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出品方/分析師：天風證券 潘暕 駱奕揚 程如瑩

1、半導體需求依舊高企，短期供需平衡難以實現

1.1. 新應用多點開花，帶動需求快速起量

1）AIoT黃金時代已至，開啟半導體“千億級”大賽道

AIoT智慧物聯網進入發展“加速段”：智慧化技術配套已成熟，未來十年快速成長。

2021年受到疫情影響帶動防疫+居家雙重需求，助推大量AIoT場景落地。國內AIoT龍頭連線裝置量環比快速上升，大量AIoT應用場景快速落地；是AIoT應用成熟需求快速融合的階 段，疊加疫情催化智慧類產品放量，為快速發展元年；預計未來十年應用持續普及，為黃金十年。

AIoT驅動半導體市場規模，有望達到2500億人民幣。

感測器與晶片生產商在AIoT產業鏈中，價值量佔比約為10%；按照2021年全球AIoT市場規模3740億美元計算，預計半導體價值量達到374億美元，約為2500億元。

半導體是促進智慧家居、智慧建築、智慧健康、智慧醫療、智慧工控、智慧城市等各領域落地與興起，疊加應用落地與需求提升，使其中半導體板塊重點受益。

2）新能源汽車加速入場，汽車半導體價值和量有望同步升級

汽車電子所展現的顛覆性趨勢不可小覷，隨著AIOT和新能源汽車的加速滲透，汽車半導體的價值和量有望同步升級。

按照國家規劃的發展願景，2025年新能源汽車銷量有望突破500萬輛，保有量將在2000萬輛。

預計2030年，汽車電子在整車中的成本佔比會從2000年的18%增加到45%，為涉足汽車領域的電子及半導體企業提供了莫大的機遇。

圖 3：汽車電子及半導體成本分佈（%）

3）5G時代來臨，引領射頻濾波器等市場需求高速起量

隨著5G通訊的大力發展，以及物聯網接入裝置和其他近場連線方式的增加，手機射頻前端市場將從2017年的150億美元增長到2023年的350億美元，年複合增長率達14%。

細分市場中，濾波器佔最大市場份額且未來發展速度超過射頻前端市場均值，市場從2017 年的80億美元預計增長到2023年的225億美元，年複合增長率高達19%。

5G手機中半導體消費量將高於4G手機。因為訊號頻譜增加，5G手機中的射頻前端、天線和功率放大器價值量將會顯著提升，同時伴隨高速網路下載大容量檔案的需要，5G手機的快閃記憶體用量將比4G手機顯著增長。

此外，5G時代會有海量外部裝置的接入，相應的將帶動各種智慧終端內處理器、模擬晶片和感測器等半導體產品的用量提升，從而帶動相關晶片需求增長。

1.2. 半導體產能依舊吃緊，短期難以滿足下游需求

我們以功率半導體為例，測算出短期因新能源汽車等下游應用帶動，產能仍供不應求。功率半導體作為現代社會的“電力心臟”是拉動電力電子產業發展的核心力量，我國功率半導體主要需求領域中汽車佔比最高。

新能源汽車將帶來功率半導體的持續增長，預計2025年我國IGBT+MOSFET與新能源汽車相關增量為124億元。

隨著電路越來越複雜與多樣，功率半導體的種類呈現多元化。功率半導體廣泛應用於移動通訊、消費電子、電動車、軌道交通、工業控制、發電與配電等電力電子領域，主要分為功率分立器件、功率積體電路和功率模組三類。

產能方面，目前主要功率半導體廠商在境內共有29條功率半導體產線，9條在建及擬建產線，建設充分的產能能夠充分支撐下游需求的快速增長，為國產替代建立良好的基礎。

根據不完全統計，截至2021年3月，宣佈在建和擬建的含功率半導體在內的國內產線為9 條，具體如下圖。

值得注意的是，整體估算從晶圓廠開建到達產需要3年左右的時間，由此可見以上擴建的大部分產能對緩解目前供需緊張的情況將在2023年後才能逐步顯現。

目前國內功率半導體可以實現的產能約為39萬片/月。經測算到2021年增加的產能約為8萬片/月，2023為10.4萬片/月，2024為20.7萬片/月。

下半年代工廠漲價延續，以臺積電為首的多家國際、國內製造大廠調漲晶片報價，行業高景氣持續。

2020年Q3以來，半導體公司紛紛上調產品價格。

這波漲價熱潮一直延續至今，臺積電8月24日先行向聯發科、瑞昱與聯詠等多家客戶告知16奈米以上製程將全面大漲20%，12月新單將正式生效，也就是目前所談定的11月訂單全部收完後，12月晶圓產出(wafer out)正式起漲。此外，聯電、中芯、GlobalFoundries(GF)、世界先進、力積電與華虹等多家晶圓代工廠宣佈漲價。

擴產週期向上，持續看好國產半導體裝置材料的機會。

半導體擴產週期正在上行：全球晶圓代工資本開支佔收入比重達53%，連續三年提高。半導體產能有望持續向大陸轉移，2020-2030大陸半導體資本開支複合增速有望高於全球。貿易摩擦背景下，中國大陸半導體裝置材料國產化率未來有望持續提高。綜合製造板塊的加速擴張，疊加國產化率提高，我們判斷半導體裝置材料板塊有預期上修空間，持續看好國產半導體裝置材料的機會。

2、第三代半導體有望成為綠色經濟的中流砥柱

第三代半導體助力“碳達峰、碳中和”目標的實現。

第三代半導體材料和技術對於建成可迴圈的高效、高可靠性的能源網路起到至關重要的作用，可助力實現光伏、風電（電能生產），直流特高壓輸電（電能傳輸），新能源汽車、工業電源、機車牽引、消費電源（電能使用）等領域的電能高效轉換，推動能源綠色低碳發展。

當前能源技術革命已經從電力高階裝備的發展逐步向由材料革命的發展來帶動和引領，第三代半導體有望成為綠色經濟的中流砥柱。

“四個革命、一個合作”的能源安全戰略，承諾中國在2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。國家電網“碳達峰、碳中和”行動方案提出了“兩個50%”的目標，2050年清潔能源佔電能生產的比例將超過50%，電能在終端能源消費中的佔比將超 50%。

實現“碳達峰、碳中和”關鍵在於加快推進能源開發清潔替代和能源消費電能替代，實現能源生產清潔主導、能源使用電能主導。

新基建、“碳達峰、碳中和”的政策與規劃密集推出，第三代半導體至關重要。

第三代半導體材料和器件應用於清潔能源領域如光伏、風電等，以及提升能源使用效率領域如直流特高壓輸電、新能源汽車、軌道交通等，將對實現“碳達峰、碳中和”起到至關重要的作用。

SiC助力汽車降低5倍能力損耗。

以第三代半導體的典型應用場景——新能源汽車為例，根據福特汽車公開的資訊，相比於傳統矽晶片（如IGBT）驅動的新能源汽車，由第三代半導體材料製成晶片驅動的新能源汽車，可以將能量損耗降低5倍左右。

SiC提高電機逆變器效率4%，整車續航里程約7%。

作為第三代半導體的代表，碳化矽技術的應用與整車續航里程的提升也有著緊密的聯絡，第三代半導體材料在提高能效、電源系統小型化、提高耐壓等方面的效能已經達到了矽器件無法企及的高度。

小鵬汽車動力總成中心IPU硬體高階專家陳宏表示，相比矽基功率半導體，第三代半導體碳化矽MOSFET具有耐高溫、低功耗及耐高壓等特點。採用碳化矽技術後，電機逆變器的效率能夠 提升約4%，整車續航里程將增加約7%。

SiC賦能光伏發電，增加太陽能轉換效率。

碳化矽作為典型的寬禁帶材料，因其物理特性 在太陽能管理中相比矽具有多種材料優勢。碳化矽具備的材料優勢諸如導熱率是矽的三 倍、可承受的擊穿電場是矽的10倍、較低的導通電阻、柵極電荷和反向恢復電荷特性， 使得碳化矽器件與矽同等器件相比，可以以更高的電壓、頻率和電流來開關，同時更高 效地管理熱量累積。碳化矽的這些優勢在功率升壓電路中發揮了作用，它使太陽能轉換 的效率更高。

據國際能源署IEA估計，如果到2024年，假如僅2%的分散式太陽能光伏系統部署了碳化矽，其額外可產生的發電量將多達10GW。

圖 5：採用 SiC MOSFET 的雙通道升壓模組

GaN 和 SiC 是太陽能逆變器的關鍵。

據 Lux Research 研究，由氮化鎵和碳化矽製成的分散式電力電子系統可以將太陽能微型和串狀逆變器的效率提高98%以上，二極體的能量增益超過1.5%，而電晶體的能量增益超過 4%。氮化鎵和碳化矽還可以透過降低無源元件的故障率、減少佔地面積和節省安裝成本等方式間接節約成本。

此外，他們優越的熱導率減少了逆變器中散熱器的尺寸，進而減少了材料成本。

超高壓SiC器件在智慧電網固態變壓器中的應用有利於智慧電網的進一步發展。在電網系統建設中，電力變壓器是電壓變換和電氣隔離的基礎裝置，是電力網路的核心。固態變壓器(SST)又稱電力電子變壓器，與傳統變壓器相比，具有體積小、重量輕、供電質量高、功率因數高、自動限流、具備無功補償能力、頻率變換、輸出相數變換等優點。

但是由於在電壓、功率耐量等方面的限制，矽基大功率器件在固態變壓器應用中不得不採用器件串、並聯技術和複雜的電路拓撲來達到實際應用的要求，這使得裝置的故障率和成本大大增加。而寬禁帶半導體材料碳化矽則因其耐高壓和耐高溫的物理特性，可以更好地適應於智慧電網的固態變壓器的材料需求，簡化固態變壓器的電路結構，減小散熱器空間，並透過提升開關頻率來提高單位功率密度。

GaN FET在汽車和工業領域獨具優勢,助力減少碳排放。

GaN FET有較高功率密度和效率，並可以大幅減少電源磁性器件的尺寸、延長電池續航、提升系統可靠性、降低設計成本。第三代半導體材料在汽車和工業領域的應用也有助於生產生活中節約能耗，進而減少相關活動的碳排放。

GaN功率器件在資料中心的應用可以大幅降低資料中心的能耗，幫助減少30-40%的能源浪費。據元拓高科資訊，若全球採用矽晶片器件的資料中心都升級為氮化鎵功率晶片器件，那麼全球的資料中心將減少30-40%的能源浪費，相當於節省了100兆瓦時太陽能和減少1.25億噸二氧化碳排放量。

在碳達峰、碳中和背景下，我國第三代半導體產業持續穩定發展。

技術方面我國研發能力逐步提升，量產技術逐漸成熟。

國際SiC商業化襯底以6英寸為主，逐步向8英寸過渡；國內SiC商業化襯底以4英寸為主，逐步向6英寸過渡；國內外SiC基GaN外延片主流尺寸為4英寸，並逐步向6英寸發展；Si基GaN外延片主流尺寸為6英寸，並逐步向8英寸發展。

SiC MOSFET產品相繼推出，車規級成為關注焦點，多家企業推出符合AEC-Q101標準的SiC、GaN量產產品。

GaN 電力電子器件實現650V產品量產能力，主要應用於PD快充。

商業化GaN射頻器件供應上量，下游應用市場快速開啟。黃光LED晶片發光效率達到27.9%，世界領先UVA波段紫外LED已有成熟的商業化產品並能滿足應用的需求，外量子效率已超過UVC波段深紫外LED產品的外量子效率約5%。Mini/Micro-LED技術取得了較快速的進展，Mini-LED背光產品密集釋出，規模商業化應用已經開啟Micro-LED巨量轉移效率不斷提升，多家廠商展出樣機。

產業方面，國內企業強化佈局，第三代半導體產業進入擴張期；

產線陸續開通，大尺寸晶圓漸成主流；產能進一步增長，供給仍然不足。市場方面SiC功率器件價格持續下降，與Si器件價差進一步縮小；新能源汽車成為市場的主要拉動力，上下游合作趨勢日益明顯，第三代半導體產品加速進入汽車供應鏈；5G基站開始大規模建設，整體市場超千億；快充市場爆發，對第三代半導體的需求呈現了前所未有的增長趨勢；Mini/Micro-LED以及紫外LED市場的前景較為明確，產業化應用逐步開啟。

行業公司：

看好綠色能源需求驅動下第三代半導體大發展，前瞻佈局+高質量研發第三代半導體的優質龍頭企業，三安光電/聞泰科技/立昂微/士蘭微；斯達半導/華潤微/揚傑科技/賽微電子/新潔能/捷捷微電/華微電子

風險提示：

疫情繼續惡化、貿易戰影響、需求不及預期

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