半导体原料共经历了三个发展阶段:第一阶段是以硅(Si)、锗(Ge)为代表的第一代半导体原料;第二阶段是以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等化合物为代表;第三阶段是以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、硒化锌(ZnSe)等宽带半导体原料为主。


氮化镓(GaN)是第三代半导体材料的典型代表,相较于第一代和第二代半导体材料,第三代半导体材料能够承受更高的电压、适合更高频率,可实现更高的功率密度,并具有耐高温、耐腐蚀、抗辐射、禁带宽度大等特性,在高频、高功率的电力电子、微波射频等领域具有广泛的应用前景。法国研究机构Yole预测,到2023年氮化镓射频器件的市场规模将达到13亿美元,复合增速为22.9%。


碳化硅(SiC)因其在高温、高压、高频等条件下的优异性能,在交流和直流转换器等电源转换装置中得以大量应用。目前,我国碳化硅(SiC)在高端市场领域,如智能电网、新能源汽车、军用电子系统等尚处于发展初期。新能源汽车是SiC功率器件的主要增长点,据CASA测算,电动汽车充电桩中的SiC器件的平均渗透率达到10%,2018年整个直流充电桩SiC电力电子器件的市场规模约为1.3亿,较2017年增加了一倍多。根据IHS预测,到2025年,全球碳化硅功率半导体的市场规模有望达到30亿美元。

随着第三代半导体材料的崛起,基于新材料的IGBT也将加速发展。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是一种新型电力电子器件,是工业控制及自动化领域的核心元器件,能够根据工业装置中的信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等,以实现精准调控的目的。因此,IGBT被称为电力电子行业里的“CPU”,广泛应用于工业、4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统产业领域,以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。目前,业内人士普遍认为,传统硅基IGBT已经逼近材料特性极限,而第三代半导体材料碳化硅是制造IGBT更好的材料。


2月4日,全球第八大IGBT模块供应商斯达半导在A股上市。公司主营业务是以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产,并以IGBT模块形式对外实现销售。公司自主研发设计的IGBT芯片和快恢复二极管芯片是公司的核心竞争力之一,意味着国产替代的又一进步。


当前,新一代半导体材料正在加速应用,IGBT主要应用领域之一的新能源汽车也已经打开市场,未来空间巨大。我们认为碳化硅基IGBT将加速发展,建议关注IGBT产业链。


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