未知：第三代半导体碳化硅投资研究专题报告（330页）.pdf

1、第三代半导体碳化硅投资研究专题报告陈鹤2023年（内部资料，注意保密）CONTENTS目录第三代半导体碳化硅行业概览碳化硅产业链分析产业链各环节介绍下游应用市场分析产业链供给端分析122.12.22.33投资分析和相关建议21112441132374附录：功率半导体器件介绍285目录二、碳化硅产业链分析：下游应用市场与产业链供给端分析第三代半导体发展历程第三代半导体前景判断：技术分析第三代半导体前景判断：社会需求与市场分析第三代半导体前景判断：政策分析一、第三代半导体碳化硅行业概览三、投资分析和相关建议31.1 三代半导体发展历程材料特性器件特征应用场景元素半导体材料：硅基、锗基储量大、价格低

2、、功耗低低压、低频、中功率器件手机、电脑、通信、航空航天国防军工、光伏等领域化合物半导体材料：砷化镓、磷化铟禁带宽度、电子迁移率高、光电性能好高频、高速、大功率、高性能微波器件激光器、发光电子器件卫星通讯、移动通讯、光纤通信无限区域网络、卫星定位国防军工、航空航天等领域宽禁带半导体材料：碳化硅、氮化镓宽禁带宽度、高击穿电场强度高频、高温、高压、大功率器件新能源汽车、光伏风电、半导体照明、5G基站、充电桩、特高压、光电子等领域183320世纪50、60年代20世纪90年代后21世纪以来第一代半导体第二代半导体第三代半导体451.2.1 第三代半导体前景判断：技术分析12第三代半导体核心特点：宽禁

3、带宽度价带1.电子在价带中晶体不导电导带2.外界能量激发(高压)3.电子被激发到导带，晶体导电而被击穿器件失效禁带宽度晶体结构分析第三代半导体优势基于第三代半导体材料，碳化硅、氮化镓晶体具有更宽的禁带宽度。因此在高压、高温、高频等环境下，价带上的电子在更严苛的环境下才会被激发到导带，引起晶体失效。第三代半导体具有更强的耐高温、高压、高频特性第三代半导体优势：高能量密度材料应用器件能量密度氮化镓(三代)HEMT器件5-8W/mm硅基(一代)MOS器件0.5-1W/mm砷化镓(二代)射频器件0.5-1W/mm第三代半导体材料具有更高的能量密度，在承受相同功率和电压时，需要的器件体积可以变得更小，从

4、而能够节省成本。项目SiGaAs4H-SiCGaN禁带宽度(eV)1.121.433.23.4饱和电子漂移速率(cm/s)1.0 x1071.0 x1072.0 x1072.5x107热导率(Wcm-1K-1)1.50.5441.3击穿电场强度(MV/cm)0.30.43.53.31.2.1 第三代半导体前景判断：技术分析碳化硅作为第三代半导体材料，在生产衬底环节有更大优势3碳化硅优势：材料优势高热导率碳化硅的热导率约为氮化镓的3倍，能够更好地应用于高温、高压、高功率场景，延长器件寿命，减小散热系统成本。单晶生长较容易氮化镓生长速度慢，反应副产物多，大尺寸单晶生长困难。器件体积更小能量密度大，

5、使器件体积变得更小。器件电阻更小禁带宽度大，可进行重掺杂，器件电阻更低。4碳化硅优势：下游应用技术优势新能源汽车应用场景分析：逆变器逆变器的作用是将直流电转换为交流电。在相同的电压和转换频率下，400V电压下，碳化硅MOSFET逆变器的能量损耗约为硅基IGBT的29%-60%。800V电压下，能量损耗为硅基IGBT的30%-50%。29%35%45%59%75140240400400V下转换能量损失(%)400V下转换能量损失(%)30%33%38%43%48%100200300400500800V下转换能量损失(%)800V下转换能量损失(%)资料来源：wolfspeed官网节省能量损耗后，

6、碳化硅MOSFET电动车的续航里程更长6碳化硅基-碳化硅外延功率器件1.2.2 第三代半导体前景判断：社会需求与市场分析目前第三代半导体主流器件形式包括：碳化硅基-碳化硅外延功率器件，碳化硅基-氮化镓外延功率器件材料特性 能够更好地适应高压、高功率环境，可靠性高应用场景 新能源汽车、工业控制等典型产品 PFC、DC/AC逆变器、DC/DC转换器碳化硅基-氮化镓外延功率器件材料特性 氮化镓器件更适应高频运行场景应用场景 5G基站等领域典型产品 5G宏基站、卫星通信、微波雷达、航空航天等全球碳化硅器件市场规模广阔，规模增速大0500010000202120222023202420252026202