“最近热炒的“氮化镓”到底是什么？”

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第三代半导体材料以氮化镓、碳化硅、氧化锌、金刚石为代表，是5g时代的主要材料，在氮化镓和碳化硅的市场和迅速发展空之间最大。

展出|每日财务报告

作者|刘雨辰

受周边市场和国际环境的影响，a股最近的趋势非常弱，但有一个新概念受到市场的热炒，那是氮化镓。 炒菜经常盲目，很多人不知道这是什么物质，首先科学普及氮化镓( gan )。

从化学命名可以看出，这是由氮和镓两种离子组成的半导体材料，在物理特征上，其禁带宽度大于2.2ev，也被称为宽带隙半导体材料，是国内常说的第三代半导体材料的一种，实际上在市场上备受关注

据媒体报道，中国在支持快速发展的第三代半导体产业“十四五”计划中，从2021年到2025年的五年间，举全国之力，在教育、科学研究、开发、融资、应用等全方位广泛支持第三代半导体的快速发展，

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什么是第三代半导体材料？

第三代是指半导体材料世代的变化，从第一代、第二代向第三代转移。 第一代半导体材料主要是以si、ge元素为中心的半导体，是半导体分立器件、集成电路、太阳能( 000591、股)电池的基础材料，硅芯片长期急速发展，接近材料的极限

第二代半导体材料是指例如砷化镓、锑化铟等化合物半导体材料，其中以砷化镓( gaas )为代表，砷化镓具有比硅稍好的电子特征，在高于250ghz的情况下使用，

第三代半导体材料以氮化镓( gan )、碳化硅( sic )、氧化锌( zno )、金刚石等宽带隙物质为代表。 实际上，三代半导体材料之间的第一个区别是禁带宽度。 现代物理学描述材料导电特性的主流理论是带理论，带理论认为，如果晶体中电子的能级分为传导带和价电子带，价电子带充满电子，导电带中没有电子，则晶体不导电。

当晶体被外部能量(如高压)激发时，电子被传导带激发，晶体导电，此时晶体被破坏，器件被破坏，禁带宽度表示器件的高耐压能力。 与上一代相比，第三代半导体的禁带宽度接近第一代和第二代半导体的禁带宽度的3倍，具有更强的耐高压、高输出能力，适于高温、高频、耐辐射及大功率器件的制造。

第三代半导体材料以氮化镓( gan )、碳化硅( sic )、氧化锌( zno )、金刚石为代表，是5g时代的主要材料，在氮化镓( gan )和碳化硅( sic )的市场和迅速发展空之间最大 根据omdia的《年sic和gan功率半导体报告书》，预计到年底，世界sic和gan功率半导体的销售额将达到8.54亿美元。 今后10年的年均两位数增长率，到2029年将超过50亿美元。

展开后，在军事行业，gan可用于雷达、电子对抗、导弹和无线通信，碳化硅( sic )可用于喷气发动机、坦克发动机和舰艇发动机。 在民用商业行业，氮化镓( gan )用于基站、卫星通信、有线电视、手机充电器等小型家电，碳化硅( sic )主要用于电动汽车、电子、新能源、轨道交通等。

实际上，氮化镓( gan )技术并不是新的半导体技术，从1990年开始经常用于发光二极管，但很贵。 从制造工艺来说，氮化镓没有液体，从不能采用单晶硅的生产工艺以前开始直接方法引出单晶，需要纯粹通过气体反应合成。 氮气的性质非常稳定，镓是非常稀有的金属(镓是伴生矿，没有形成集中的镓矿。 首先从铝土矿凝固，价格很高)。 而且，两者反应长，速度慢，反应的副产品多。 生产氮化镓对设备有要求，技术多、杂、产能极低，许多因素叠加的影响氮化镓单晶材料非常昂贵。

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产业链的现状和结构

半导体芯片结构分为基板、外延和器件结构。 基板一般起到支撑的作用，外延是器件所需的特定薄膜，器件结构在光刻等工序中加工出具有一定电路图案的拓扑结构。 第三代半导体现在的主流器件形态是碳化硅类-碳化硅外延功率器件、碳化硅类-氮化镓外延高频器件。

值得注意的是，现在主流的氮化镓器件企业大多使用碳化硅基板。 这是因为基于碳化硅基板的氮化镓器件比硅基板的氮化镓器件性能好，成品率高，更能体现氮化镓材料的特征。

例如，以碳化硅为基板的氮化镓高频设备具备碳化硅的高热传导性能和氮化镓的高频带下的大功率高频输出的特征，突破砷化镓和硅基ldmos设备的固有缺陷，实现5g通信的高频性能和高功率解决能力 据yole统计，碳化硅衬底材料市场规模从每年的1.21亿美元增加到2024年的11亿美元，复合增长率达到44%。 随着这种复合增长，2027年碳化硅基板材料的市场规模将达到约33亿美元。

高技术门槛使第三代半导体材料市场垄断于日美欧寡头，世界sic制造商为英飞凌、cree、rohm，3家公司占有90%的碳化硅市场份额。 以导电型产品为例，美国占世界碳化硅晶片产量的70%以上，仅cree企业就占一半以上的市场份额，剩余份额大部分被日本和欧洲其他碳化硅公司所占。

国内开展sic、gan材料和器件方面的研究比较晚，水平低于国外，阻碍国内第三代半导体研究进展的重要因素是原始创新问题。 虽然相对落后，但现在国内还形成了比较完善的产业链体系，在氮化硅行业，从事基片的国内制造商主要是露笑科学技术( 002617，股票吧)、三安光电( 600703，股票吧)、天科合达、山东天天 从事碳化硅外延生长的制造商主要有瀚天成和东莞天域等。 从事碳化硅功率器件的制造商很多，包括华润微、扬杰科技( 300373，株吧)、泰科天润、绿色能源芯创、上海二烯芯等。 在氮化镓行业，碳化硅越来越被用作基板材料，但国内有从事氮化镓单晶生长的公司，主要有苏州纳维、东莞中镓、上海镓特和芯元基等，从事氮化镓外延片的国内制造商

第三代半导体处于快速发展初期，国内和国际巨头基本处于同一起跑线，这成为中国追赶海外的契机。 另外，第三代半导体工艺生产线对设备的要求很低，所以第三代半导体工厂的投资额约为第一代硅类半导体的五分之一，难点不是设备，没有用逻辑电路设计，工艺开发具有偶然性，逻辑芯片的难度降低，

《每日财务报告》指出，目前从事第三代化合物半导体的最好商业模式是idm模式，关注士兰微( 600460，股票吧)、杨杰科学技术，其次，技术上受益最多的是半导体代工厂，华润微

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