
台湾国际半导体展上,刘德音表示,摩尔定律至今仍然存在,乐观看待半导体产业会迎向下个60年荣景。半导体行业是宏观经济的晴雨表,其发展水平与全球GDP增速呈正相关。中国半导体行业发展的韧劲很强,中国作为全球最大的半导体市场,发展潜力仍然可期。
作为半导体产业链最上游的设计行业,近两年呈现出了百家齐放的状态,不仅在一些专有芯片领域,如指纹芯片、CMOS芯片、消费SOC芯片等方面出现了汇顶 科技 、韦尔股份、全志 科技 等众多企业国产替代的现象,而且在一些核心芯片产品如基带芯片、FPGA、存储等领域,也有华为海思、紫光国微、兆易创新等公司在不断研发和渗透。
天风证券认为,在IC设计领域,最具国产替代逻辑的公司主要有五家,其中兆易创新在存储领域强势上升。据CINNOResearch对第二季度存储产业研究报告显示,在NOR Flash领域长久以来位居第五位的兆易创新,超越美光在史上首度站上第四名的位置,创下中国存储产业的新里程碑。
从上游看,国内半导体原厂的实力增强,从下游看,国内电子终端产品制造商强烈意识到本土产品和资源对于维持和促进其稳定发展的重要性,相比过往更加愿意以性能替代等方式使用本土产品来替换部分国外产品。
电子元器件分销环节是连接上下游厂商的重要纽带,深圳华强作为国内电子元器件分销龙头,旗下拥有多家定位各异的电子元器件授权分销商品牌,其中控股子公司淇诺 科技 以代理国内知名IC为特色,十多年来坚持代理分销国内半导体品牌,伴随着国内半导体自主品牌的成长获得了较快的发展,成为了华为海思、兆易创新、紫光国芯、澜至电子、上海高清、士兰微等三十余家国内知名IC设计制造厂商的重要合作伙伴,是华为海思全系列产品代理商。
深圳华强在接受机构调研时表示,从公司所处的电子元器件分销这个中间环节看,在对国内下游客户需求的理解能力、技术服务能力、响应速度、人工成本等方面,本土分销商具有国际分销巨头无法比拟的本土优势;国际分销巨头 历史 上都是伴随其本土半导体产业的快速发展而迅速成长起来。因此中国本土分销商一方面将在国内半导体产业的国产替代进程中受益,逐步提升市场份额,另一方面也将通过其专业化的服务,助力国内半导体自主品牌的成长。
招商证券认为,从长期成长的角度来看,中国半导体自主可控刻不容缓;近几年国家战略推动下政策、资金、人才环境对半导体产业持续利好,而国产厂商亦在加速关键芯片自研以及可替代国产芯片的认证,中国半导体产业自上而下的长线逻辑清晰。
来源: 证券网
三代半导体——氮化镓氮化镓(GaN),是由氮和镓组成的一种半导体材料,因为其禁带宽度大于2.2eV,又被称为宽禁带半导体材料,在国内也称为第三代半导体材料。
氮化镓和其他半导体材料对比
上图中我们可以看到,氮化镓比硅禁带宽度大3倍,击穿场强高10倍,饱和电子迁移速度大3倍,热导率高2倍。这些性能提升带来一些的优势就是氮化镓比硅更适合做大功率高频的功率器件,同时体积还更小,功率密度还更大。
氮化镓的优异特性
就如这次小米的快充一样,使得小米65W氮化镓充电器的尺寸仅为56.3mm x 30.8mm x 30.8mm,体积比小米笔记本标配的65W适配器还减小了约48%,约为苹果61W快充充电器的三分之一。
为什么氮化镓快充头可以这么小巧?功率还这么大?
这就是得益于氮化镓材料本身优异的性能,使得做出来的氮化镓比传统硅基IGBT/MOSFET 等芯片面积更小,同时由于更耐高压,大电流,氮化镓芯片功率密度更大,因此功率密度/面积远超硅基,此外由于使用氮化镓芯片后还减少了周边的其他元件的使用,电容,电感,线圈等被动件比硅基方案少的多,进一步缩小的体积,所以本次看到的氮化镓快充头,不仅体积小巧,但是还能提供更强大的功率输出。
传统硅基功率器件和氮化镓MOS对比
除了快充,氮化镓还有其他什么重要应用?
氮化镓材料,目前有三个比较重要的方向,分别是光电领域,包括我们现在常见的LED,以及激光雷达和VCSEL传感器;功率领域,各类电子电力器件应用在快充头,变频器,新能源汽车,消费电子等电子电力转换场景;射频领域,包括5G基站,军事雷达,低轨卫星,航天航空等领域。
为什么氮化镓快充电头这么贵?
本次快充头中除了PD协议成本,其他硬件材料电容电感线圈电源管理IC等之外,相当一部分的成本来自于氮化镓MOS功率芯片。
制造氮化镓MOS的原材料就是氮化镓单晶片,目前单晶2英寸就高达2万多元一片。商业方案中较多的使用硅基氮化镓外延片,但是价格也非常高昂,8英寸的硅基氮化镓也超过1万的售价,而且产能不足,很难买到。硅基氮化镓是同面积的硅片的30多倍。
所以说过于昂贵的原材料导致了氮化镓芯片非常昂贵,最终传到到终端产品就看到高出普通充电头数倍的价格。
氮化镓材料为什么如此昂贵?
氮化镓是自然界没有的物质,完全要靠人工合成。氮化镓没有液态,因此不能使用单晶硅生产工艺的传统直拉法拉出单晶,纯靠气体反应合成。由于反应时间长,速度慢,反应副产物多,设备要求苛刻,技术异常复杂,产能极低,导致氮化镓单晶材料极其难得,因此2英寸售价便高达2万多。商业场景中,更多使用氮化镓异质外延片。
什么叫氮化镓异质外延片?
在氮化镓单晶衬底上长氮化镓外延层我们称为同质外延,在其他衬底材料上长氮化镓我们称为异质外延片。
目前包括蓝宝石,碳化硅,硅等是氮化镓外延片主流的异质衬底材料。
其中蓝宝石基氮化镓外延片只能用来做LED;硅基氮化镓可以做功率器件和小功率的射频;碳化硅基本氮化镓可以制造大功率LED、功率器件和大功率射频芯片。
本次小米发售的快充头,就是硅基氮化镓做的功率器件的一个典型应用场景。
为什么同是外延片,应用差异这么大?
氮化镓外延片的用来制造器件有很多具体的指标,包括晶格缺陷、径向偏差、电阻率、掺杂水平、表面粗糙度、翘曲度等,在不同的衬底材料长的外延层晶体质量差别较大。
其中氮化镓和3C碳化硅,有着非常接近的晶格体系,两者适配度非常高,超过95%,因此碳化硅衬底上长氮化镓外延,外延层质量非常好,可以用来做高端产品,包括大射频功率、大功率器件、大功率LED、激光雷达等。
硅和氮化镓晶体适配度非常低,不到83%,因此硅上无法直接长外延层。需要长多道缓冲层来过渡,因此外延层质量水平就比碳化硅基差不少,因此硅基氮化镓只能用来做小功率射频,中小功率器件。
蓝宝石基氮化镓,因为衬底材料的问题,无法应用到射频和功率领域,只能用作普通的LED灯。
虽然都是氮化镓外延片,但是由于衬底材料的不同,外延层晶体质量差异较大,应用也不尽相同。
蓝宝石片最便宜,硅基次之,碳化硅较贵,氮化镓最贵。
台湾的芯片产业之所以在世界上具有影响力就是因为台积电的存在。在全世界高端半导体中有50%在台湾地区生产,所以可以看出台湾半导体产业具有非常强的竞争力。
台积电是如何发展起来的?
台湾半导体产业的真正发展,其实源于1980年代美国对日本的经济打击。当时,美国人意识到日本的半导体产业有超越美国的趋势,开始找借口攻击东芝等日本公司,同时也协助韩国和台湾的公司进行攻击。在这方面,台湾和韩国的半导体产业在 1990 年代都取得了长足的发展。
台湾半导体到底有多复杂?
从台湾政治环境来看,台湾社会认同分化,政治反对广泛,民粹主义猖獗,执政的民进党独裁,缺乏强有力的监督和约束,经济政策目光短浅,加上各种政客名嘴吐槽,使得整个台湾的政治生态和社会生态是矛盾的、浮躁的,总是有对抗和升级的可能。台湾半导体产业发展的政治环境并不稳定、不理想,甚至非常复杂。
台积电是美国人限制大陆发展的棋子。
由于美国执意挑起中美贸易争端并在政治上搞所谓中美对抗,半导体产业作为战略产业自然首当其冲,目前美国等西方国家都在打压发展。对中国半导体产业的围攻。其中一个环节是赢得和使用台积电。总的来说,基于许多源自美国甚至依赖美国的技术,商业台积电仍然选择与西方国家保持良好的关系,甚至跟美国一些西方国家联合起来针对大陆企业,在一定限度上影响大陆发展。
总而言之,台积电这样的台湾半导体产业的发展当然离不开上述台湾政治环境、两岸关系和国际环境。
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