关于推动我市第三代半导体产业发展的调研报告

关于推动我市第三代半导体产业发展的调研报告为推动我市第三代半导体产业加快发展、尽快形成优势产业集群，市委财经办组织中硅高科、麦斯克电子、鸿泰半导体等企业进行了专题研究，并赴苏州、杭州、宁波三市开展了专题调研。在此基础上，就我市第三代半导体产业发展提出了工作建议，现将有关情况报告如下：一、第三代半导体产业基本情况（一）半导体产业总体情况。半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，在集成电路、消费电子、通信系统、大功率电源转换等领域具有广泛应用。*年，全球半导体市场规模达*亿美元，同比增长*%。从应用领域来看，半导体在集成电路领域市场规模达*亿美元，约占全球半导体市场规模的*%；其次分别为光电器件、分立器件、传感器领域，市场规模分别为*亿美元、*亿美元、*亿美元，占比分别为*%、*%、*%。从主要消费区域来看，亚太地区约占全球的*%，其中，中国约占全球的*%，是全球最大的半导体单个市场；其次分别为美国、欧洲市场，分别占全球的*%、*%。需要关注的是，中国市场仍在高速增长，*年销售额突破*亿美元，同比增长*%。从发展历程来看，半导体核心材料按照历史进程可以分为以硅、锗为代表的第一代半导体材料，重点应用在集成电路、电子信息等领域，目前约占总体规模的*%；以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料，重点应用在5G时代的大部分通信设备以及光电领域，目前约占总体规模的*%；以氮化镓、碳化硅、氧化锌、金刚石等为代表的第三代半导体材料，主要应用在新能源汽车、5G通信、光伏逆变器等领域，近年来呈现高速增长态势，目前约占总体规模的*%。（二）第三代半导体材料的优势。与前两代半导体材料相比，第三代半导体材料的优势主要体现在*个方面：一是应用场景广阔，性能更强。第三代半导体采用宽禁带材料，关断时候的漏电电流更小，导通时候的导通阻抗更小，且寄生电容远小于硅工艺材料。在高温、大功率场景中，第三代半导体材料芯片的运行可靠性更强，待机时间更长。二是能量转换效率高，功率损耗小。以新能源汽车为例，相比用传统硅芯片（如IGBT）驱动的电动汽车，用第三代半导体材料芯片（如特斯拉Model*使用的碳化硅芯片）驱动的新能源汽车的能量耗损低*倍左右，电机控制器的体积减少*%，续航里程能够增加*%至*%。三是可以承受更大的功率和更高的电压。第三代半导体材料能够大幅提高产品的功率密度，适应更高功率、更高电压、更大电流的未来电动车的需要。四是应用范围更加广阔。第三代半导体产业具有学科交叉性强、应用领域广、产业关联性大等特点，在半导体照明、新一代移动通信、智能电网、高速轨道交通、消费类电子等领域拥有广阔的应用前景，是支撑信息、能源、交通、国防等产业发展的重点新材料。总的来看，采用第三代半导体材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行，还能以较少的电能消耗获得更高的运行能力，能够满足现行5G及新能源汽车等最新应用的需求，正在成为全球半导体产业竞争的新的战略高地。（三）第三代半导体产业情况。从产业链条来看。第三代半导体产业链主要包括衬底材料的制备、外延层的生长、器件制造以及下游应用市场。其中，衬底是所有半导体芯片的底层材料，主要用于物理支撑、导热、导电；外延是在衬底材料上生长出来的新半导体晶层，其中碳化硅基氮化镓，被视为第三代半导体未来主流；器件是通过光刻、薄膜沉积、刻蚀等复杂工艺流程在外延片上制作出设计好的结构；下游应用市场主要是以新能源汽车、5G通讯、光伏发电、消费类电子产品等。从国际竞争态势来看。目前国外企业在第三代半导体材料端仍然占据显著优势。在碳化硅市场中，美国科锐（CREE）碳化硅衬底市场占有率达到*%，其次为日本的罗姆，国内龙头山东天岳、天科合达合计市场占有率不到*%。在氮化镓市场中，日本住友集团为全球第一大氮化镓衬底厂商，市场占有率为*%，美国科锐（CREE）和威讯联合半导体（Qorvo）紧随其后，市场占有率分别为*%和*%，中国企业在衬底领域仍处于起步阶段。从应用场景来看，目前碳化硅、氮化镓器件的前三大应用领域分别为消费类电源、商业电源和新能源汽车，占比分别为*%、*%和*%。未来相当长一段时间内，随着制备技术进步带来的碳化硅与氮化镓器件成本持续下降，以及*V汽车电驱系统、高压快充桩、消费电子适配器、数据中心及通讯基站电源等细分领域市场需求持续增加，预计第三代半导体产业将会保持高速增长。（四）国内第三代半导体产业情况。目前我国第三代半导体产业已经开始从“导入期”向“成长期”过渡，初步形成了从材料、器件到应用的全产业链，但在材料、晶圆、封装及应用等环节的核心关键技术和可靠性、一致性工程化应用领域与国际顶尖水平还存在较大差距，部分高端产品还是空白，高度依赖国际进口。然而，第三代半导体属于后摩尔定律概念，对制程和设备要求相对不高，能够避免前两代半导体发展过程中出现的发达国家通过限制光刻机、干法刻蚀机出口而产生的“卡脖子”局面。国内产业界和专家普遍认为在第三代半导体领域是我国摆脱集成电路被动局面，实现芯片技术赶超和超车的良机。从区域上来看，目前，国内多个省市出台政策支持第三代半导体产业发展，在京津冀、长三角、珠三角、成渝等区域已经形成了较为成熟的产业集群。中国半导体行业协会评选的*年全国第三代半导体最具竞争力*大产业园区，长三角地区*家，分别为苏州工业园、上海临港新片区、无锡国家集成电路设计中心；泛珠三角地区*家，分别为深圳宝安区第三代半导体IDM产业园、厦门高新区；成渝地区*家，分别为重庆西永微电子产业园、成都高新区；京津冀地区*家，分别为北京顺义区、河北鹿泉经济开发区；中西部地区*家，即西安高新区。从龙头企业来看。目前，国内第三代半导体主要制造商共*家，主要分布在江苏、广东、北京。碳化硅产业链相关公司共*家，其中上市公司*家，全产业链企业（生产设备、衬底、外延、器件）有三安集成、中电科*所、中电科*所等。氮化镓产业链相关公司有*家，其中上市公司*家，全产业链公司仅有英诺赛科*家。从重大项目投资来看。近年来，国内龙头企业发展态势迅猛，在下游器件环节多个细分领域取得关键技术突破，已经具备了与国际龙头企业竞争的技术实力。比如，英诺赛科建成中国首条*英寸硅基氮化镓外延与芯片大规模量产生产线，截至目前已经实现超过*亿颗氮化镓芯片的出货量，有望在今年实现全球出货量第一；山东天岳在半导体绝缘型碳化硅衬底市场出货量国内第一、全球第三。二、第三代半导体产业的发展趋势基于第三代半导体产业特点，结合调研情况，对第三代半导体产业未来发展趋势形成了*点判断：（一）第三代半导体产业发展呈现出明显的应用牵引的特点，国内市场将会在相当长一段时间内保持较高增速。主要原因有三个方面：一是第三代半导体产品在消费类电子产品、新能源汽车、5G移动通信、高效智能电网等领域展示出广阔的、不可替代的应用前景，预计将形成近十万亿规模的应用市场。二是上游衬底产能持续释放且量产技术趋于稳定，器件的产线规格尺寸更大，推动成本大幅下降。三是目前半绝缘衬底、大尺寸碳化硅衬底、氮化镓同质衬底、5G通信基站用氮化镓射频器件、大功率碳化硅MOSFET器件等市场主要由国外厂商占据，随着国产企业技术突围，进口替代空间广阔。（二）第三代半导体是我国在半导体领域实现弯道超车的关键赛道，将会获得国家大力支持。与前两代半导体产业相比，第三代半导体对下游制造环节对设备的要求相对较低，投资额相对较小，能够在一定程度上摆脱对高精度光刻机为代表的先进加工设备的依赖，是我国在半导体领域实现突围的关键赛道。《中国制造*》中提出，到*年，第三代半导体在5G通信、高效能源管理中的国产化率要达到*%，在新能源汽车、消费电子中要实现规模应用，在通用照明市场渗透率要达到*%以上。此外，“十四五”期间是我国产业升级与“双碳”政策推进的关键阶段，第三代半导体材料是支撑制造业转型升级的重要保证，国家先后出台了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》、《关于促进集成电路产业和软件产业高质量发展企业所得税政策的公告》，对于集成电路企业给予大力政策扶持。（三）第三代半导体产业竞争关键领域集中在上游材料端，龙头企业呈现加速扩张态势。第三代半导体在制程前端（材料取得、衬底、外延）环节难度较高，以碳化硅为例，衬底和外延约占总价值的*%。近年来国内主流半导体企业已经取得一系列技术突破，正处在调整产业布局，扩大产能的关键阶段。比如，三安光电在湖南布局了总投资*亿元的碳化硅全产业链生产基地；山东天岳在上海临港投资*亿元建设导电型衬底产业化项目，以适应未来巨大的电动汽车、储能市场需求布局；英诺赛科苏州基地于*年*月份实现量产，今年以来先后在美国硅谷、比利时鲁汶及韩国光明设立了销售和设计中心，订单需求量持续增加，拥有进一步扩大产能的需求和意愿；露笑科技在合肥投资*亿元建设第三代功率半导体产业园，主要建设碳化硅晶体生长、衬底制作、外延生长的研发生产。（四）第三代半导体呈现出器件材料一体化发展趋势，未来头部企业将以IDM（垂直整合制造）模式为主。IDM模式是半导体行业的一种解决方案，指由同一家公司从设计、制造、封装测试到销售自有品牌IC都一手包办的半导体垂直整合型经营模式。第三代半导体产业与硅基半导体产业相比具有生产设备相对便宜，芯片设计受益于成熟的半导体工艺，风口资本投资充足等特点，非常适宜采用IDM模式发展。以碳化硅为例，使IDM厂商能够有效把控碳化硅产业链各环节，快速依循路径定位器件端问题源头，进而能够加快交货和品质改善周期，同时能够有效控制整体成本和提供更好的产品一致性。目前国内龙头企业如三安光电、泰克天润、基本半导体、英诺赛科等企业都在向IDM模式发展。三、我市第三代半导体产业发展情况我市在半导体行业上游的高纯材料、高纯气体方面拥有一定产业基础，在电子多晶硅、硅晶片、电子特气等细分领域拥有一定的产业优势，依托中硅高科、洛单集团、昊华气体等行业龙头企业建设有国内唯一的硅基材料制备技术国家工程研究中心、河南省超高纯硅材料工程研究中心、含氟电子气体制备河南省工程实验室等一批研发平台，具备向第三代半导体产业—尤其是芯片前端领域转型发展的基础条件。总的来看，我市发展第三代半导体产业具备一定优势，但也面临诸多挑战。（一）发展优势。我市半导体产业链条偏上游材料端，在细分领域有着雄厚的研发实力。综合分析，发展第三代半导体产业主要具备三个方面的优势：一是龙头企业具备一定核心技术储备。中硅高科的电子级多晶硅已在中电科、河北同光、山东天岳、天科合达等国内第三代半导体龙头企业批量应用；麦斯克的硅基衬底少量已经被客户用于加工氮化镓外延片；昊华气体的电子特气产品可应用于碳化硅、氮化镓的衬底和外延工序；鸿泰半导体与金诺机械在碳化硅晶体沉积与抛光片机械加工方面有一定基础研究。二是我市及周边区域内金刚石等超硬材料发展基础好，具备在第三代半导体材料领域应用的广阔前景。工业金刚石（CVD）能够被应用于制作功率半导体器件材料。河南是全球最大的金刚石生产基地，人造金刚石产量约占全球的*%，具备发展金刚石半导体材料的先发优势。国机精工研发的第三代半导体功率器件用超高导热金刚石材料已经通过了客户应用测试，产业化进程正在加速。三是近年招引落地的一些龙头项目具备第三代半导体产品的应用需求。一方面，我市招引的宁德时代、银隆新能源等项目具备潜在的市场需求，可以通过组织产销对接的形式以商招商，吸引第三代半导体企业落地。另一方面，周边区域内郑州、西安等地近年来发力新能源汽车、集成电路等产业集群培育，拉动了区域内第三代半导体产品市场需求。（二）主要挑战。第三代半导体产业属于资金、技术密集型产业。与沿海发达地区相比，我市除了缺少人才、资金之外，还面临一些现实问题，主要有三类：一是国家并未将我省纳入半导体产业发展的重点区域。为防止地方政府盲目投资半导体产业，降低集成电路重大项目投资风险，避免低水平重复建设，近年来，国家加强了半导体产业布局全国统筹，重点选择京津冀、长三角、珠三角、成渝等区域优先布局。由于我市未被纳入重点发展区域，预计将成为未来制约我市半导体产业发展的重要瓶颈。二是沿海发达地区靠近应用市场，