化合物半導(dǎo)體是區(qū)別于硅(Si)和鍺(Ge)等傳統(tǒng)單質(zhì)的一類半導(dǎo)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(duì)于硅材料，化合物半導(dǎo)體性能更加優(yōu)異，制作出的器件相對(duì)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(dǎo)體成為集成電路產(chǎn)業(yè)新關(guān)注點(diǎn)
集成電路產(chǎn)業(yè)深刻變革驅(qū)動(dòng)化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)發(fā)展。一是集成電路產(chǎn)業(yè)遵循“摩爾定律”演進(jìn)趨緩，以新材料、新結(jié)構(gòu)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(qū)動(dòng)集成電路市場(chǎng)高速增長(zhǎng)的PC和智能手機(jī)市場(chǎng)疲軟，未來(lái)5G和物聯(lián)網(wǎng)將成為新風(fēng)口。三是全球能源和環(huán)境危機(jī)突出，能源利用趨向低 功耗和精細(xì)管理�；衔锇雽�(dǎo)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(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛 應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)外圍繞化合物半導(dǎo)體的并購(gòu)案頻發(fā)。近年來(lái)，國(guó)際巨頭企業(yè)紛紛圍繞化合物半導(dǎo)體展開并購(gòu)，2014年8月，功率半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)者德國(guó) 英飛凌公司以30億美元收購(gòu)美國(guó)國(guó)際整流器公司(IR)，取得了其硅基GaN功率半導(dǎo)體制造技術(shù);同年9月，設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)企業(yè)和資本也圍繞化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)展開收購(gòu)。
國(guó)家 “大基金”投資三安光電布局化合物半導(dǎo)體。2015年6月，國(guó)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(dòng)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(nèi)外并購(gòu)、新技術(shù)研發(fā)、新建生產(chǎn)線等業(yè)務(wù)。同時(shí)，國(guó)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(tuán)等在晉江市合資成立安芯基金，基金目標(biāo)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)空間廣闊
GaAs 器件GaAs微波通信器件在移動(dòng)終端的無(wú)線PA和射頻開關(guān)器領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，未來(lái)高集成度和低成本制造將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，在無(wú)線通信、消費(fèi)電子、汽車電 子、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。同時(shí)，GaAs基材料有望在集成電路10nm以下制程以及未來(lái)的光互連芯片中得到應(yīng)用。
2015年 全球GaAs微波通信器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到86億美元，超過60%的市場(chǎng)份額集中于Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago三大巨 頭，2020年，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將突破130億美元。GaAs產(chǎn)業(yè)代工制造模式逐漸興起，我國(guó)臺(tái)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(lán)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(lǐng)域廣泛應(yīng)用。藍(lán)寶石基GaN技術(shù)最成熟，Si基GaN可實(shí)現(xiàn)高集成性和低成本，目前Si基GaN技術(shù)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(shù)水平的進(jìn)步，2020年產(chǎn)值有望達(dá)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(jìn)軍GaN領(lǐng)域。新進(jìn)入的小企業(yè)也有很多，如加拿大的GaN Systems、美國(guó)的EPC等公司都已經(jīng)量產(chǎn)GaN產(chǎn)品。未來(lái)在新能源、智能電網(wǎng)、信息通信設(shè)備和消費(fèi)電子領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)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(shí)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(shù)成 熟，已開始在光伏發(fā)電等領(lǐng)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(lái)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(fēng)力發(fā)電等大功率領(lǐng)域得到應(yīng)用。
2015年，全球SiC電力電子器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到近 1.5億美元，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到10億美元。SiC襯底的主要供應(yīng)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(yīng)量。SiC器件市場(chǎng)，科銳和英飛凌/IR兩家巨頭占據(jù)了70%的市場(chǎng)份額。SiC電力電子器件在低電壓產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)⒚鎸?duì)GaN器件的激烈競(jìng) 爭(zhēng)，在PFC、UPS、消費(fèi)電子和電動(dòng)汽車等900V以下的應(yīng)用領(lǐng)域，低成本的GaN器件將占據(jù)主要市場(chǎng)，SiC器件未來(lái)主要面向1200V以上的市場(chǎng)。
我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨重大機(jī)遇
《中國(guó)制造2025》為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供政策支持。2015年5月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《中國(guó)制造2025》。新材料在《〈中國(guó)制造2025〉重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》中是十大重點(diǎn)領(lǐng)域之一，其中化合物半導(dǎo)體中的第三代半導(dǎo)體被納入關(guān)鍵戰(zhàn)略材料發(fā)展重點(diǎn)。
集成電路高速發(fā)展為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。我國(guó)集成電路正處于大發(fā)展時(shí)期，可為化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供先進(jìn)技術(shù)支撐。如GaAs或GaN單片微波集成電路的設(shè) 計(jì)和仿真技術(shù)、化合物半導(dǎo)體制造工藝和生產(chǎn)線的建設(shè)技術(shù)、先進(jìn)封裝和測(cè)試技術(shù)、光刻機(jī)和CVD等通用設(shè)備的制造技術(shù)、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(shù)。
重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域和國(guó)產(chǎn)化替代需求為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供巨大市場(chǎng)。我國(guó)的光伏、風(fēng)能、4G/5G移動(dòng)通信、高速鐵路、電動(dòng)汽 車、智能電網(wǎng)、大數(shù)據(jù)/云計(jì)算中心、半導(dǎo)體照明等產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，是化合物半導(dǎo)體大顯身手的應(yīng)用領(lǐng)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(dòng)系統(tǒng)，光伏電站、風(fēng)能電場(chǎng)和電動(dòng)汽車使用的GaN或SiC電能逆變器或轉(zhuǎn)換器，智能電網(wǎng)使用的 SiC大功率開關(guān)器件，工業(yè)控制使用的GaN或SiC基電機(jī)馬達(dá)變頻驅(qū)動(dòng)器，大數(shù)據(jù)/云計(jì)算中心使用的GaN或SiC基高效供電電源，半導(dǎo)體照明中使用的 GaN基高亮度LED等。<
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