助力5G和電動汽車發展，第三代半導體材料市場空間有多大？核心標的有哪些？
中國電子報報道，5月26日，北京元芯碳基集成電路研究院宣布，由該院中國科學院院士北京大學教授彭練矛和張志勇教授帶領的團隊，經過多年研究與實踐，解決了長期困擾碳基半導體材料制備的瓶頸，如材料的純度、密度與面積問題。他們的這項研究成果已經被收錄在今年5月22日的《科學》期刊“應用物理器件科技”欄目中。
半導體原料共經歷了三個發展階段：第一階段是以硅(Si)、鍺(Ge)為代表的第一代半導體原料；第二階段是以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)等化合物為代表；第三階段是以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)、硒化鋅(ZnSe)等寬帶半導體原料為主。
寬禁帶半導體材料又稱為第三代半導體材料，是指禁帶寬度在2.3eV（電子伏特）及以上的半導體材料（而硅的禁帶寬度為1.12eV），其中較為典型的和成熟的包括碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等。
第三代半導體材料在禁帶寬度、熱導率、介電常數、電子漂移速度方面的特性使其適合制作高頻、高功率、高溫、抗輻射、高密度集成電路；其在禁帶寬度方面的特性使其適合制作發光器件或光探測器等。其中碳化硅材料在功率半導體和器件工藝較為熱門，氮化鎵材料外延生長和光電子比重較大。第三代半導體相關專利申請自2000年以來快速增長，美國早期領銜全球專利增長，近些年我國的申請量快速增長，超越美國。
國家戰略新興產業政策中多次提到以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體器件，隨著國內多家企業開始重視該領域，積極布局相關項目，我國的第三代半導體材料及器件有望實現較快發展。
市場空間有多大？
天風證券認為，碳化硅功率器件具有高頻、 高效、 高溫、 高壓等優勢，是下一代功率器件的發展方向。受高效電源、電動汽車等行業的需求驅動，碳化硅功率器件未來市場容量將以超過30%的年復合增長率發展，預計2027年市場容量達到120億美元。
專家認為，碳化硅器件目前在價格上是硅器件的1.5-2倍左右，有望在2023-2025年左右形成競爭格局。未來5-10年，如果氮化鎵在電壓性能和可靠性能上能進一步的提升，那么在電動汽車動力系統領域會和碳化硅形成一定的競爭。
國泰君安認為，從全產業鏈角度，以5年的維度來看，第三代半導體器件和系統的成本（包括后期運行期間的能耗節?。?，比硅基器件和系統將會具備性價比優勢，從而快速地推動行業的發展。單從材料本身的成本來講，碳化硅氮化鎵不太可能和硅片形成競爭。
興業證券認為，光伏、半導體成長性明確，先進碳基材料滲透率有望提升。隨著5G和物聯網等應用快速發展，對硅晶圓整體需求快速提升，全球新一輪半導體資本開支啟動，自主可控有望打開關鍵設備、材料端的國產替代空間。光伏和半導體產業硅片大尺寸化趨勢明確，對強度、純度、導熱系數等指標提出了更高的要求，傳統石墨材料安全性、經濟性不足，先進碳基復合材料有望逐步對其替代，滲透率提升，成為光伏、半導體產業晶硅制造熱場系統部件主流材料。
招商證券認為，氮化鎵(GaN)是第三代半導體材料的典型代表，法國研究機構Yole預測，到2023年氮化鎵射頻器件的市場規模將達到13億美元，復合增速為22.9%。隨著第三代半導體材料的崛起，基于新材料的IGBT也將站上歷史舞臺。IGBT主要應用領域之一的新能源汽車也已經打開市場，未來空間巨大。碳化硅基IGBT將加速發展，建議關注第三代半導體材料與IGBT產業鏈。碳化硅(SiC)因其在高溫、高壓、高頻等條件下的優異性能，在交流和直流轉換器等電源轉換裝置中得以大量應用。目前，我國碳化硅（SiC）在高端市場領域，如智能電網、新能源汽車、軍用電子系統等尚處于發展初期。根據IHS預測，到2025年，全球碳化硅功率半導體的市場規模有望達到30億美元。
核心受益股有哪些？
丹邦科技自主研發的多層柔性量子碳基半導體薄膜具有多層石墨烯結構，將在智能手機、柔性OLED新一代顯示、柔性半導體器件、大功率器件、動力電池等領域廣泛應用。公司是世界上唯一有能力生產大面積兩面都有帶隙碳基薄膜材料的企業。
楚江新材產品涵蓋碳基、陶瓷基復合材料，全資子公司頂立科技具備第三代半導體材料碳化硅單晶從裝備、材料到制品的一整套技術儲備和產業化能力。
中信建投認為，射頻GaN在5G基站和軍用雷達的應用中獨具優勢，快充、汽車電子、消費電子將推動功率GaN放量。GaN在電源管理、發電和功率輸出方面具有明顯的技術優勢。在600伏特左右電壓下，其在芯片面積、電路效率和開關頻率方面明顯優于硅，這使電源產品更為輕薄、高效。并且，GaN充電器體積小、功率高、支持PD協議，有望在未來統一筆電和手機的充電器市場，市場前景廣闊。預計2024年GaN電源市場將超過3.5億美元，CAGR達85％。國內新興代工廠中，三安光電和海特高新具有量產GaN功率器件的能力。
國金證券認為，海特高新子公司海威華芯在中國率先提供六英吋砷化鎵（GaAs）集成電路的純晶圓代工（Foundry）服務；在第三代半導體（氮化鎵GaN）領域擁有國際領先、國內一流的技術；在全球氮化鎵芯片專利技術屬于一流梯隊，公司專利總共249項，其中過半數是發明專利。可比公司為三安光電、臺灣穩懋。
國聯證券建議關注三安光電（600703.SH）、揚杰科技（300373.SZ）、士蘭微（600460.SH）。
其它個股方面，金博股份募投項目“先進碳基復合材料產能擴建項目”建設期2年，預計新增產能200噸/年，公司行業領先地位進一步鞏固。
露笑科技：碳化硅作為第三代半導體高壓領域的理想材料，市場應用空間廣闊，發展勢頭迅猛。公司在原有藍寶石設備長期技術積累基礎上，與中科鋼研合作研發碳化硅晶體生長設備，處于目前國內研發第一梯隊。公司計劃定增募資投資碳化硅項目，并與中科鋼研、國宇中宏達成戰略合作，碳化硅業務有望成為未來公司業績增長新亮點。
