全球半導體產業終結連續高增長，進入調整周期。與此形成對比，在新能源汽車、光伏、儲能等需求帶動下，第三代半導體產業保持高速發展。
半導體產業發展至今經歷了三個階段，第一代半導體材料以硅（Si）為代表，以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代半導體材料和以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO）等寬禁帶為代表的第三代半導體材料。相較前兩代產品，第三代半導體最大的優點在于能夠適應高壓，高頻和高溫的極端環境，性能大幅提升。
北京第三代半導體產業技術創新戰略聯盟發布的第三代半導體產業發展白皮書顯示，總體來看，我國第三代半導體產業已進入成長期，技術穩步提升，產能不斷釋放，國產碳化硅（SiC）器件及模塊開始“上機”，生態體系逐漸完善，自主可控能力不斷增強，整體競爭實力日益提升。
2022年全球碳化硅、氮化鎵功率半導體市場約23.7億美元，GaN微波射頻市場約為12.4億美元。數據顯示，2022年我國第三代半導體功率電子和微波射頻兩個領域實現總產值141.7億元，較2021年增長11.7%，產能不斷釋放。其中，SiC產能增長翻番，GaN產能增長超30%；新增投資擴產計劃較2021年同比增長36.7%；資本市場活躍，并購金額超45億元，66家企業融資超64億元。
《白皮書》預計，2023年將是第三代半導體大放異彩的一年，市場將見證一個“技術快速進步、產業快速增長、格局大洗牌”的“戰國時代”。
“未來，我國第三代半導體企業將面臨內外部的激烈競爭?！薄栋灼氛J為，國際半導體企業急速擴張，力圖迅速搶占市場，全球供應鏈格局正逐步成型，國際龍頭企業“卡位戰”即將結束。而國內企業技術和產業化水平依然落后，產線平臺剛剛搭建，核心器件尚未進入汽車、手機等龍頭企業供應鏈，整體國產化率偏低。
SiC產業鏈
SiC的產業鏈主要由單晶襯底、外延、器件、制造和封測等環節構成。1）在這些環節中，SiC襯底是發展SiC的關鍵。
襯底是將高純度多晶SiC粉末經過升華、晶體生長、切割、研磨、清洗等過程制造而成的晶圓，為薄片形態。為使材料能滿足不同芯片的功能要求，需要制備電學性能不同的SiC襯底，主要是兩種：低電阻率的導電型SiC襯底，和高電阻率的半絕緣型SiC襯底。
襯底和器件是兩個技術門檻高的環節，與國外差距明顯；位錯國外可以達到1000/c㎡，國內目前是5000/c㎡，技術差距大約有5-8年時間差距；國外MOSFET已經大批量出貨了，國內目前還是在二極管領域。世界主流尺寸是6英寸，但目前國內主流還是在4英寸，而且國外Cree已經研制出8英寸。
2）但襯底是不能直接拿來制造大功率和高壓高頻器件，而必須在單晶襯底上額外沉積一層高質量的外延材料，并在外延層上制造各類器件。在拋光晶圓上采用真空蒸發的方式形成幾微米厚度的新的碳化硅單晶層，這就是外延片。幾乎所有SiC功率器件的制備均是基于高質量SiC外延片，外延技術對于碳化硅器件性能的充分發揮具有決定性的作用。
但就技術門檻而言，碳化硅領域技術瓶頸較低的就是外延，目前外延有商用商業化設備的主要有兩家國外企業，一家是意大利的LPE，另一家是德國的Aixtron，他們在銷售設備的時候也會附帶工藝，大約1000萬左右就能買一臺設備就可以做出合格的外延產品，后續的研發主要體現在讓厚度更厚，性能更好以及在保證品質的情況下降成本。因為器件中襯底成本大約占到50%，外延成本在20-25%，所以外延工藝控制好，成本可以降低很多。3）在導電型SiC襯底上生長SiC外延層制得的SiC外延片，可進一步制成功率器件，功率器件是電力電子行業的重要基礎元器件之一，廣泛應用電力設備的電能轉化和電路控制等領域。
在半絕緣型SiC襯底上生長氮化鎵外延層制得的SiC基氮化鎵（GaN-on-SiC）外延片，可進一步制成微波射頻器件，微波射頻器件是實現信號發送和接收的基礎部件，是無線通訊的核心，主要包括射頻開關、LNA、功率放大器、濾波器等器件。
器件的難度體現在工藝步驟很多，比如1個二極管大約幾十步工藝，1個MOSFET大約上百步工藝；以及一些核心高溫工藝，如高溫柵氧高溫注入等，另一方面前期需要大規模投資，襯底一條產線可能幾億，器件至少在10億人民幣以上。
4）接下來的流程就跟硅基半導體類似，進行制造、封測到最終出來各種各樣的SiC器件。
封裝環節的核心矛盾在于，碳化硅材料的主要特性是高溫高頻，但目前封裝還是照搬硅封裝，所以高溫高頻性能并不能得到有效發揮，但這部分國內外都還沒有突破，國內斯達半導體在做硅封裝模塊比較優秀，目前在碳化硅方面也有布局。
碳化硅在半導體芯片中的主要形式為襯底。半導體芯片分為集成電路和分立器件，但不論是集成電路還是分立器件，其基本結構都可劃分為“襯底-外延-器件”結構。
SiC是高功率器件理想材料
硅是半導體行業第一代基礎材料，目前全球95%以上的集成電路元器件是以硅為襯底制造的。目前，隨著電動汽車、5G等應用的發展，高功率、耐高壓、高頻率器件需求快速增長。
當電壓大于900V，要實現更大功率時，硅基功率MOSFET和IGBT就暴露出短板，其在轉換效率，開關頻率，工作溫度等多方面都將受限。而碳化硅材料由于具有禁帶寬度大(Si的3倍)、熱導率高(Si的3.3倍或GaAs的10倍)、電子飽和遷移速率高(Si的2.5倍)和擊穿電場高(Si的10倍或GaAs的5倍)等性質，SiC器件在高溫、高壓、高頻、大功率電子器件領域和航天、軍工、核能等極端環境應用領域有著不可替代的優勢，彌補了傳統半導體材料器件在實際應用中的缺陷，正逐漸成為功率半導體的主流。
先進半導體材料已上升至國家戰略層面
2025年目標滲透率超過50%。底層材料與技術是半導體發展的基礎科學，在2025中國制造中，分別對第三代半導體單晶襯底、光電子器件/模塊、電力電子器件/模塊、射頻器件/模塊等細分領域做出了目標規劃。在任務目標中提到2025實現在5G通信、高效能源管理中的國產化率達到50%；在新能源汽車、消費電子中實現規模應用，在通用照明市場滲透率達到80%以上。
其他國家如，美、日、歐等國都在積極進行第三代半導體材料的戰略部署，其中的重點是SiC。作為電力電子器件，SiC在低壓領域如高端的白色家電、電動汽車等由于成本因素，逐漸失去了競爭力。但在高壓領域，如高速列車、風力發電以及智能電網等，SiC具有不可替代性的優勢。
美國等發達國家為了搶占第三代半導體技術的戰略制高點，通過國家級創新中心、協同創新中心、聯合研發等形式，將企業、高校、研究機構及相關政府部門等有機地聯合在一起，實現第三代半導體技術的加速進步，引領、加速并搶占全球第三代半導體市場。
例如，美國國家宇航局（NASA）、國防部先進研究計劃署（DARPA）等機構通過研發資助、購買訂單等方式，開展SiC、GaN研發、生產與器件研制；韓國方面，在政府相關機構主導下，重點圍繞高純SiC粉末制備、高純SiC多晶陶瓷、高質量SiC單晶生長、高質量SiC外延材料生長這4個方面，開展研發項目。在功率器件方面，韓國還啟動了功率電子的國家項目，重點圍繞Si基GaN和SiC。
行業競爭格局
從產業格局看，目前全球SiC產業格局呈現美國、歐洲、日本三足鼎立態勢。其中美國全球獨大，占有全球SiC產量的70%~80%，碳化硅晶圓市場CREE一家市占率高達6成之多；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應用產業鏈，在全球電力電子市場擁有強大的話語權；日本是設備和模塊開發方面的絕對領先者。領先企業包括美國科銳（Cree）旗下的Wolfspeed、德國的SiCrystal、日本的羅姆（ROHM）、新日鐵等。
國內目前已實現4英寸襯底的量產；同時山東天岳、天科合達、河北同光、中科節能均已完成6英寸襯底的研發；中電科裝備已成功研制出6英寸半絕緣襯底。
盡管全球碳化硅器件市場已經初具規模，但是碳化硅功率器件領域仍然存在一些諸多共性問題亟待突破，比如碳化硅單晶和外延材料價格居高不下、材料缺陷問題仍未完全解決、碳化硅器件制造工藝難度較高、高壓碳化硅器件工藝不成熟、器件封裝不能滿足高頻高溫應用需求等，全球碳化硅技術和產業距離成熟尚有一定的差距，在一定程度上制約了碳化硅器件市場擴大的步伐。
