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公元 2020 年 9 月 4 日，一则 “我国将把全力发展第三代半导体产业写入‘十四五’规划”的消息引爆市场，引起第三代半导体概念股集体冲高涨停，场面十分壮观。
暴涨逆袭之间，“第三代半导体”成了疯狂刷屏的明星词，人们惊呼下一个风口来了。
巧合的是，华为消费者业务 CEO 余承东在 8 月 7 日接受媒体采访时也曾表示：现在我们从第二代半导体进入第三代半导体时代，希望在一个新的时代实现领先。在终端的多个器件上，华为都在投入。华为也带动了一批中国企业公司的成长，包括射频等等向高端制造业进行跨越。
第三代半导体到底是什么？为何会突然被炒上天？在中国芯片产业被美国强势打压下，第三代半导体又在扮演什么角色？
看到第三代半导体，你肯定会想第一代、第二代是什么。这里的 “代际”，是根据半导体制造材料来划分的。
半导体材料发展到第三代，肯定是因为氮化镓、碳化硅相比前两代有优势，才会被重用。那么它有什么优势呢？
更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率、更高的抗辐射能力……
就拿功率和频率来说，第一代半导体材料的代表硅，功率在 100Wz 左右，但是频率只有大约 3GHz；第二代的代表砷化镓，功率不足 100W，但频率却能达到 100GHz。因此前两代半导体材料更多是互为补充的关系。
而第三代半导体的代表氮化镓和碳化硅，功率可以在 1000W 以上，频率也可以接近 100GHz，优势很明显，因此未来有可能是取代前两代半导体材料的存在。
第三代半导体的这些优势，很大程度上都得益于一点：它们相比前两台半导体具有更大的禁带宽度。甚至可以说，三代半导体之间的主要区分指标就是禁带宽度。
因为具有上面这些优势，第三点半导体材料能够完全满足现代电子科技对高温、高压、高功率、高频以及高辐射等恶劣环境的要求，因此能在航空、航天、光伏、汽车制造、通讯、智能电网等前沿行业中有大规模应用。目前主要是制造功率半导体器件。
碳化硅的热导率高于氮化镓，且单晶生长成本比氮化镓低，所以目前碳化硅主要被用在第三代半导体芯片的衬底，或者在高压高可靠领域做外延，而氮化镓主要在高频领域做外延。
例如最近流行的氮化镓充电器，是利用了氮化镓高频的属性，将充电器内部的元器件做小，才实现了高功率小体积。
氮化镓由于禁带宽度大、击穿电场高、化学性质稳定和抗辐射能力强等优点，经常被用来制造高温、高频、大功率微波器件。
例如军工电子中的军事通讯、电子干扰、雷达等领域，别的方面则如通讯基站中的射频元件、功率器件等，能大大减小基站的质量、体积。
例如它有一个重要应用是在新能源汽车中制造主驱逆变器、DC/DC 转换器、充电系统中的车载充电机和充电桩等，在这些领域中未来将大面积取代硅，此外，碳化硅在光伏、风电、高速列车等领域也有广泛应用。
和传统的半导体一样，第三代半导体的产业链也包括上游的材料和设备，中游的芯片设计、制造和封测，下游的应用。不同在于，第三代半导体的区别主要在于材料。由于氮化镓和碳化硅是第三代半导体的主要材料，因此这一部分我们以这两种材料为线、碳化硅
碳化硅的生产步骤包括单晶生长、外延层生长以及器件制造，分别对应衬底、外延和器件。总体来说，碳化硅产业目前主要处于国外企业垄断的局面。
衬底方面，目前国际正在从 4 英寸向 6 英寸过渡，且已有 8 英寸导电型产品，而国内仍然以 4 英寸为主。
目前国际上碳化硅衬底核心企业包括美国 DowCorning、德国 SiCrystal、美国 II-VI、日本昭和电工等，他们占据碳化硅衬底的主要产能。
国内则以天科合达、山东天岳、同光晶体等公司为主，他们均能供应 3 英寸~ 6 英寸的单晶衬底。
外延方面，外延片企业主要以美国的 DowCorning、II-VI、Cree，日本的罗姆、三菱电机，德国的 Infineon 等为主。国内瀚天天成、东莞天域已能提供 4 寸 / 6 寸的碳化硅外延片。
器件方面，国际上 600~1700V SiC SBD、MOSFET 已经实现产业化，主流产品耐压水平在 1200V 以下，核心企业为 Infineon、Cree、罗姆、意法半导体等。
国内则主要有泰科天润、深圳基本半导体、中电科 55 所、上海瞻芯电子、三安光电等，覆盖碳化硅器件的设计、代工所有的环节。其中泰科天润已经量产 SiC SBD，产品涵盖 600V/5A～50A、1200V/5A～50A 和 1700V/10A 系列。
总体来说，全球碳化硅的产业格局还是以美国、欧洲、日本为主，特别是美国，全球 70%-80% 的碳化硅产量都来自美国。
中国在这样的领域主要是后来者的姿态，不过国内碳化硅产业发展较快，并且产业链所有的环节也比较完整，正在快速追赶国际领先的企业，如果持之以恒加大发展，未来能够自给的机会还是比较大的。
氮化镓和碳化硅的情况类似，目前产业也仍然被国外企业把持，国内企业的发展相对薄弱，且大多分布在在军工方面。
首先是衬底，目前国际上以 2~3 英寸为主，4 英寸较少，但也正在慢慢地商用。这个产业的市场主导是日本的住友电工，份额达到 90% 以上。国内像苏州纳维科技公司和有北大背景的东莞市中镓半导体科技公司，均已实现产业化。
外延方面，氮化镓的外延片主要有四种：硅基氮化镓、碳化硅基氮化镓、蓝宝石氮化镓和氮化镓基板的氮化镓。
这些外延片目前主要是日本的 NTT-AT、比利时的 EpiGaN 、英国的 IQE 、台湾嘉晶电子等在供应。
国内相关企业则主要是苏州晶湛、苏州能华和世纪金光，其中苏州晶湛 2014 年就已研发出 8 英寸硅基外延片，目前 150mm 的硅基氮化镓外延片的月产能达 1 万片。
氮化镓的器件分为射频器件和电力电子器件。在器件的设计方面，主要有美国的 EPC、MACOM、Transphom、Navitas，德国的 Dialog 等公司，国内有被中资收购的安谱隆（Ampleon）等。
设计生产一体的企业则包括住友电工和 Cree ，他们的市场占有率均超过 30%，其他还有 Qorvo 和 MACOM；
而中国方面则有苏州能讯、英诺赛科、江苏能华等，其中苏州能讯去年已经建成 4 英寸氮化镓芯片产线 英寸氮化镓晶圆。
负责代工的公司则以美国环宇通讯半导体（GCS）、稳懋半导体、日本富士通、Cree、台湾嘉晶电子、台积电、欧洲联合微波半导体公司（UMS）等为主导，中国的三安集成和海威华芯也已取得了一定的市场成果。其中三安集成在 2018 年末的氮化镓芯片产能可达到 100 片 / 月。
尽管总体来说我国在氮化镓的上游材料、制造方面仍然落后于国际领先水平，但是它的商业化进程才刚刚起步，氮化镓的市场需求将持续高速增加，留给中国的机会和时间也还是有的。
首先我们应该确认，第三代半导体材料在未来半导体行业的地位将至关重要，理由如下：
第三代半导体材料具备取代前两代半导体材料的潜质，成为未来半导体材料的主流；5G 拉开万物互联的序幕，第三代半导体的核心应用功率半导体将会有爆发式增长，前景光明；
中国是全球最大的半导体消费市场，且自给率不足 20%，拥有很大的国产替代空间；当前第三代半导体主要使用在的功率半导体领域对先进制程的要求并不高，这对于国内产业链的完善是一个机会；
中国新基建和消费电子市场需求庞大，将为第三代半导体产业的增长打开空间；
虽然目前中国在第三代半导体产业中的技术比较薄弱，但国内厂商在第三代半导体有全产业链的布局，有一定的自主可控能力。
当然，比上面这些更重要的是国家意志的推动。在美国限制措施越来越紧的背景下，先进半导体材料已上升至国家战略层面。国家在 2025 中国制造中提到，2025 要实现在 5G 通信、高效能源管理中的国产化率达到 50%；在新能源汽车、消费电子中实现规模应用。这些目标背后离不开第三代半导体的打底。
回到本文开头所说的，一条消息引起 A 股第三代半导体板块一飞冲天，长期资金市场也许少不了噱头和泡沫，但IT之家相信，中国制造业一直在升级的大方向是不会变的。这条路上，第三代半导体产业无疑是一个时代红利，我们一定要把握住。
世纪证券，2020-05-29，《从新基建与消费电子看第三代半导体材料-电子行业深度报告》
中泰证券，2019-10-21，《宽禁带半导体行业深度：SiC 与 GaN 的兴起与未来》
中银证券，2020-03-28 ，《半导体系列专题：国产功率半导体高端布局加码，国产替代加速》
妈咪说MommyTalk，2019-10-25，《什么是半导体？N型P型有啥不一样的区别？太阳能电池原理》
妈咪说MommyTalk，2019-10-28，《什么是PN结？为什么只能单向导通？太阳能电池的发电原理》
光大证券，2020-09-08，《第三代半导体大势所趋，国内厂商全产业链布局——第三代半导体系列报告之一》
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