2025第三代半导体SiC/GaN产业链研究报告：全球半导体竞争新战场，国产生态逐步成型

2025行业研究系列报告 全球半导体竞争新战场，国产生态逐步成型 2025年4月 深企投产业研究院 关于深企投产业研究院 深企投产业研究院是深企投集团旗下的高端智库，聚焦产业发展，服务区域经济，致力于为各地提供产业发展落地方案。研究院总部位于深圳，服务区域覆盖全国主要省市。研究院集聚一批经济研究和产业研究专家，以985院校研究生为主体，链接高校专家学者，为全国各地政府及机构提供智力支持。 基于自身的研究和咨询能力，同时借助集团的服务网络，深企投产业研究院为政府机构、国有平台、产业园区、金融机构等客户类型提供有针对性的服务。 ——政府机构客户。研究院重点提供五类服务：一是五年规划，包含发改系统的国民经济和社会发展总体规划，工信、商务、投促、文旅等政府部门的专项五年规划；二是产业规划，包含地区、片区的产业定位和产业发展专项规划；三是招商专题研究，包括产业链招商策略、招商规划、招商专案、招商图谱等；四是项目策划，发掘和策划包装契合区域禀赋、产业趋势和投资方向的项目，助力宣传推介和精准招商对接，或策划申报超长期国债等地方重点投资项目；五是项目评估，涵盖地方重点投资项目的风险评估、招商引资项目背景调查、产业基金拟投资项目尽职调查等。 ——国有平台客户。针对新时期全国各地国有城投、产投公司向国有资本投资运营转型发展的需要，聚焦国有平台投资布局的新质生产力和重点产业赛道，研究院提供产业情报、产业发展规划、企业投资标的尽职调查等服务。 ——产业园区客户。为国有园区、工业地产客户提供园区产业规划定位、产品定价策略、产品设计方案、招商运营服务方案、渠道和品牌推广策略、产业培训等服务。 ——金融机构客户。为机构投资者提供产业细分领域深度研究、投资分析、标的尽职调查等服务，减少投资过程中的信息不对称，提高投资决策准确率。 在产业研究领域，深企投产业研究院在新质生产力、战略性新兴产业、未来产业研究上具有深厚积累，每年发布原创深度报告近百份。有关低空经济、商业航天、卫星互联网、新型储能、人形机器人、生物制造、脑机接口、全球供应链等报告已获得广泛传播。 自2020年至今，深企投产业研究院团队已完咨询服务项目近百个，完成研究报告数百份，服务的地区包括广东、江苏、浙江、福建、广西、云南、贵州、湖北、四川、陕西、宁夏等多个省市。 ·深企投产业研究2025年行业研究报告· 1 第三代半导体概览 一、半导体发展历程 半导体行业，基于核心材料特性的不同，划分为第一代半导体、第二代半导体和第三代半导体，其中第二代半导体和第三代半导体又统称为“化合物半导体”。 第一代半导体，指的是主要以硅（Si）和锗（Ge）为材料制造的半导体。20世纪50年代，锗凭借在低电压、低频率、中功率晶体管及光电探测器中的应用主导半导体市场，但因耐高温与抗辐射性能不足，于60年代末被硅材料取代。硅半导体材料具有耐高温、抗辐射的特征，且高纯度溅射二氧化硅（SiO2）薄膜的应用显著提升了其稳定性与可靠性，如今硅已成为最主流的半导体材料。 第二代半导体，以化合物半导体材料砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为主要代表制造的半导体元器件。第二代半导体材料发明于20世纪 80年代，相较于第一代硅基材料，由于其禁带略宽、电子迁移率高且具有直接带隙结构，使其在高频信号处理以及光电子领域具有更优越的性能。随着信息技术和互联网的发展，第二代半导体材料在卫星通信、移动通信、光通信和GPS导航等领域得到了广泛应用。但是，砷化镓和磷化铟材料的稀缺性和高成本，以及它们的毒性和环境污染问题，限制了这些材料的进一步应用。 第三代半导体，是指使用碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、金刚石（C）、氧化锌（ZnO）等宽禁带材料制造的半导体，目前市场上主要集中在碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）两个领域。与第一代和第二 代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的 击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和速度以及更高的抗辐射能力，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，是功率半导体性能升级的主要选择。其中，碳化硅（SiC）器件具备耐高压、低损耗和高频三大优势，可以满足高温、高压、大功率等条件下的应用需求，广泛应用于新能源汽车、光伏、工控等领域；氮化镓（GaN）器件具备高开关频率、耐高温、低损耗等优势，可用于制作功率、射频、光电器件，广泛应用于消费电子、新能源车、国防、通信等领域。 表1三代半导体材料物理性能和应用特点 物理属性 第一代 第二代 第三代 Si GaAs 4H-SiC GaN 禁带宽度（eV） 1.12 1.43 3.26 3.37 击穿场强 （mV/cm） 0.3 0.06 3 5 饱和电子速率 （107cm/s） 1 2 2 2.5 热导率（W/cm·K） 1.3 0.55 4.9 2 电子迁移率 （cm2/Ns） 1350 8500 800 1250 材料类型 单质半导体 化合物半导体 化合物半导体 材料性质 间接带隙，带隙宽度较窄，饱和电子迁移率较低 直接带隙，砷化镓电子迁移率约是硅的6倍，有毒性 禁带宽度大、击穿电场强、热导率高、电子饱和率高、抗辐射 能力强 特点 主要应用于低压、低频、低功率的晶体管和探测器中 相对硅基器件具有高频、高速的光电性能 适用于高电压、高频率场景，能在更高的温度下稳定运行、电 能消耗更少 应用领域 集成电路 光电子和微电子领域 功率器件、通信等 资料来源：天岳先进招股书、平安证券研究所，深企投产业研究院整理。 三代半导体材料相互共存。各代半导体材料并非完全替代关系，将长期共存。目前市场上的半导体仍以第一代硅基材料为主，以硅基为基础的集成电路是消费电子、逻辑芯片的绝对主流，占全球半导体市场份额90%以上。第二代、第三代半导体材料在高温、高压和高频领域更多是作为有效补充，砷化镓、磷化铟专注高速高频、光电子细分市场，碳化硅、氮化镓在新能源、工业领域有不可替代的作用。不过随着摩尔定律演进逐渐放缓以及第三代半导体产品成本的降低，未来第三代半导体有望逐渐替代部分硅基半导体市场份额。 异质集成成为未来趋势。从协同来看，不同半导体进行技术融合和异质集成，兼顾性能和成本，满足多远场景，已成为未来趋势。比如，将氮化镓与低成本硅衬底结合，可用于快充和射频场景；将碳化硅与硅基IGBT结合，形成的混合模块能提升电网转换效率。 二、第三代半导体优点 由于卓越的物理性能，第三代半导体具有以下优势。 能量转换效率更高。传统的硅基材料导通电阻较高，在进行电力传输或转移的过程中会造成能量的大量损耗。第三代半导体元件具备高导热特性，材料又有宽能隙、耐高压和承受大电流的特性，可以降低导通时的损耗，更符合高温作业环境和高能效利用的要求。以新能源汽车为例，相比用传统硅芯片（如IGBT），用第三代半导体材料芯片（如SiCMOSFET和GaNHEMT）驱动的电动汽车能量耗损低5倍左右，由此大幅增加续航里程。 芯片性能提升。第三代半导体采用宽禁带材料，关断时候的漏电电流更小，导通时候的导通阻抗更小，且寄生电容远远小于硅工艺材料，所以芯片运行速度更快，功耗消耗更低，待机时间更长，还能用较大工艺节点实现硅材料先进节点的部分性能。 可承受高频高压和高温。凭借宽禁带特性，第三代半导体临界击穿电场强度高，可承受数倍于传统硅基器件的电压，且高热导率保证高功率运行时的散热与热稳定性，能在薄漂移层下实现高压阻断，减少能量损耗，适用于电动汽车、高压电网和5G基站等领域。 有助于实现产品小型化。使用碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）材料制备的功率元器件具备高速开关动作和耐热性较高两个特性，开关频率越高，构成电力转换器的电感器等部件实现小型化就越容易。另外，耐高温、电能利用率高也是电力转换器小型化的必要条件。实际应用中，采用碳化硅（SiC）器件可将电力驱动系统体积减小3-5倍。 ·深企投产业研究2025年行业研究报告· 6 碳化硅（SiC）篇 内卷竞争中加速渗透，国产化率全面提升 过去三年，全球碳化硅衬底行业经历激进的产能扩张，中国大陆企业尤为突出。产能过剩叠加技术降本，碳化硅衬底价格持续下降，导致全球及中国市场收入增长放缓，2024年以来国内碳化硅衬底行业洗牌加速。外延片同样经历产能扩张，多数企业产能将在一两年内释放。然而，上游衬底和外延片成本下降、技术成熟以及产能提升，带动下游器件和应用渗透率的提升。伴随国内新能源汽车自主品牌崛起，国产碳化硅器件企业在车规级市场份额将持续提升。 一、产品概况及应用领域 功率器件可用于对电能进行处理、转换与控制。相较于硅基功率器件，以碳化硅为衬底制成的功率器件，具备耐高压、耐高温、能量损耗低以及功率密度高的优点，能够推动功率模块向小型化、轻量化发展。具体而言，在相同规格下，碳化硅基MOSFET的尺寸相较于硅基MOSFET能大幅缩小至后者的1/10，其导通电阻至少可降至硅基MOSFET的1/100；同时，与硅基IGBT相比，相同规格碳化硅基MOSFET的总能量损耗可显著降低70%之多。 碳化硅功率分立器件主要有碳化硅二极管（如肖特基二极管SBD、JBS二极管、PiN二极管等，以SBD为主）、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、JFET（结型场效应晶体管）等。从用量和市场份额来看，SiCMOSFET、SiCSBD、SiCIGBT占据主体，如下表所示。 表2碳化硅功率器件主要产品应用领域 产品 技术特性 应用领域 应用占比 SiCMOSFET 具有低导通电阻、高频开关（MHz级别）、耐压范围广（650V-3300V） 新能源汽车电机驱动的主逆变器、直流快充桩、高频工业电源 35%-45% SiCSBD 具有零反向恢复电流、高频开关（>100kHz）和耐高温（200℃+）特性 新能源汽车车载充电机OBC、光储逆变器、消费类快充电源 30%左右 SiCIGBT 结合双极型晶体管和MOSFE优点，适用于超高压场景（>6.5kV） 智能电网（高压直流输电）、轨道交通牵引变流器 15%左右 SiCJFET 抗短路能力强、耐高温，但需负压驱动 工业电源 5%以下 资料来源：深企投产业研究院整理。 汽车应用为碳化硅功率器件最核心的应用下游，占比在75%以上。碳化硅器件主要被应用于电动汽车的主驱逆变器、DC-DC转换器、车载充电器（OBC）等部件中，在新能源汽车的功率电子系统中起着关键作用。主驱逆变器是碳化硅器件价值量最大的应用，为了提高充电效率，800V高压系统密集上车，碳化硅电驱成为电动车标配，当前还在向20万元以下车型普及。根据行家说Research统计数据，2023年全球碳化硅车型（指主驱搭载碳化硅功率模块的车型）销量 约为280万辆，预计2024年、2025年将分别增长至338万辆、450万辆。根据NE时代统计，我国新能源上险乘用车800V车型中碳化硅车型渗透率由2023年20%不到增至2025年1月的71%，2024年我国新能源上险乘用车主驱模块中碳化硅MOSFET占比为15.4%， 2025年1月进一步提升至18.9%。根据Wolfspeed的预测，2026年汽车中主驱逆变器所占据的碳化硅价值量约为83%，其次为OBC，价值量占比约为15%；DC-DC转换器中SiC价值量占比在2%左右。 此外，碳化硅在光伏储能领域的应用也愈发成熟。碳化硅在光伏逆变器及储能变流器中能够提升系统效率、简化拓扑结构、降低能量损耗，提升设备循环寿命，2024年逆变器厂商均在积极将碳化硅器件导入应用。 在充电桩领域，公共直流充电桩向更大功率、更高功率密度、更智能化等方向快速演进，要求电源模块的功率等级和功率密度不断提升，从20kW/30kW逐步提高至40kW/50kW及以上，这使得充电桩领域对SiC功率器件的需求也在快速提升。 在AI数据中心领域，碳化硅具有极小的反向恢复损耗，可以有效降低能耗，可以提升服务器电源的功率密度和效率，缩小数据中心的