半導(dǎo)體材料可分為單質(zhì)半導(dǎo)體及化合物半導(dǎo)體兩類(lèi)，前者如硅（Si）、鍺(Ge）等所形成的半導(dǎo)體，后者為砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等化合物形成。半導(dǎo)體在過(guò)去主要經(jīng)歷了三代變化。砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）半導(dǎo)體分別作為第二代和第三代半導(dǎo)體的代表，相比第一代半導(dǎo)體高頻性能、高溫性能優(yōu)異很多，制造成本更為高昂，可謂是半導(dǎo)體中的新貴。

三大化合物半導(dǎo)體材料中，GaAs占大頭，主要用于通訊領(lǐng)域，全球市場(chǎng)容量接近百億美元，主要受益通信射頻芯片尤其是PA升級(jí)驅(qū)動(dòng)；GaN大功率、高頻性能更出色，主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，目前市場(chǎng)容量不到10億美元，隨著成本下降有望迎來(lái)廣泛應(yīng)用；SiC主要作為高功率半導(dǎo)體材料應(yīng)用于汽車(chē)以及工業(yè)電力電子，在大功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

超越摩爾：光學(xué)、射頻、功率等模擬IC持續(xù)發(fā)展

摩爾定律放緩，集成電路發(fā)展分化?，F(xiàn)在集成電路的發(fā)展主要有兩個(gè)反向：More Moore （深度摩爾）和More than Moore （超越摩爾）。摩爾定律是指集成電路大概18個(gè)月的時(shí)間里，在同樣的面積上，晶體管數(shù)量會(huì)增加一倍，但是價(jià)格下降一半。但是在28nm時(shí)遇到了阻礙，其晶體管數(shù)量雖然增加一倍，但是價(jià)格沒(méi)有下降一半。More Moore （深度摩爾）是指繼續(xù)提升制程節(jié)點(diǎn)技術(shù)，進(jìn)入后摩爾時(shí)期。與此同時(shí)，More than Moore （超越摩爾）被人們提出，此方案以實(shí)現(xiàn)更多應(yīng)用為導(dǎo)向，專(zhuān)注于在單片IC上加入越來(lái)越多的功能。

模擬IC更適合在More than Moore （超越摩爾）道路。先進(jìn)制程與高集成度可以使數(shù)字IC具有更好的性能和更低的成本，但是這不適用于模擬IC。射頻電路等模擬電路往往需要使用大尺寸電感，先進(jìn)制程的集成度影響并不大，同時(shí)還會(huì)使得成本升高；先進(jìn)制程往往用于低功耗環(huán)境，但是射頻、電源等模擬IC會(huì)用于高頻、高功耗領(lǐng)域，先進(jìn)制程對(duì)性能甚至有負(fù)面影響；低電源和電壓下模擬電路的線(xiàn)性度也難以保證。PA主要技術(shù)是GaAs，而開(kāi)關(guān)主要技術(shù)是SOI，More than Moore （超越摩爾）可以實(shí)現(xiàn)使用不同技術(shù)和工藝的組合，為模擬IC的進(jìn)一步發(fā)展提供了道路。

第三代半導(dǎo)體適應(yīng)更多應(yīng)用場(chǎng)景。硅基半導(dǎo)體具有耐高溫、抗輻射性能好、制作方便、穩(wěn)定性好?？煽慷雀叩忍攸c(diǎn)，使得99%以上集成電路都是以硅為材料制作的。但是硅基半導(dǎo)體不適合在高頻、高功率領(lǐng)域使用。2G、3G 和 4G等時(shí)代PA主要材料是 GaAs，但是進(jìn)入5G時(shí)代以后，主要材料是GaN。5G的頻率較高，其跳躍式的反射特性使其傳輸距離較短。由于毫米波對(duì)于功率的要求非常高，而GaN具有體積小功率大的特性，是目前最適合5G時(shí)代的PA材料。SiC和GaN等第三代半導(dǎo)體將更能適應(yīng)未來(lái)的應(yīng)用需求。

模擬IC關(guān)注電壓電流控制、失真率、功耗、可靠性和穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)者需要考慮各種元器件對(duì)模擬電路性能的影響，設(shè)計(jì)難度較高。數(shù)字電路追求運(yùn)算速度與成本，多采用CMOS工藝，多年來(lái)一直沿著摩爾定律發(fā)展，不斷采用地更高效率的算法來(lái)處理數(shù)字信號(hào)，或者利用新工藝提高集成度降低成本。而過(guò)高的工藝節(jié)點(diǎn)技術(shù)往往不利于實(shí)現(xiàn)模擬IC實(shí)現(xiàn)低失真和高信噪比或者輸出高電壓或者大電流來(lái)驅(qū)動(dòng)其他元件的要求，因此模擬IC對(duì)節(jié)點(diǎn)演進(jìn)需求相對(duì)較低遠(yuǎn)大于數(shù)字IC。模擬芯片的生命周期也較長(zhǎng)，一般長(zhǎng)達(dá)10年及以上，如仙童公司在1968年推出的運(yùn)放μA741賣(mài)了近五十年還有客戶(hù)在用。

目前數(shù)字IC多采用CMOS工藝，而模擬IC采用的工藝種類(lèi)較多，不受摩爾定律束縛。模擬IC的制造工藝有Bipolar工藝、CMOS工藝和BiCMOS工藝。在高頻領(lǐng)域，SiGe工藝、GaAs工藝和SOI工藝還可以與Bipolar和BiCMOS工藝結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的性能。而在功率領(lǐng)域，SOI工藝和BCD（BiCMOS基礎(chǔ)上集成DMOS等功率器件）工藝也有更好的表現(xiàn)。模擬IC應(yīng)用廣泛，使用環(huán)節(jié)也各不相同，因此制造工藝也會(huì)相應(yīng)變化。

砷化鎵（GaAs）：無(wú)線(xiàn)通信核心材料，受益5G大趨勢(shì)

相較于第一代硅半導(dǎo)體，砷化鎵具有高頻、抗輻射、耐高溫的特性，因此廣泛應(yīng)用在主流的商用無(wú)線(xiàn)通信、光通訊以及國(guó)防軍工用途上。無(wú)線(xiàn)通信的普及與硅在高頻特性上的限制共同催生砷化鎵材料脫穎而出，在無(wú)線(xiàn)通訊領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用。

基帶和射頻模塊是完成3/4/5G蜂窩通訊功能的核心部件。射頻模塊一般由收發(fā)器和前端模組（PA、Switch、Filter）組成。其中砷化鎵目前已經(jīng)成為PA和Switch的主流材料。

4G/5G頻段持續(xù)提升，驅(qū)動(dòng)PA用量增長(zhǎng)。由于單顆PA芯片僅能處理固定頻段的信號(hào)，所以蜂窩通訊頻段的增加會(huì)顯著提升智能手機(jī)單機(jī)PA消耗量。隨著4G通訊的普及，移動(dòng)通訊的頻段由2010年的6個(gè)急速擴(kuò)張到43個(gè)，5G時(shí)代更有有望提升至60以上。目前主流4G通信采用5頻13模，平均使用7顆PA，4個(gè)射頻開(kāi)關(guān)器。

目前砷化鎵龍頭企業(yè)仍以IDM模式為主，包括美國(guó)Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago、Cree、德國(guó)Infineon等。同時(shí)我們也注意到產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式開(kāi)始逐漸由IDM模式轉(zhuǎn)為設(shè)計(jì)+代工生產(chǎn)，典型事件為代工比例持續(xù)提升、avago去年將科羅拉多廠(chǎng)出售給穩(wěn)懋等。我們認(rèn)為GaAs襯底和器件技術(shù)不斷成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)品多樣化、器件設(shè)計(jì)的價(jià)值顯著，設(shè)計(jì)+制造的分工模式開(kāi)始增加。

從Yole Development等第三方研究機(jī)構(gòu)估算來(lái)看，2017年全球用于PA的GaAs 器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到80-90億美元，大部分的市場(chǎng)份額集中于Skyworks、Qorvo、Avago 三大巨頭。預(yù)計(jì)隨著通信升級(jí)未來(lái)兩年有望正式超過(guò)100億美元。

同時(shí)應(yīng)用市場(chǎng)決定無(wú)需60 nm線(xiàn)寬以下先進(jìn)制程工藝，不追求最先進(jìn)制程工藝是另外一個(gè)特點(diǎn)?；衔锇雽?dǎo)體面向射頻、高電壓大功率、光電子等領(lǐng)域，無(wú)需先進(jìn)工藝。GaAs和GaN器件以0.13、0.18μm以上工藝為主。Qorvo正在進(jìn)行90nm工藝研發(fā)。此外由于受GaAs和SiC襯底尺寸限制，目前生產(chǎn)線(xiàn)基本全為4英寸和6英寸。以Qorvo為例，我們統(tǒng)計(jì)下來(lái)氮化鎵制程基本線(xiàn)寬在0.25-0.50um，生產(chǎn)線(xiàn)以4英寸為主。

氮化鎵&碳化硅：高壓高頻優(yōu)勢(shì)顯著

氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)并稱(chēng)為第三代半導(dǎo)體材料的雙雄，由于性能不同，二者的應(yīng)用領(lǐng)域也不相同。由于氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、飽和電子速率大、熱導(dǎo)率高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為高溫、高頻、大功率微波器件的首選材料之一。

氮化鎵：5G時(shí)代來(lái)臨，射頻應(yīng)用前景廣闊

目前氮化鎵器件有三分之二應(yīng)用于軍工電子，如軍事通訊、電子干擾、雷達(dá)等領(lǐng)域；在民用領(lǐng)域，氮化鎵主要被應(yīng)用于通訊基站、功率器件等領(lǐng)域。氮化鎵基站PA的功放效率較其他材料更高，因而能節(jié)省大量電能，且其可以幾乎覆蓋無(wú)線(xiàn)通訊的所有頻段，功率密度大，能夠減少基站體積和質(zhì)量。

特色工藝代工廠(chǎng)崛起，分工大勢(shì)所趨。全球半導(dǎo)體分為IDM(Integrated Device Manufacture，集成電路制造)模式和垂直分工模式兩種商業(yè)模式，老牌大廠(chǎng)由于歷史原因，多為IDM模式。隨著集成電路技術(shù)演進(jìn)，摩爾定律逼近極限，各環(huán)節(jié)技術(shù)、資金壁壘日漸提高，傳統(tǒng)IDM模式弊端凸顯，新銳廠(chǎng)商多選擇Fabless（無(wú)晶圓廠(chǎng)）模式，輕裝追趕。同時(shí)英飛凌、TI、AMD等老牌大廠(chǎng)也逐漸將全部或部分制造、封測(cè)環(huán)節(jié)外包，轉(zhuǎn)向Fab-Lite（輕晶圓廠(chǎng)）甚至Fabless模式。

氮化鎵射頻器件高速成長(zhǎng)，復(fù)合增速23%，下游市場(chǎng)結(jié)構(gòu)整體保持穩(wěn)定。研究機(jī)構(gòu)Yole Development數(shù)據(jù)顯示，2017年氮化鎵射頻市場(chǎng)規(guī)模為3.8億美元，將于2023年增長(zhǎng)至13億美元，復(fù)合增速為22.9%。下游應(yīng)用結(jié)構(gòu)整體保持穩(wěn)定，以通訊與軍工為主，二者合計(jì)占比約為80%。

碳化硅：功率器件核心材料，新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)成長(zhǎng)

SiC主要用于大功率高頻功率器件。以SiC為材料的二極管、MOSFET、IGBT等器件未來(lái)有望在汽車(chē)電子領(lǐng)域取代Si。目前SiC半導(dǎo)體仍處于發(fā)展初期，晶圓生長(zhǎng)過(guò)程中易出現(xiàn)材料的基面位錯(cuò)，以致SiC器件可靠性下降。另一方面，晶圓生長(zhǎng)難度導(dǎo)致SiC材料價(jià)格昂貴，預(yù)計(jì)想要大規(guī)模得到應(yīng)用仍需一段時(shí)期的技術(shù)改進(jìn)。

Die Size和成本是碳化硅技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的核心變量。我們比較目前市場(chǎng)主流1200V硅基IGBT及碳化硅基MOSFET，可以發(fā)現(xiàn)SiC基MOSFET產(chǎn)品較Si基產(chǎn)品能夠大幅減少Die Size，且表現(xiàn)性能更好。但是目前最大阻礙仍在于Wafer Cost，根據(jù)yole development測(cè)算，單片成本SiC比Si基產(chǎn)品高出7-8倍。

研究機(jī)構(gòu)IHS預(yù)測(cè)到2025年SiC功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到30億美元。在未來(lái)的10年內(nèi)，SiC器件將開(kāi)始大范圍地應(yīng)用于工業(yè)及電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域?？v觀全球SiC主要市場(chǎng)，電力電子占據(jù)了2016-2017年最大的市場(chǎng)份額。該市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)因素是由于電源供應(yīng)和逆變器應(yīng)用越來(lái)越多地使用SiC器件。

SiC近期產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度加速，上游產(chǎn)業(yè)鏈開(kāi)始擴(kuò)大規(guī)模和鎖定貨源。我們根據(jù)整理CREE公告，可以發(fā)現(xiàn)近期碳化硅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度開(kāi)始加速，ST、英飛凌等中游廠(chǎng)商開(kāi)始鎖定上游晶圓貨源：

2019年1月公告：CREE與ST簽署一項(xiàng)為期多年的2.5億美元規(guī)模的生產(chǎn)供應(yīng)協(xié)議，Wolfspeed將會(huì)向ST供應(yīng)150㎜SiC晶圓。

2018年10月公告：CREE宣布了一項(xiàng)價(jià)值8,500萬(wàn)美元的長(zhǎng)期協(xié)議，將為一家未公布名稱(chēng)的“領(lǐng)先電力設(shè)備公司”生產(chǎn)和供應(yīng)SiC晶圓。

2018年2月公告：Cree與英飛凌簽訂了1億美元的長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議，為其光伏逆變器、機(jī)器人、充電基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)電源、牽引和變速驅(qū)動(dòng)器等產(chǎn)品提供SiC晶圓。

兩大驅(qū)動(dòng)力：5G提速+汽車(chē)電氣化

5G加速推進(jìn)，射頻市場(chǎng)有望高速成長(zhǎng)

海外率先商用，5G提速預(yù)期強(qiáng)烈

海外5G率先商用，國(guó)內(nèi)5G推進(jìn)有望加速！4月3日，美國(guó)運(yùn)營(yíng)商Verizon宣布在部分地區(qū)推出5G服務(wù)；4月5日，韓國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商宣布開(kāi)始針對(duì)普通消費(fèi)者的5G商用服務(wù)；4月10日，日本政府向四大運(yùn)營(yíng)商分配5G頻段，預(yù)計(jì)明年春正式商用；我們認(rèn)為，在海外5G積極推進(jìn)商用的節(jié)奏下，國(guó)內(nèi)5G有望加速。

隨著5G的推廣，從5G的建設(shè)需求來(lái)看，5G將會(huì)采取"宏站加小站"組網(wǎng)覆蓋的模式，歷次基站的升級(jí)，都會(huì)帶來(lái)一輪原有基站改造和新基站建設(shè)潮。2017年我國(guó)4G廣覆蓋階段基本結(jié)束，4G宏基站達(dá)到328萬(wàn)個(gè)。根據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)，5G宏基站總數(shù)量將會(huì)是4G宏基站1.1~1.5倍，對(duì)應(yīng)360萬(wàn)至492萬(wàn)5G宏基站。

于此同時(shí)在小站方面，毫米波高頻段的小站覆蓋范圍是10~20m，應(yīng)用于熱點(diǎn)區(qū)域或更高容量業(yè)務(wù)場(chǎng)景，其數(shù)量保守估計(jì)將是宏站的2倍，由此我們預(yù)計(jì)5G小站將達(dá)到950萬(wàn)個(gè)。

氮化鎵將占射頻器件市場(chǎng)半壁江山

基站建設(shè)將是氮化鎵市場(chǎng)成長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力之一。

Yole development數(shù)據(jù)顯示，2018年，基站端氮化鎵射頻器件市場(chǎng)規(guī)模不足2億美元，預(yù)計(jì)到2023年，基站端氮化鎵市場(chǎng)規(guī)模將超5億美元。氮化鎵射頻器件市場(chǎng)整體將保持23%的復(fù)合增速，2023年市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)13億美元。

氮化鎵將占射頻器件市場(chǎng)半壁江山。在射頻器件領(lǐng)域，目前LDMOS（橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體）、GaAs（砷化鎵）、GaN（氮化鎵）三者占比相差不大，但據(jù)Yole development預(yù)測(cè)，至2025年，砷化鎵市場(chǎng)份額基本維持不變的情況下，氮化鎵有望替代大部分LDMOS份額，占據(jù)射頻器件市場(chǎng)約50%的份額。

汽車(chē)電氣化推動(dòng)碳化硅市場(chǎng)快速成長(zhǎng)

汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)快速增長(zhǎng)

汽車(chē)IC快速增長(zhǎng)，成半導(dǎo)體增長(zhǎng)亮點(diǎn)。根據(jù)IC Insights數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2018年汽車(chē)IC增速可達(dá)18.5%，規(guī)?？蛇_(dá)323億美元。到 2021 年，汽車(chē) IC 市場(chǎng)將會(huì)增長(zhǎng)到 436 億美元，2017 年到 2021 年之間的復(fù)合增長(zhǎng)率為 12.5%，為復(fù)合增長(zhǎng)率最高的細(xì)分市場(chǎng)模塊，也是未來(lái)的主要驅(qū)動(dòng)力之一。

汽車(chē)模擬IC增長(zhǎng)強(qiáng)勁，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能手機(jī)的超越。智能手機(jī)的高速增長(zhǎng)曾經(jīng)是帶動(dòng)半導(dǎo)體市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，如今汽車(chē)成為下一位選手。根據(jù)HIS數(shù)據(jù)，從體量上看，2015年汽車(chē)模擬IC市場(chǎng)將已經(jīng)超過(guò)的智能手機(jī)市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2018年汽車(chē)模擬IC市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)102億美元。與此同時(shí)，由于汽車(chē)市場(chǎng)增速高于其他子行業(yè)，其模擬IC銷(xiāo)售占比也逐年增加。

環(huán)保需求持續(xù)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)電氣化進(jìn)程

環(huán)保節(jié)能需求推動(dòng)汽車(chē)電氣化，新能源汽車(chē)快速增長(zhǎng)。由于各國(guó)政府對(duì)能源和環(huán)境問(wèn)題高度重視，紛紛提出禁售燃油車(chē)計(jì)劃，汽車(chē)電氣化幾乎是必然趨勢(shì)。Katusa Research數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)，美國(guó)和德國(guó)將成為電動(dòng)汽車(chē)的主要推廣者，致使2040年電動(dòng)汽車(chē)年均銷(xiāo)售量可達(dá)6千萬(wàn)量。新能源汽車(chē)能夠有效降低燃油消耗量，而新能源汽車(chē)需要用到大量的電源類(lèi)IC（比如升降電壓用的DC/DC），模擬IC行業(yè)可從中受益。

汽車(chē)硅含量持續(xù)提升，碳化硅市場(chǎng)顯著受益

汽車(chē)電氣化程度逐步加深，硅價(jià)值量持續(xù)增長(zhǎng)。各車(chē)企紛紛推出新能源車(chē)，以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)電動(dòng)化的軟替代，常見(jiàn)的新能源汽車(chē)包括混合動(dòng)力汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)、增程式電動(dòng)汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)。隨著電氣化程度的提升，汽車(chē)半導(dǎo)體價(jià)值量也水漲船高。2018年中度混合動(dòng)力汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)單車(chē)半導(dǎo)體價(jià)值量分別達(dá)475、740和750美元，根據(jù)Strategy Analytics預(yù)測(cè)，2025年度混合動(dòng)力汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量分別可達(dá)到0.17億、0.13億、0.08億，合計(jì)半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)237億美元。

電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)將是碳化硅器件成長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。根據(jù)Yole development預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年新能源汽車(chē)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、鐵路對(duì)碳化硅市場(chǎng)增長(zhǎng)影響較大，其中增量?jī)r(jià)值最高的為新能源汽車(chē)，包括汽車(chē)本身以及由此帶動(dòng)的各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

汽車(chē)處于安全性考慮，需要包含各個(gè)子系統(tǒng)的穩(wěn)壓、靜電保護(hù)、信號(hào)隔絕等需求，同時(shí)還需要眾多與電力系統(tǒng)配套的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，包括充電器、電池管理、逆變器、次逆變器、DC/DC以及各種接口等。因此汽車(chē)電動(dòng)化給功率半導(dǎo)體帶來(lái)了更廣闊的市場(chǎng)空間。