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    全球及中国第三代半导体材料行业未来发展规模及应用领域分析:5G建设推动GaN射频高速增长[图].docx

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    全球及中国第三代半导体材料行业未来发展规模及应用领域分析:5G建设推动GaN射频高速增长[图].docx

    全球及中国第三代半导体材料行业未来发展规模及应用领域分析:5G建设推动GaN射频高速增长图 一、发展过程及产业链 第三代半导体材料主要包括SiC、GaN、金刚石等,因其禁带宽度2.3电子伏特(eV),又被称为宽禁带半导体材料。在第三代半导体材料中,目前发展较为成熟的是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN),这两种材料是当下规模化商用最主要的选择。 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、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力,更适合于制作高温、高频、大功率及抗辐射器件,可广泛应用在高压、高频、高温以及高可靠性等领域,包括射频通信、雷达、卫星、电源管理、汽车电子、工业电力电子等。 GaN和SiC芯片的产业链与硅芯片类似,主要分为晶圆衬底、外延、设计、制造和封装等环节。 GaN器件主要包括射频器件、电力电子功率器件、以及光电器件三类。GaN的商业化应用始于LED照明和激光器,其更多是基于GaN的直接带隙特性和光谱特性,相关产业已经发展的非常成熟。射频器件和功率器件是发挥GaN宽禁带半导体特性的主要应用领域。SiC主要应用于功率器件。SiC能大大降低功率转换中的开关损耗,因此具有更好的能源转换效率,更容易实现模块的小型化,更耐高温。 二、行业发展规模及应用领域分析    智研咨询发布的2021-2027年中国第三代半导体材料行业市场运营格局及未来前景展望报告显示:射频器件是无线通讯设备的基础性零部件,在无线通讯中负责电磁信号和数字信号的转换和接收与发送,GaN射频器件在功率密度上的优势使得芯片体积大为缩小;5G基站会用到多发多收天线阵列方案,GaN射频器件对于整个天线系统的功耗和尺寸都有巨大的改进;在高功率,高频率射频应用中,获得更高的带宽、更快的传输速率,以及更低的系统功耗。 根据相关数据,到2024年,预计全球GaN射频市场规模将达20亿美元,其中国防军工领域仍为最大细分领域,无线基础设施领域将达到7.5亿美元。 功率器件与前述射频功率芯片有所区分。根据GaN和SiC所适用电压的不同,两者功率器件的应用领域也有所不同。GaN功率器件主要应用领域:消费电子、数据中心电力系统、光伏逆变器、DC-DC转换器、POL转换器,以及电机驱动和D类大功率音频放大器等。SiC功率器件主要应用领域:智能电网、轨道交通、新能源汽车、光伏、风电。新能源汽车等应用的快速发展推动了GaN和SiC功率市场高速发展,预计2023年全球GaN功率器件市场规模将达到4.3亿美元;2024年全球SiC功率器件市场规模将达到19.3亿美元,其中新能源汽车应用占比将达49%。 在国内大半导体产业增长乏力的大背景下,我国第三代半导体产业实现逆势增长。据统计,2020年我国SiC、GaN电子电力和GaN微波射频产值合计达到105.5亿元,同比增长69.61%,其中:SiC、GaN电力电子产值44.7亿元,GaN微波射频产值60.8亿元。 目前,GaN主要应用在射频及快充领域。SiC重点应用于新能源汽车和充电桩领域。我国作为全球最大的新能源汽车市场,第三代半导体器件在新能源汽车充电桩领域的渗透快于整车市场,占比达38%;消费类电源(PFC)占22%;光伏逆变器占了15%;工业及商业电源、不间断电源UPS、快充电源、工业电机分别占6%、3%、3%、1%。(注:电网、风力发电市场占比不足1%,未在图中显示) 国防军事与航天应用是我国GaN微波射频器件的主要应用领域,2020年市场规模占整个GaN射频器件市场的53%;其次是无线基础设施,下游市场占比为36%。

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