導體大顯身手的應用領域，如4G/5G通信基站和終端使用的GaAs或 GaN微波射頻器件和模塊，高速鐵路使用的SiC基牽引傳動系統(tǒng)，光伏電站、風能電場和電動汽車使用的GaN或SiC電能逆變器或轉換器，智能電網(wǎng)使用的 SiC大功率開關器件，工業(yè)控制使用的GaN或SiC基電機馬達變頻驅動器，大數(shù)據(jù)/云計算中心使用的GaN或SiC基高效供電電源，半導體照明中使用的 GaN基高亮度LED等。<