從新基建與消費(fèi)電子看第三代半導(dǎo)體材料

1、目 錄一、為什么推薦投資第三代半導(dǎo)體材料 4 HYPERLINK l _TOC_250018 1、功率半導(dǎo)體下游細(xì)分領(lǐng)域帶動需求爆發(fā)式增長，將帶動第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)用 4 HYPERLINK l _TOC_250017 2、貿(mào)易摩擦加劇與摩爾定律見頂雙重背景下，底層材料提供了彎道超車的可能性 4 HYPERLINK l _TOC_250016 3、新基建與消費(fèi)電子為國內(nèi)需求打開空間 5二、功率半導(dǎo)體受益于下游新興領(lǐng)域快速發(fā)展 5 HYPERLINK l _TOC_250015 1、功率半導(dǎo)體是電路控制的核心元器件 5 HYPERLINK l _TOC_250014 2、市場規(guī)模平穩(wěn)增長，未來增

2、量空間來自于新興領(lǐng)域 7 HYPERLINK l _TOC_250013 3、國內(nèi)是最大的消費(fèi)市場，自給率不足 20% 9三、第三代半導(dǎo)體材料是功率半導(dǎo)體躍進(jìn)的基石 11 HYPERLINK l _TOC_250012 1、第三代半導(dǎo)體材料對性能提升有明顯優(yōu)勢 11 HYPERLINK l _TOC_250011 2、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用集中在襯底、射頻器件，2025 年滲透率將達(dá)到 50%以上 12 HYPERLINK l _TOC_250010 3、底層材料突破是摩爾定律延續(xù)的關(guān)鍵 14四、新基建視角：5G 射頻端需求帶動 GaN 爆發(fā)式增長 17 HYPERLINK l _TOC_250009 1、

3、宏基站射頻元器件數(shù)量大增，GaN 滲透率有望持續(xù)提升 17 HYPERLINK l _TOC_250008 2、小基站性能優(yōu)勢明顯，高功率高頻段環(huán)境下需求度提升 18五、消費(fèi)電子視角：高效能、小體積加速 GaN 消費(fèi)電子中的應(yīng)用 20 HYPERLINK l _TOC_250007 1、以充電器為代表，GaN 支持下的快充效率翻倍提升 20 HYPERLINK l _TOC_250006 2、新能源汽車市場拐點(diǎn)已至，GaN 功率器件空間可期 22六、相關(guān)上市公司 27 HYPERLINK l _TOC_250005 1、海特高新 27 HYPERLINK l _TOC_250004 2、三安光

4、電 28 HYPERLINK l _TOC_250003 3、斯達(dá)半導(dǎo) 29七、風(fēng)險提示 30 HYPERLINK l _TOC_250002 1、研發(fā)進(jìn)度不及預(yù)期 30 HYPERLINK l _TOC_250001 2、替代效果不及預(yù)期 31 HYPERLINK l _TOC_250000 3、成本控制不及預(yù)期 31圖表目錄Figure 1 功率半導(dǎo)體主要分類 6Figure 2 各功率半導(dǎo)體的主要特性及應(yīng)用場景 7Figure 3 全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模及增速 8Figure 4 國內(nèi)半導(dǎo)體市場規(guī)模及增速 8Figure 5 功率半導(dǎo)體按照輸出功率分類的應(yīng)用場景 9Figure 6 20

5、18 年全球 IGBT 市場格局 9Figure 7 2018 年全球 MOSFET 市場格局 9Figure 8 2018 年全球功率半導(dǎo)體產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 10Figure 9 2018 年國內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 10Figure 10 2018 年全球功率半導(dǎo)體市場份額 11Figure 11 2018 年中國功率半導(dǎo)體市場份額 11Figure 12 三代半導(dǎo)體材料主要特征 11Figure 13 第三代半導(dǎo)體與硅的特性對比 12Figure 14 2025 第三代半導(dǎo)體材料發(fā)展目標(biāo) 14Figure 15 摩爾定律：1971-2018 年集成電路晶體管數(shù)量變化 15Figure 16 各國第

6、三代半導(dǎo)體領(lǐng)域研發(fā)項(xiàng)目 16Figure 17 GaN 將逐步取代 LDMOS 市場份額 17Figure 18 2019 年起 5G 基站將走向建設(shè)高峰 17Figure 19 GaN 射頻器件需求量 18Figure 20 Massive MIMO 在 5G 中將大量出現(xiàn) 18Figure 21 小基站設(shè)備形態(tài)及應(yīng)用場景 19Figure 22 ANKER 快充及實(shí)際參數(shù) 20Figure 23 小米 Type-C65W 最大輸出功率發(fā)熱情況 20Figure 24 各充電方案對比 21Figure 25 智能手機(jī)與可穿戴設(shè)備中 GaN 快充測算 22Figure 26 不同自動駕駛級別所

7、對應(yīng)的智能程度 23Figure 27 汽車電子占整車成本未來趨近 50% 23Figure 28 新能源汽車是電子化的重要標(biāo)志 23Figure 29 汽車電子涉及主要環(huán)節(jié) 24Figure 30 全球與國內(nèi)汽車電子市場規(guī)模（億美元） 24Figure 31 NEV 絕大部分零部件將被電子元器件代替 25Figure 32 新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)中主要的功率元器件拆分 26Figure 33 新能源汽車與傳統(tǒng)燃油車半導(dǎo)體價值量拆分 27Figure 34 海特高新營業(yè)收入變化 28Figure 35海特高新歸母凈利潤變化 .28Figure 36海特高新毛利率及凈利率變化情況 .28F

8、igure 37海特高新三項(xiàng)費(fèi)用變化情況 .28Figure 38三安光電營業(yè)收入變化 .29Figure 39三安光電公司歸母凈利潤變化 .29Figure 40三安光電毛利率及凈利率變化情況 .29Figure 41三安光電三項(xiàng)費(fèi)用變化情況 .29Figure 42斯達(dá)半導(dǎo)營業(yè)收入變化 .30Figure 43斯達(dá)半導(dǎo)公司歸母凈利潤變化 .30Figure 44斯達(dá)半導(dǎo)毛利率及凈利率變化情況 .30Figure 45斯達(dá)半導(dǎo)三項(xiàng)費(fèi)用變化情況 .30一、為什么推薦投資第三代半導(dǎo)體材料1、功率半導(dǎo)體下游細(xì)分領(lǐng)域帶動需求爆發(fā)式增長，將帶動第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)用功率半導(dǎo)體在電子行業(yè)中應(yīng)用廣泛，且技術(shù)

9、相對成熟，目前是以硅片為襯底，帶隙寬度較小，市場普遍認(rèn)為，增長彈性不大，整體規(guī)模保持穩(wěn)定。與之有差異的是，我們認(rèn)為，未來功率半導(dǎo)體將呈現(xiàn)高性能，高增長，高集中度的發(fā)展趨勢，從而帶動第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)用需求，主要原因有以下幾點(diǎn)：1）下游新興行業(yè)增量顯著；2）自給率仍然偏低，替代空間巨大；3）未來集中產(chǎn)品碎片化將有所改善，高端產(chǎn)品如 IGBT、MOSFET 產(chǎn)品性能和技術(shù)壁壘同步提升，下游對高端產(chǎn)品的依賴度會隨之增加。功率半導(dǎo)體市場規(guī)模較大，高性能驅(qū)使下，新型半導(dǎo)體襯底材料滲透率有望進(jìn)一步提升。2、貿(mào)易摩擦加劇與摩爾定律見頂雙重背景下，底層材料提供了彎道超車的可能性美方對華為制裁規(guī)模未有縮小趨勢，

10、同時加劇了多方面的技術(shù)圍剿，底層材料的重要性不容忽視。美方將計(jì)劃限制華為使用美國技術(shù)和軟件在海外設(shè)計(jì)和制造半導(dǎo)體的能力來保護(hù)國家安全，華為及其被列入實(shí)體清單的分支機(jī)構(gòu)生產(chǎn)的以下產(chǎn)品將受出口管理?xiàng)l例（EAR）的約束，具體而言包括以下兩個方面：1）華為及相關(guān)公司利用美國管制清單（CCL）上的軟件和技術(shù)直接生產(chǎn)的產(chǎn)品；2）根據(jù)華為的設(shè)計(jì)規(guī)范，在美國海外的地方利用 CCL 清單上的半導(dǎo)體制造設(shè)備生產(chǎn)的芯片等產(chǎn)品，此類產(chǎn)品在向華為及其分支機(jī)構(gòu)出貨時需要申請?jiān)S可證。摩爾定律在硅時代已接近效能極限，臺積電已開始 2nm 探索性研發(fā)，單一增加制程精度的方式不可持續(xù)?！澳柖伞痹谶^去的幾十年中是集成電路性能增

11、長的黃金定律。其核心內(nèi)容：價格維持不變時，集成電路上可容納的元件數(shù)目，約每隔 18-24 個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。根據(jù) ITRS的觀點(diǎn)，傳統(tǒng)的硅晶體管微縮至 6 納米已達(dá)極限。以硅材料為根基的摩爾定律即將失效。若半導(dǎo)體仍以摩爾定律趨勢發(fā)展，則需要在底層材料中形成突破。美國、歐盟、日韓等國家和地區(qū)組織已經(jīng)通過制定研發(fā)項(xiàng)目的方式來引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前主要的突破手段存在于幾個方面：1）底層材料突破，除氮化鎵、砷化鎵外，以碳基為材料的半導(dǎo)體技術(shù)也在持續(xù)突破；2）以 SIP 封裝為代表的高密度集成方式，一定程度上滿足了性能的發(fā)展需求。3、新基建與消費(fèi)電子為國內(nèi)需求打開空間國內(nèi)基站端建設(shè)投資力度

12、擴(kuò)大，國內(nèi)需求將大于國外。預(yù)計(jì) 2020 年 5G 新建基站有望達(dá)到 80w 座以上，其中大部分將以“宏基站為主，小基站為輔”的組網(wǎng)方式。在射頻端高頻高速的背景下，第三代半導(dǎo)體材料的滲透率將會大幅提升，2023 年 GaN RF 在基站中的市場規(guī)模將達(dá)到 5.2 億美元，年復(fù)合增長率達(dá)到 22.8%。未來隨著 GaN 技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化發(fā)展，GaN PA 滲透率有望不斷提升，預(yù)計(jì)到 2023 年市場滲透率將超過 85%。5G 宏基站使用的 PA（Power Amplifier，功率放大器）數(shù)量在 2019 年達(dá)到 1843.2 萬個，2020年有望達(dá)到 7372.8 萬個，同比增長有望達(dá)到 4

13、倍。預(yù)計(jì)今年，基于 GaN 工藝的基站 PA 占比將由去年的 50%達(dá)到 58%。消費(fèi)電子市場規(guī)模分別受益于快充滲透率與新能源汽車電子化率的提升。假設(shè)智能手機(jī)未來三年GaN 快充滲透率為 1%、3%、5%，可穿戴需求度相對手機(jī)端有所降低，三年的滲透率為 0.5%、1%、2%；我們預(yù)計(jì) 2020 年全球 GaN 充電器市場規(guī)模為 24.41 億元，2022 年有望達(dá)到 87.74 億元。在新能源車型中，目前混動新能源汽車占新能源汽車總量的 80%以上，電機(jī)與電控是核心元器件。GaN 可用于 48VDC/DC 以及 OBC(On Board Charger 車載充電機(jī))。據(jù) Yole 的預(yù)測，20

14、23 年該領(lǐng)域的市場規(guī)模將達(dá)到 2500 萬美元。新能源汽車無疑是電力電子設(shè)備市場的主要驅(qū)動力，也是不同技術(shù)路線（Si、 SiC 和 GaN）的主要爭奪市場。二、功率半導(dǎo)體受益于下游新興領(lǐng)域快速發(fā)展1、功率半導(dǎo)體是電路控制的核心元器件功率 IC 和功率分立器件占功率半導(dǎo)體的絕大部分。功率器件是通過控制電子設(shè)備中電壓、電流、頻率以及交流（AC）直流（DC）的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到控制元器件的功能。功率半導(dǎo)體屬于半導(dǎo)體的一個細(xì)分領(lǐng)域，是通過變換電能的交直流、電壓電流頻率大小從而實(shí)現(xiàn)對電路控制的核心器件，可以分為功率 IC 和功率分立器件兩大類。功率 IC 是將控制電路和大功率器件集成在同一塊芯片上控制的集

15、成電路，主要的應(yīng)用產(chǎn)品是電源管理，承擔(dān)變換、分配、檢測電壓電流頻率的功能，由于在電子設(shè)備系統(tǒng)中每個模塊所需供電電壓和電流各不相同，需要電源管理芯片對不同元器件所需電能情況進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)。功率分立器件主要包括有二極管、晶體管及晶閘管，晶體管占有重要的份額，其中 MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管）和 IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）產(chǎn)品性能優(yōu)越，控制能力及范圍有出色的表現(xiàn)，近年來市場規(guī)模增長較快，結(jié)構(gòu)占比不斷提升。Figure 1 功率半導(dǎo)體主要分類資料來源：CNKI、世紀(jì)證券研究所從細(xì)分產(chǎn)品來看，功率半導(dǎo)體因其不同的性能，發(fā)揮作用也有所不同。二極管具有單向?qū)щ娦阅埽唇o二極管陽極和陰極加上

16、正向電壓時，二極管導(dǎo)通。當(dāng)給陽極和陰極加上反向電壓時，二極管截止。因此，二極管的導(dǎo)通和截止，則相當(dāng)于開關(guān)的接通與斷開。晶閘管。晶閘管設(shè)計(jì)用于在高電流和高電壓下工作，并且通常用于 AC 電流到 DC 電流的整流以及 AC 電流頻率與幅值的調(diào)整。通常將晶閘管可以分為可控硅整流器（通常稱為晶閘管）和柵極關(guān)斷晶閘管（GTO），以上均屬于高功率器件。MOSFET 屬于晶體管的一種，與標(biāo)準(zhǔn)雙極晶體管之間的基本區(qū)別在于源極-漏極電流由柵極電壓控制，使其工作比需要高基極電流導(dǎo)通的雙極晶體管更節(jié)能。此外，它具有快速關(guān)閉功能及允許高頻率切換，由于工作環(huán)境可以承受更高的溫度，特別適用于家用電器，汽車和 PC 電源的

17、電源設(shè)計(jì)。IGBT 將雙極晶體管的某些特性與單個器件中的 MOSFET 的特性結(jié)合在一起。IGBT 與 MOSFET 有顯著差異，制造起來更具挑戰(zhàn)性。IGBT 器件可以處理大電流（如雙極晶體管）并受電壓控制（如 MOSFET），使其適用于高能量應(yīng)用，如變速箱，重型機(jī)車，大型船舶螺旋槳等。Figure 2 各功率半導(dǎo)體的主要特性及應(yīng)用場景類型可控性驅(qū)動形式導(dǎo)通電壓特點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域二極管不可控電流驅(qū)動單向低于 1V電壓電流較小，只能單向?qū)щ婋娮印⒐I(yè)晶閘管半控電壓驅(qū)動單向高于1000V體積小、耐壓高工業(yè)、變頻器、電焊機(jī)MOSFET全控電壓驅(qū)動雙向10-1000V能承受高電壓，不能放大電壓消費(fèi)電子、通信

18、、工業(yè)控制、汽車電子等領(lǐng)域IGBT全控電壓驅(qū)動雙向高于600V開關(guān)頻率高，不耐超高壓，可改變電壓軌交。工控、新能源、白色家電功率 IC將功率元器件集成在一個整體的集成電路上。根據(jù)不同器件類型決定控制類型和驅(qū)動電壓。體積小、重量輕、壽命長、功能多消費(fèi)電子、通信、計(jì)算機(jī)和工控資料來源：CNKI、世紀(jì)證券研究所2、市場規(guī)模平穩(wěn)增長，未來增量空間來自于新興領(lǐng)域全球市場規(guī)模平穩(wěn)增長，國內(nèi)市場需求有望保持高速增長。功率半導(dǎo)體作為電子設(shè)備中最基礎(chǔ)的元器件，應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。從市場規(guī)模來看，根據(jù) IHS Markit 數(shù)據(jù)，2018 年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模約為 400 億美元，預(yù)計(jì)到 2021年市場規(guī)模將增

19、長至 441 億美元，年復(fù)合增速為 4.1%。中國是全球最大的功率半導(dǎo)體消費(fèi)市場，未來有望保持高速發(fā)展，根據(jù) IHS Markit 數(shù)據(jù)，2018年國內(nèi)市場規(guī)模達(dá)到 138 億美元，增速為 9.5%，占全球需求比例高達(dá) 35%，預(yù)計(jì)未來中國功率半導(dǎo)體將繼續(xù)保持較高速度增長，2021 年市場規(guī)模有望達(dá)到 159 億美元，年復(fù)合增速達(dá) 4.8%。從增量來源來看，由于下游新能源以及汽車電子化程度的提升，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域已從工業(yè)控制和消費(fèi)電子拓展至光伏、風(fēng)電、智能電網(wǎng)、變頻家電、新能源汽車等諸多市場，下游新型領(lǐng)域市場的發(fā)展情況是功率半導(dǎo)體未來增量的重要保證。Figure 3 全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模

20、及增速Figure 4 國內(nèi)半導(dǎo)體市場規(guī)模及增速 500450400350300250200150100500全球功率半導(dǎo)體（億美元）增速（%）20142015201620172018 2019E 2020E 2021E12%10%8%6%4%2%0%-2%-4%-6%180160140120100806040200中國功率半導(dǎo)體（億美元）增速（%）20142015201620172018 2019E 2020E 2021E14%12%10%8%6%4%2%0%-2% 資料來源：IHS、世紀(jì)證券研究所資料來源：IHS、世紀(jì)證券研究所從應(yīng)用范圍角度看，任何需要電能轉(zhuǎn)換、電能與信號轉(zhuǎn)換地方都需要功

21、率半導(dǎo)體。從應(yīng)用功率大小來看，可以劃分為四大應(yīng)用場景：消費(fèi)類電子產(chǎn)品/白色家電，功率范圍 10W-100W：功率半導(dǎo)體是消費(fèi)電子產(chǎn)品中控制充電機(jī)制、功率輸出和能效的核心元器件。在白色家電中，優(yōu)化的感應(yīng)技術(shù)以及變頻需求，也使得功率半導(dǎo)體也是白色家電走向智能化的核心。新能源汽車及數(shù)據(jù)通信，功率范圍 100W-10kW：新能源汽車的電氣化占比快速提升，目前新能源汽車相比于燃油車電子零部件價值增加 5 倍以上，新增的功率半導(dǎo)體器件的性能和功率效率是電動汽車運(yùn)行的關(guān)鍵，功率元件主要用于逆變器、電源控制系統(tǒng)。功率半導(dǎo)體保證數(shù)據(jù)中心不間斷供電以及電壓穩(wěn)定方面具有重要作用，主要用于整流，電池充電和 DC/AC

22、 逆變。UPS 是 IDC 的必需設(shè)備，極大程度增加了服務(wù)器系統(tǒng)中功率半導(dǎo)體元件的使用，未來氮化鎵的使用和能量比例計(jì)算將繼續(xù)增加數(shù)據(jù)中心中功率半導(dǎo)體使用的廣度?？稍偕茉醇敖煌ㄟ\(yùn)輸，功率范圍 10kW-1000kW:可再生能源發(fā)電也需要高功率半導(dǎo)體，因?yàn)榭稍偕茉床灰?guī)則，需要高的發(fā)電效率才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。以每兆瓦時為基礎(chǔ)，風(fēng)電場需要比傳統(tǒng)燃煤電站多 30 倍的功率半導(dǎo)體價值量。使用 IGBT 的變速驅(qū)動器越來越多地取代工業(yè)應(yīng)用中的傳統(tǒng)電機(jī)，因?yàn)樗鼈兛梢燥@著提高能效。功率半導(dǎo)體對于工廠的進(jìn)一步自動化也至關(guān)重要，“工業(yè) 4.0”的革命在很大程度上取決于增加的功率和傳感器半導(dǎo)體內(nèi)容，以驅(qū)動工廠

23、的機(jī)器人技術(shù)。智能電網(wǎng)和儲能，功率范圍 1000kW 以上：可再生能源（特別是風(fēng)能和太陽能）的消納對于智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來了巨大的挑戰(zhàn)，電能的難以存儲也為儲能帶來了更大的難度。有效的能量存儲對于向可再生能源對總發(fā)電的更高貢獻(xiàn)的轉(zhuǎn)變至關(guān)重要，并且需要再次有效地轉(zhuǎn)換電能，即功率半導(dǎo)體。Figure 5 功率半導(dǎo)體按照輸出功率分類的應(yīng)用場景資料來源：CNKI、世紀(jì)證券研究所3、國內(nèi)是最大的消費(fèi)市場，自給率不足 20%功率 IC 與功率分立器件市場份額占比接近各半，IGBT、MOSFET 在分立器件中占比較大。在全球功率半導(dǎo)體市場，功率 IC 和功率分立器件幾乎平分了整個市場份額。根據(jù) Yole、IH

24、S、Gartner 數(shù)據(jù)匯總分析，2018 年，功率 IC和功率器件全球市場份額分別為 54%和 46%。其中，在功率分立器件市場中， MOSFET 和 IGBT 占比較大，分別為 17%和 15%，功率二極管/整流橋占比稍低，為 12%。Figure 6 2018 年全球 IGBT 市場格局Figure 7 2018 年全球 MOSFET 市場格局 其他33%英飛凌34%威科電子5%三菱其他38%英飛凌27%安森美13%賽米控8%富士電機(jī)10%10%瑞薩7%東芝意法半導(dǎo)體8% 7%資料來源：IHS、世紀(jì)證券研究所資料來源：IHS、世紀(jì)證券研究所在中國功率半導(dǎo)體市場，電源管理 IC、MOSFE

25、T 和 IGBT 合計(jì)占據(jù)了 95%的市場份額。其中，電源管理 IC 市占率高達(dá) 61%，占比最大，MOSFET 和 IGBT 市場份額分別為 20%和 14%。得益于下游消費(fèi)電子、新能源汽車、通訊行業(yè)近幾年的快速發(fā)展，電源管理 IC 市場保持穩(wěn)健增長，截止 2018 年，中國電源管理 IC 市場規(guī)模已達(dá) 84.3 億美元。同時，未來伴隨新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，MOSFET 和 IGBT 也將迎來廣闊的成長空間。Figure 8 2018 年全球功率半導(dǎo)體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)Figure 9 2018 年國內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品結(jié)構(gòu) IGBT12%2%流MOSFET 17%5%IGBT 14%其他其他功率二極

26、管/整橋15%功率IC 54%MOSFET20%電源管理IC 61% 資料來源：IHS、世紀(jì)證券研究所資料來源：IHS、世紀(jì)證券研究所中國為全球最大的消費(fèi)國和進(jìn)口國，隨下游新興領(lǐng)域發(fā)展加快，國產(chǎn)替代空間明顯。由于功率半導(dǎo)體下游應(yīng)用廣泛，市場普遍認(rèn)為行業(yè)增速彈性不大，整體規(guī)模保持穩(wěn)定。與之有差異的是，我們認(rèn)為，未來功率半導(dǎo)體將呈現(xiàn)高性能，高增長，高集中度的發(fā)展趨勢，主要原因有以下幾點(diǎn)：1）下游新興行業(yè)增量顯著：下游以汽車電子為代表的新興應(yīng)用增速進(jìn)一步加快，除去傳統(tǒng)電子控制系統(tǒng)外，電驅(qū)、電控、電池三大件對于功率半導(dǎo)體的需求量爆發(fā)式增長，假設(shè) 2025 年新能源汽車市場規(guī)模達(dá)到 150 億元，按照汽

27、車電子化率 30%測算，僅在新能源汽車中的電子元器件增量為 50 億元；2）自給率仍然偏低，替代空間巨大：國內(nèi)需求增加的同時，自給率不足 20%，從國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)鏈的對比來看，假設(shè)自給率達(dá)到 50%，國內(nèi)至少仍有 50 億美元的市場空間增量；3）未來集中度會進(jìn)一步提升，產(chǎn)品碎片化將有所改善：由于產(chǎn)品種類繁多，總體較為碎片化，但部分高端產(chǎn)品如 IGBT、MOSFET 產(chǎn)品性能和技術(shù)壁壘同步提升，下游對高端產(chǎn)品的依賴度會隨之增加，細(xì)分領(lǐng)域集中度提升是必然趨勢。Figure 10 2018 年全球功率半導(dǎo)體市場份額Figure 11 2018 年中國功率半導(dǎo)體市場份額 英飛凌德州意法高通4%14%英飛凌

28、安森8%德州高通6%Dialog 6%14%儀器美9%其他61%安森美7%半導(dǎo)體5%儀器8%其他58% 資料來源：IHS、世紀(jì)證券研究所資料來源：IHS、世紀(jì)證券研究所三、第三代半導(dǎo)體材料是功率半導(dǎo)體躍進(jìn)的基石1、第三代半導(dǎo)體材料對性能提升有明顯優(yōu)勢第三代半導(dǎo)體材料以碳化硅、氮化鎵為代表，極具性能優(yōu)勢。第三代半導(dǎo)體材料是指帶隙寬度明顯大于 Si 的寬禁帶半導(dǎo)體材料，主要包括 SiC、GaN、金剛石等，因其禁帶寬度大于或等于 2.3 電子伏特，又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。和第一代、第二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料具有高熱導(dǎo)率、高擊穿場強(qiáng)、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足現(xiàn)代電子技

29、術(shù)對高溫、高功率、高壓、高頻以及高輻射等惡劣條件的新要求。第三代半導(dǎo)體材料在航空、航天、光存儲等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景，在寬帶通訊、太陽能、汽車制造、半導(dǎo)體照明、智能電網(wǎng)等眾多戰(zhàn)略行業(yè)可以降低 50%以上的能量損失，最高可以使裝備體積減小 75%以上，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步躍進(jìn)的基石。Figure 12 三代半導(dǎo)體材料主要特征發(fā)展歷程代表材料主要特性第一代半導(dǎo) 體材料第二代半導(dǎo)體材料第三代半導(dǎo) 體材料Si、GeGaAs、InP等SiC 、 GaN等主要應(yīng)用于大規(guī)模集成電路中，產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)殖墒?，成本低；Ge 材料主要應(yīng)用于低壓、低頻、中功率晶體管及光電探測器中 ；目前 95%以上的半導(dǎo)體器件和 99%以

30、上的集成電路都是由 Si 材料制作。直接帶隙、光電性能優(yōu)越；適用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及發(fā)光器件的優(yōu)良材料，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通訊、移動通訊、光通信、GPS 導(dǎo)航等領(lǐng)域； GaAs、InP 材料資源稀缺，價格昂貴，并且還有毒性，能污染環(huán)境，InP 甚至被認(rèn)為是可疑致癌物質(zhì)，具有一定的局限性。寬禁帶半導(dǎo)體材料，禁帶寬度大于 2eV，具有可見光至紫外光的發(fā)光特性，抗高壓、高溫和高輻射性能優(yōu)越，可承受大功率；主要應(yīng)用于半導(dǎo)體照明、電力電子器件、激光器和探測器等領(lǐng)域。資料來源：賽迪智庫、世紀(jì)證券研究所半導(dǎo)體材料經(jīng)歷了三次明顯的換代和發(fā)展。第一代半導(dǎo)體材料是

31、Si、Ge 等單質(zhì)半導(dǎo)體材料，由于其具有出色的性能和成本優(yōu)勢，目前仍然是集成電路等半導(dǎo)體器件主要使用的材料；第二代半導(dǎo)體材料以 GaAs 和 InP 等材料為代表。第二代半導(dǎo)體材料在物理結(jié)構(gòu)上具有直接帶隙的特點(diǎn)，相對于 Si 材料具有光電性能佳、工作頻率高、抗高溫、抗輻射等優(yōu)勢，可以應(yīng)用于光電器件和射頻器件；第三代半導(dǎo)體材料以 GaN 和SiC 等材料為代表。1969 年實(shí)現(xiàn)了 GaN 單晶薄膜的制備。1994 年中村修二研發(fā)了第一支高亮度的 GaN基藍(lán)光 LED。1891 年，SiC 晶體被人工合成。1955 年，飛利浦實(shí)驗(yàn)室的 Lely發(fā)明SiC 的升華生長法(或物理氣相傳輸法，即 PVT

32、 法)，后來經(jīng)過改進(jìn)后的 PVT 法成為 SiC 單晶制備的主要方法。材料分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致先天性能優(yōu)勢。第三代半導(dǎo)體材料相對于 Si 材料具有：禁帶寬度更大、電子飽和飄移速度較高等特點(diǎn)，制作出的半導(dǎo)體器件擁有光電性能優(yōu)異、高速、高頻、大功率、耐高溫和高輻射等特征，具備應(yīng)用于光電器件、微波器件和電力電子器件的先天性能優(yōu)勢。Figure 13 第三代半導(dǎo)體與硅的特性對比材料性能SiSiCGaN禁帶結(jié)構(gòu)間接帶隙間接帶隙直接帶隙禁帶寬度（eV）1.13.33.4電子遷移率（10cm/Vs）135010002000電子飽和漂移速度（10cm/s）12.22.7相對介電常數(shù)11.99.78.9熱導(dǎo)率（W/cm

33、K）1.494.91.3擊穿場強(qiáng)（MV/cm）0.32.83.3對應(yīng)器件理論最高工作溫度（）175600800資料來源：賽迪智庫、世紀(jì)證券研究所2、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用集中在襯底、射頻器件，2025 年滲透率將達(dá)到 50%以上GaN 襯底技術(shù)難度較大，光電子領(lǐng)域中較為成熟。目前，SiC 襯底技術(shù)相對簡單，主要制備過程大致分為兩步：第一步 SiC 粉料在單晶爐中經(jīng)過高溫升華之后在單晶爐中形成SiC 晶錠；第二步通過對 SiC 晶錠進(jìn)行粗加工、切割、研磨、拋光，得到透明或半透明、無損傷層、低粗糙度的 SiC 晶片（即 SiC襯底）。GaN 襯底的生長主要采用 HVPE（氫化物氣相外延）法，制備技術(shù)仍有待提升，

34、行業(yè)產(chǎn)量較低，導(dǎo)致 GaN 襯底的缺陷密度和價格較高，目前只有激光器等少數(shù)器件采用 GaN 同質(zhì)襯底；GaN 電力電子器件的襯底主要采用 Si 襯底，部分企業(yè)采用藍(lán)寶石襯底，GaN 同質(zhì)襯底的器件在研發(fā)中；GaN射頻器件主要是 SiC 高純半絕緣襯底，少數(shù)企業(yè)采用 Si 做襯底；GaN 光電子器件是 GaN 材料最成熟的領(lǐng)域，基于藍(lán)寶石、SiC 和 Si 襯底的藍(lán)寶石 LED產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入成熟階段。高技術(shù)門檻導(dǎo)致第三代半導(dǎo)體材料市場以日美歐寡頭壟占，國內(nèi)企業(yè)在 SiC襯底方面以 4 英寸為主。目前，國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出了 6 英寸導(dǎo)電性SiC 襯底和高純半絕緣 SiC 襯底，山東天岳公司、北京天科合達(dá)

35、公司和河北同光晶體公司分別與山東大學(xué)、中科院物理所和中科院半導(dǎo)體所進(jìn)行技術(shù)合作與轉(zhuǎn)化，在 SiC 單晶襯底技術(shù)上形成自主技術(shù)體系。國內(nèi)目前已實(shí)現(xiàn) 4 英寸襯底的量產(chǎn)；同時山東天岳、天科合達(dá)、河北同光、中科節(jié)能均已完成 6 英寸襯底的研發(fā)；中電科裝備已成功研制出 6 英寸半絕緣襯底。在 GaN 襯底方面，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)可以小批量生產(chǎn) 2 英寸襯底，具備 4 英寸襯底生產(chǎn)能力，并開發(fā)出 6 英寸襯底樣品。目前已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)包括蘇州納米所的蘇州納維科技公司和北京大學(xué)的東莞市中鎵半導(dǎo)體科技公司，其中蘇州納維目前已推出 4 英寸襯底產(chǎn)品，并且正在開展 6 英寸襯底片研發(fā)。先進(jìn)半導(dǎo)體材料已上升至國家戰(zhàn)略

36、層面，2025 年目標(biāo)滲透率超過 50%。底層材料與技術(shù)是半導(dǎo)體發(fā)展的基礎(chǔ)科學(xué)，在 2025 中國制造中，分別對第三代半導(dǎo)體單晶襯底、光電子器件/模塊、電力電子器件/模塊、射頻器件/模塊等細(xì)分領(lǐng)域做出了目標(biāo)規(guī)劃。在任務(wù)目標(biāo)中提到 2025 實(shí)現(xiàn)在 5G 通信、高效能源管理中的國產(chǎn)化率達(dá)到 50%；在新能源汽車、消費(fèi)電子中實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，在通用照明市場滲透率達(dá)到 80%以上。Figure 14 2025 第三代半導(dǎo)體材料發(fā)展目標(biāo)材料性能細(xì)分重點(diǎn)及市場空間2025 年任務(wù)目標(biāo)關(guān)鍵戰(zhàn)略材料：先進(jìn)半導(dǎo)體材料第三代 半導(dǎo)體 單晶襯底第三代 半導(dǎo)體 光電子 器件，模塊第三代 半導(dǎo)體 電力電子 器件， 模塊第

37、三代 半導(dǎo)體 射頻器 件，模 塊8 英寸 SiC，4-6 英寸 GaN，2-3 英寸 AIN 單晶襯底制備技術(shù)，大尺寸、高質(zhì)量第三代半導(dǎo)體單晶襯底的國產(chǎn)裝備50mW 以上 GaN 紫外 LED15kV 以上SiC 電力電子器件制備關(guān)鍵技術(shù)，高質(zhì)量 GaN電力電子器件設(shè)計(jì)與制備，高電壓、高速軌道交通、消費(fèi)電子、新能源汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用100MHz 及以上的GaN 微波射頻器件和模塊，5G 移動通信和衛(wèi)星通信領(lǐng)域中的應(yīng)用根據(jù) Yole 的預(yù)測，到 2023 年單晶襯底市場規(guī)模復(fù)合增速將達(dá) 15%，將從 17 年的 160 余萬片需求增至約 400 萬片，其中光子應(yīng)用復(fù)合增速將達(dá) 37%2018 年全

38、球 UVLED 市場規(guī)模達(dá) 2.99億美金，預(yù)計(jì)到 2023 年市場規(guī)模將達(dá)9.91 億美金，2018-2023 年 CAGR 達(dá)到 27%。根據(jù) CASA 統(tǒng)計(jì)，2018 年國內(nèi)市場 SiC、GaN 電力電子器件的市場規(guī)模約為 28 億元，同比增長 56%，預(yù)計(jì)未來五年復(fù)合增速為38%，到2023 年SiC、 GaN 電力電子器件的市場規(guī)模將達(dá)到 148 億元2018 年第三代半導(dǎo)體射頻電子市場規(guī)模約為 24.5 億元，同比增長 103%，國防航空仍然占主要市場，2023 年市場規(guī)模將有望達(dá)到 250 億元2025 實(shí)現(xiàn)在 5G 通信、高效能源管理中的國產(chǎn)化率達(dá)到 50%；在新能源汽車、消費(fèi)

39、電子中實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，在通用照明市場滲透率達(dá)到 80%以上。資料來源：中國制造 2025、世紀(jì)證券研究所3、底層材料突破是摩爾定律延續(xù)的關(guān)鍵摩爾定律在硅時代 6nm 已接近效能極限?！澳柖伞痹谶^去的幾十年中是集成電路性能增長的黃金定律。其核心內(nèi)容：價格維持不變時，集成電路上可容納的元件數(shù)目，約每隔 18-24 個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。根據(jù) ITRS 的觀點(diǎn)，傳統(tǒng)的硅晶體管微縮至 6 納米已達(dá)極限。以硅材料為根基的摩爾定律即將失效。若半導(dǎo)體仍以摩爾定律趨勢發(fā)展，則需要在底層材料中形成突破。美國、歐盟、日韓等國家和地區(qū)組織已經(jīng)通過制定研發(fā)項(xiàng)目的方式來引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。Figure 15

40、摩爾定律：1971-2018 年集成電路晶體管數(shù)量變化資料來源：Our world in data、世紀(jì)證券研究所超越摩爾定律，新材料是突破路徑之一。目前市面上超過 99%的集成電路都是以第一代元素半導(dǎo)體材料之一，硅(Si)、鍺(Ge)材料在 20 世紀(jì) 50 年代有過高光時刻，廣泛應(yīng)用于低壓、低頻、中功率晶體管以及光電探測器中，但到了 60 年代后期因耐高溫和抗輻射性能較差，工藝更難、成本更高逐漸被硅材料取代。第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料(SiC、GaN 等)，因其禁帶寬度(Eg)大于或等于 2.3 電子伏特(eV)而得名。第三代半導(dǎo)體材料具有優(yōu)越的性能和能帶結(jié)構(gòu)，廣泛用于射頻器件、光電器件、功率

41、器件等制造，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。目前第三代半?dǎo)體材料已逐漸滲透 5G、新能源汽車、綠色照明等新興領(lǐng)域，被認(rèn)為是半導(dǎo)體行業(yè)的重要發(fā)展方向。美歐等經(jīng)濟(jì)體持續(xù)加大化合物半導(dǎo)體投入。2018 年，美國、歐盟等國家和組織啟動了超過 15 個研發(fā)項(xiàng)目。其中，美國的研發(fā)支持力度最大。2018 年美國能源部（DOE）、國防先期研究計(jì)劃局（DARPA）、和國家航空航天局（NASA）和電力美國(Power America)等機(jī)構(gòu)紛紛制定第三代半導(dǎo)體相關(guān)的研究項(xiàng)目，支持總資金超過 4 億美元，涉及光電子、射頻和電力電子等方向，以期保持美國在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域全球領(lǐng)先的地位。此外，歐盟先后啟動了 “硅基高效毫米波歐洲系

42、統(tǒng)集成平臺（SERENA）”項(xiàng)目和“5GGaN2”項(xiàng)目，以搶占 5G 發(fā)展先機(jī)。Figure 16 各國第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域研發(fā)項(xiàng)目簡介金額項(xiàng)目主體（資金支持方）地區(qū)美國能源部美國（DOE）美國國防先期研美國究 計(jì) 劃 局（DARPA）電 力 美 國美國(PowerAmerica)歐洲歐盟極速 EV 充電器（XFC）的固態(tài)變壓器（SST）聯(lián)合大學(xué)微電子計(jì)劃（JUMP）項(xiàng)目一：先進(jìn)可靠的 WBG 功率模塊的設(shè)計(jì)和制造項(xiàng)目二：用于直接 48V至低于 1V PoL DC-DC模塊的雙電感混合轉(zhuǎn)換器項(xiàng)目三：用于中壓級固態(tài)電路斷路的 WBG 器件項(xiàng)目四：600VGaN 雙柵極雙向開關(guān)項(xiàng)目五：研究生寬禁帶半導(dǎo)

43、體電力電子器件實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目六：加入 WBG 半導(dǎo)體開關(guān)和電路的電力電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)室硅基高效毫米波歐洲系統(tǒng) 集 成 平 臺 ” 項(xiàng)目 （SERENA）700 萬美元2 億美元-2000該項(xiàng)目為期三年，總經(jīng)費(fèi) 700 萬美元，其中 DOE 提供 50%的資金。項(xiàng)目將結(jié)合新的 SiC MOSFET 器件。DARPA 與美國 30 余所高校合作創(chuàng)建 6 個研究中心，為2025 年及更遠(yuǎn)時間的微系統(tǒng)發(fā)展開展探索性研究。6 個中心的研究方向分別為深入認(rèn)知計(jì)算、智能存儲和內(nèi)存處理、分布式計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)、射頻到太赫茲傳感器和通信系統(tǒng)、先進(jìn)的算法架構(gòu)以及先進(jìn)器件、封裝和材料。美國通用電氣(GE)航空系統(tǒng)公司和美國能源部

44、國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)將共同設(shè)計(jì)和生產(chǎn)由碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)制成的先進(jìn)寬禁帶功率模塊?？屏_拉多大學(xué)博爾德分校的一個團(tuán)隊(duì)將設(shè)計(jì)并實(shí)施一種基于 GaN 的新型轉(zhuǎn)換器，其密度是目前市場上轉(zhuǎn)換器密度的 10 倍，功率損耗最多可降低 3 倍。北卡羅萊納大學(xué)夏洛特分校(UNCC)的一個團(tuán)隊(duì)將測試中壓(3.3kV)SiC 固態(tài)斷路器的功能原型。英飛凌公司將開發(fā)基于其 CoolGaN 高電子遷移率晶體管(HEMT)技術(shù)的低成本 600V 雙向 70mOhm 開關(guān)，充分利用 GaNHEMT 的獨(dú)特雙向特性。北卡羅來納州立大學(xué)(NCSU)的一個團(tuán)隊(duì)將建立一個完全專注于寬禁帶電力電子器件的設(shè)

45、計(jì)、制造和表征的研究生實(shí)驗(yàn)室課程，并 Power America 成員傳播課程以加速新工程師的教育。北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校(UNCC)的研究人員將開發(fā)具有即插即用功能的模塊化、多功能、教育性高頻功率電子板。SERENA 項(xiàng)目于 2018 年 1 月份啟動，為期 36 個月。 SERENA 項(xiàng)目旨在為毫米波多天線陣列開發(fā)波束形成系統(tǒng)平臺，并實(shí)現(xiàn)超越主流 CMOS 集成的混合模擬/數(shù)字信號處理架構(gòu)的功能性能。8 個國家的 17 個研究和工業(yè)界的合作伙伴參與該項(xiàng)目。項(xiàng)目于 2018 年 6 月份啟動，為期 36 個月。該項(xiàng)目的目標(biāo)是歐洲歐盟“5G GaN2”項(xiàng)目化合物半導(dǎo)體應(yīng)用創(chuàng)新英國英國政府中心

46、萬歐元5100萬英鎊實(shí)現(xiàn) 28GHz、38GHz 和 80GHz 的演示樣品，作為開發(fā)基于 GaN 的功能強(qiáng)大且節(jié)能的 5G 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。創(chuàng)新中心將加速化合物半導(dǎo)體的應(yīng)用，并將化合物半導(dǎo)體應(yīng)用帶入生活。該筆經(jīng)費(fèi)將用于支持創(chuàng)新中心建設(shè)化合物半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室，測試設(shè)施和設(shè)計(jì)工作室，以及提升其建模和仿真工具等能力。資料來源：CASA、世紀(jì)證券研究所四、新基建視角：5G 射頻端需求帶動 GaN 爆發(fā)式增長1、宏基站射頻元器件數(shù)量大增，GaN 滲透率有望持續(xù)提升5G 宏基站將加速 GaN 取代 LDMOS 市場份額。5G 商用宏基站將以 64 通道的大規(guī)模陣列天線為主，單基站 PA（射頻功率放大器）

47、需求量接近 200 個，目前基站用功率放大器主要為 LDMOS(橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)，但是 LDMOS 技術(shù)適用于低頻段，在高頻領(lǐng)域存在局限性。5G 基站 GaN 射頻 PA 將成為主流技術(shù)，對 LDMOS 的市場份額有一定的擠壓，GaAs 器件份額變化不大。GaN 能較好的適用于大規(guī)模 MIMO（多輸入多輸出 Multi Input Multi Output）通道，根據(jù) Yole 的預(yù)計(jì)，2023 年 GaN RF 在基站中的市場規(guī)模將達(dá)到 5.2 億美元，年復(fù)合增長率達(dá)到 22.8%。未來隨著 GaN 技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；l(fā)展，GaN PA 滲透率有望不斷提升，預(yù)計(jì)到 2023 年市

48、場滲透率將超過 85%。Figure 17 GaN 將逐步取代 LDMOS 市場份額Figure 18 2019 年起 5G 基站將走向建設(shè)高峰5G基站建設(shè)投資額（億元)5G基站建設(shè)數(shù)量（萬個)1600140012001000800600400200020192020E2021E2022E2023E資料來源：Yole、世紀(jì)證券研究所資料來源：工信部、前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、世紀(jì)證券研究所射頻器件數(shù)量成倍上升成為后續(xù)主要增長動力。2018 年基站領(lǐng)域 GaN 射頻器件規(guī)模為 1.5 億美元，占 GaN 射頻器件市場的 33%的份額。5G 時代基站領(lǐng)域的射頻器件將以 GaN 器件為主，隨著 5G 通信的實(shí)

49、施，2020 年市場規(guī)模會出現(xiàn)明顯增長。并且，為了充分利用空間資源，提高頻譜效率和功率效率，大規(guī)模多輸入多輸出（Massive MIMO）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過在基站側(cè)安裝幾百上千根天線，實(shí)現(xiàn)大量天線同時收發(fā)數(shù)據(jù)，為此將帶動功率放大器等射頻模塊的需求，使得 GaN 射頻器件的規(guī)模不斷增長。Figure 19 GaN 射頻器件需求量Figure 20 Massive MIMO 在 5G 中將大量出現(xiàn) 市場需求量（百萬個）2502001501005002017201820192020202120222023 資料來源：Yole、世紀(jì)證券研究所資料來源：CSDN、世紀(jì)證券研究所含有 GaN 的基站 PA

50、 有望實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式增長。目前我國 5G 宏基站使用的 PA（Power Amplifier，功率放大器）數(shù)量在 2019 年達(dá)到 1843.2 萬個，2020年有望達(dá)到 7372.8 萬個，同比增長有望達(dá)到 4 倍。預(yù)計(jì)今年，基于 GaN 工藝的基站 PA 占比將由去年的 50%達(dá)到 58%。在此背景下，以華為為代表的通信設(shè)備廠商加大基站 PA 的自研力度和采購數(shù)量，未來市場規(guī)模有望進(jìn)一步擴(kuò)大。對于華為巨大的基站和手機(jī) PA 用量來說，依然以外購為主，而在當(dāng)下貿(mào)易限制的大背景下，正在加大來自中國本土的 PA 供應(yīng)量，國內(nèi) GaN領(lǐng)域公司望受益。2、小基站性能優(yōu)勢明顯，高功率高頻段環(huán)境下需求度提升

51、4G 時代小基站（Small Cells）已有爆發(fā)式增長，產(chǎn)品性能優(yōu)勢明顯。小基站可更加有效改善室內(nèi)深度覆蓋、增加網(wǎng)絡(luò)容量、提升用戶感知，是網(wǎng)絡(luò)部署的重要組成部分。4G 時代，能夠有效覆蓋室內(nèi)或者熱點(diǎn)區(qū)域的小基站獲得了快速發(fā)展。小基站借鑒了 WLAN 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，引入了 Femtocel（l飛站），分流宏蜂窩流量壓力，并解決室內(nèi)覆蓋難的問題。隨著小基站應(yīng)用范圍擴(kuò)大，以及產(chǎn)品類型豐富，小基站分類包括室外 Micro、室內(nèi)的 Pico、分布式 Pico、 Femtocell 等，從產(chǎn)品形態(tài)、發(fā)射功率、覆蓋范圍等方面，都相比傳統(tǒng)宏站小很多。皮站（Pico）具有低成本、易部署的綜合優(yōu)勢。主要為企業(yè)級應(yīng)

52、用，針對室內(nèi)公共場所。飛站（Femtocell）主要為家庭級應(yīng)用，外表美觀，具有易安裝、易配置，管理傻瓜化的特點(diǎn)。從統(tǒng)計(jì)上來看，絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)或熱點(diǎn)區(qū)域。相比宏基站，小基站可有效改善室內(nèi)深度覆蓋、增加網(wǎng)絡(luò)容量、提升用戶感知，因而越來越受到業(yè)界的關(guān)注。Figure 21 小基站設(shè)備形態(tài)及應(yīng)用場景資料來源：Of week、世紀(jì)證券研究所目前采用“宏基站為主，小基站為輔”的組網(wǎng)方式，是網(wǎng)絡(luò)廣深覆蓋的重要途徑。宏蜂窩基站一般有 3 個扇區(qū)，微蜂窩基站一般只有 1 個扇區(qū)。宏基站和小基站的區(qū)別在于，小微基站設(shè)備統(tǒng)一都裝在電源柜里，一個柜子加天線即可實(shí)現(xiàn)部署，體積較小。宏基站需要單獨(dú)的機(jī)房和

53、鐵塔，設(shè)備，電源柜，傳輸柜，空調(diào)等分開部署，體積較大。一方面，5G 主要采用 3.5G 及以上的頻段，在室外場景下覆蓋范圍更小，受建筑物等阻擋，信號衰減更加明顯，宏基站布設(shè)成本較高。另一方面，由于宏基占用面積較大，布設(shè)難度較高，站址選擇難度增大，而小基站體積小，布設(shè)簡單，可以充分利用社會公共資源快速部署。5G 室外場景下，小基站和宏基站配合組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)成本和網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)將是重要的發(fā)展思路。5G 正式開啟小基站市場，高功率高頻段需求進(jìn)一步提升 GaN 滲透率。目前針對 4G 和 LTE 基站市場宏基站主要采用SiLDMOS 功率放大器，小基站主要采用 GaAs 功率放大器，但 GaN 功率放大器的

54、滲透率將不斷提高。然而， LDMOS 功率放大器的帶寬會隨著頻率的增加而大幅減少，僅在不超過約 3.5GHz 的頻率范圍內(nèi)有效，相比之下，GaN 射頻器件更能有效滿足高功率、高通信頻段和高效率等要求。隨著 5G 的推進(jìn)，在小基站以及微基站市場， GaAs 功率放大器憑借性能優(yōu)勢和較低的成本也有望占據(jù)部分市場。根據(jù) Yole 預(yù)測，GaAs 射頻器件市場總額預(yù)計(jì)到 2022 年將達(dá)到 8.576 億美元，其中。同時 GaN 射頻器件的市場規(guī)模將從 2017 年 3.8 億美元到 2023 年增長至 13 億美元，GAGR 超過 20%，最主要的增量也是來自于基站的應(yīng)用。五、消費(fèi)電子視角：高效能、

55、小體積加速 GaN 消費(fèi)電子中的應(yīng)用1、以充電器為代表，GaN 支持下的快充效率翻倍提升GaN 三個特點(diǎn)大幅提升效率：開關(guān)頻率高、禁斷寬度大、更低的導(dǎo)通電阻。開關(guān)頻率是指充電頭內(nèi)部晶閘管，可控硅等電子元件，每秒可以完全導(dǎo)通、斷開的次數(shù)。變壓器恰好是充電器中體積最大的元器件之一，占據(jù)了內(nèi)部相當(dāng)大的空間。開關(guān)的頻率高可使用體積更小的變壓器。使用氮化鎵作為變壓元件，變壓器和電容的體積減少，有助于減少充電頭的體積和重量。禁帶寬度直接決定電子器件的耐壓和最高工作溫度，禁帶寬度越大，器件能夠承載的電壓和溫度越高，擊穿電壓也會越高，功率越高。更低的導(dǎo)通電阻，直接表現(xiàn)為導(dǎo)電時的發(fā)熱量。導(dǎo)通電阻越低，發(fā)熱量越低

56、。2018 年 ANKER 將 GaN 帶出實(shí)驗(yàn)室。2018 年 10 月 25 日 ANKER 在美國紐約發(fā)布了一款劃時代的新品“ANKER Power Port Atom PD1”GaN 充電器，由于其搭載了高頻高效的 GaN（氮化鎵）功率器件而備受業(yè)界關(guān)注。該款產(chǎn)品也是首次將第三代半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用在充電設(shè)備上，從而將相關(guān)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室?guī)驊?yīng)用市場。Figure 22 ANKER 快充及實(shí)際參數(shù)Figure 23 小米 Type-C65W 最大輸出功率發(fā)熱情況 資料來源：充電頭、世紀(jì)證券研究所資料來源：充電頭、世紀(jì)證券研究所主流廠商依次跟進(jìn)，高功率，小體積成最明顯優(yōu)勢。小米于 2020 年 2

57、 月發(fā)布了 GaN 充電器 Type-C65W，能夠?yàn)樾∶?10Pro 最高提供 50W 的充電功率，小米 10Pro 搭配其使用從 0 充電至 100%僅需 45 分鐘。同時，它支持小米疾速閃充、PD3.0 等快充協(xié)議，并且還支持全系 iPhone 快充，官方表示，使用小米 GaN 充電器 Type-C65W 為 iPhone11 充電，充電速度比原裝 5W 充電器提升約 50%。得益于新型半導(dǎo)體材料 GaN 的加持，Type-C65W的體積比小米筆記本標(biāo)配的適配器減小約 48%。此外，小米 Type-C65W 的 USB-C 接口支持多個檔位的智能調(diào)節(jié)輸出電流，能為新款 MacBookPr

58、o、小米筆記本等大功率設(shè)備進(jìn)行最大 65W 充電，還能兼容大多數(shù) Type-C 接口的電子設(shè)備，包括 Switch 等。產(chǎn)品搭載 E-Marker 芯片，最大支持 5A 電流。目前，業(yè)界已推出多種快充技術(shù)方案，主要包括高通 Quick Charge 技術(shù)、 OPPO VOOC 閃充技術(shù)、聯(lián)發(fā)科 Pump Express 技術(shù)、華為Super Charge技術(shù)、vivo SUPER Flash Charge 技術(shù)和USB3.1PD 充電技術(shù)等。Figure 24 各充電方案對比技術(shù)方案特點(diǎn)技術(shù)類型廠商技術(shù)方案Quick高通ChargeOPPOVOOC高電壓低電流低電壓高電流高通 Quick Ch

59、arge 4+快充技術(shù)集成了 Dual Charge 技術(shù)、智能熱平衡和電池感應(yīng)技術(shù)，整體能效達(dá) 97%，可有效減少快充過程中的發(fā)熱量，同時，Quick Charge 4+在充電過程中可直接測量電池電壓，使系統(tǒng)實(shí)時優(yōu)化電池充電狀態(tài)，具備突出的產(chǎn)品競爭力。最新 Super VOOC 2.0 快充技術(shù)采用串聯(lián)雙電芯設(shè)計(jì)，放電時可以利用電荷泵將雙電芯的電壓減半，最大充電功率為 65W，在 30 分之內(nèi)，就能充滿一臺 4000mAh 的電池的手機(jī)。Pump Express 技術(shù)是全球首款采用 USB Type-C 接口進(jìn)行充電的快充方案，充電過程中，聯(lián)發(fā)科華為vivoPump ExpressSuper

60、 ChargeFlash Charge高電壓低電流低電壓高電流低電壓高電流Pump Express 技術(shù)內(nèi)置的電源管理 IC 允許充電器根據(jù)電流決定充電所需的初始電壓，充電過程的電壓微調(diào)幅度僅為 10mV，理論最高可提供 5A 充電電流。Super Charge 快充技術(shù)配置了智能化的電源管理 IC，可智能識別不同充電器和數(shù)據(jù)線，匹配最佳快充方案。華為 Super Charge 技術(shù)可實(shí)時監(jiān)測當(dāng)前手機(jī)電量，并動態(tài)調(diào)整輸入電流，確保充電過程低溫不發(fā)熱，符合安全充電曲線，在手機(jī)電量快速充滿 60%后，智能化的電源管理 IC 會智能控制充電器降低輸入電流，起到保護(hù)電池的作用。最新 Super Fla