功率半導體研發接近“終極”，中國有望引領超400億美元市場
在金剛石半導體中，輸出功率值為全球最高，在所有半導體中也僅次于氮化鎵產品的約2090兆瓦。與作為新一代功率半導體的碳化硅（SiC）產品和氮化鎵（GaN）產品相比，金剛石半導體耐高電壓等性能出色，電力損耗被認為可減少到硅制產品的五萬分之一。金剛石功率半導體的耐熱性和抗輻射性也很強，到2050年前后，有望成為人造衛星等所必需的構件。
浙商證券王華君等人在2022年8月13日發布的研報中表示，半導體材料是制作半導體器件和集成電路的電子材料。耐高壓、大射頻、低成本、耐高溫，多重特性助推金剛石成下一代半導體材料。金剛石禁帶寬度5.5eV超現有氮化鎵、碳化硅等，載流子遷移率也是硅材料的3倍，同時金剛石在室溫下有極低的本征載流子濃度，且具備優異的耐高溫屬性。
CVD法制備人造金剛石因其耐高壓、大射頻、低成本、耐高溫等諸多優勢，被普遍認為是制備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件最優材料，根據原子排列方式不同又分為多晶金剛石及單晶金剛石。展望未來，CVD法人造金剛石可通過晶圓拼接方式制作大面積單晶晶圓，作為半導體芯片襯底可完全解決散熱問題及利用金剛石的多項超級優秀的物理化學性能，制造第四代“終極半導體”。
王華君指出，隨著5G通訊時代全面展開，金剛石單晶材料在半導體、高頻功率器件中的應用日益凸顯，目前全球各國都在加緊金剛石在半導體領域的研制工作，其中日本已成功研發超高純2英寸金剛石晶圓量產方法，其存儲能力相當于10億張藍光光盤。
在過去相當長的一段時間里，功率半導體市場一直由歐、美、日等外資巨頭牢牢占據著主導地位，隨著近年來新能源汽車的發展，許多本土企業也紛紛入局。放眼市場，不論是傳統Si功率器件IGBT、MOSFET，還是以SiC、GaN等為代表的第三代半導體，國內都有企業布局。
功率半導體品類眾多，市場規模高達452 億美元
從發展歷程來看，20世紀50年代，功率二極管、功率三極管面世并應用于工業和電力系統；20世紀60至70年代，晶閘管等半導體功率器件快速發展；20世紀70年代末，平面型功率MOSFET發展起來；20世紀80年代后期，溝槽型功率MOSFET和IGBT逐步面世，半導體功率器件正式進入電子應用時代；20世紀90年代，超結MOSFET逐步出現，打破傳統“硅限”以滿足大功率和高頻化的應用需求。
技術演進方面，隨著社會電氣化程度的不斷提高，功率半導體器件從早期簡單的二極管逐漸向高性能、集成化方向發展。從結構和等效電路圖看，為滿足更廣泛的應用需求和復雜的應用環境，器件設計及制造難度逐漸提高。
以功率MOSFET為例，技術驅動的性能提升主要包括三個方面：更高的開關頻率、更高的功率密度以及更低的功耗。為了實現更高的性能指標，MOSFET器件主要經歷了工藝進步、器件結構改進與使用寬禁帶材料等幾個方面的演進。在制造工藝上，線寬制程從10 微米縮減至0.15-0.35 微米，提升了功率器件的密度、品質因數（FOM）以及開關效率；在器件結構改進方面，功率器件經歷了平面（Planar）、溝槽（Trench）、超級結（Super Junction）等器件結構的變化，進一步提高了器件的功率密度和工作頻率；而在材料方面，新興的第三代半導體功率器件采用了碳化硅（SiC）、氮化鎵(GaN)材料，進一步提升了器件的開關特性、降低了功耗，也改善了其高溫特性。
發展至今，按照類別的不同，功率半導體逐漸形成了功率IC 和功率器件兩大類。其中，MOSFET和IGBT屬于電壓控制型開關器件，相比于功率三極管、晶閘管等電流控制型開關器件，具有易于驅動、開關速度快、損耗低等特點，逐漸成為功率器件的主流產品，目前二者合計占比約為71%。
市場規模方面，根據Omdia的數據，2020年全球功率半導體市場規模達到 452 億美元，其中功率 IC 市場規模為 243 億美元，功率器件市場規模為 209 億美元。功率器件中，二極管、晶閘管、BJT、功率 MOS 和 IGBT 的市場規模分別為 38.7 億美元、4.7 億美元、18.1 億美元、81 億美元和 66.5 億美元。隨著“雙碳”政策的逐步推進，據其預測到2024年全球功率半導體市場規模達到522億美元。
作為全球最大的功率半導體消費國，2020年中國功率半導體市場規模達到172 億美元，占全球市場比例高達38%。預計未來中國功率半導體將繼續保持平穩增長，2024 年市場規模有望達到206 億美元。
國產功率半導體，開啟黃金十年
IGBT市場爆發
2022年中國IGBT產業進入爆發期。
根據中國汽車工業協會最新統計顯示，2022年中國新能源汽車持續爆發式增長，產銷分別完成705.8萬輛和688.7萬輛，同比分別增長96.9%和93.4%，連續8年保持全球第一。
IGBT作為新能源汽車核心零部件，需求量持續高漲。IGBT芯片廠商包括英飛凌和安森美等，這些大廠的交期平均都在一年以上，同時海外如歐洲和美國的電動車市場也開始進入高速增長期，他們會優先保障本土供應。因此，在供需偏緊的情況下，國產IGBT廠商在車載IGBT領域的替代進程加速。
2021年底，時代電氣、士蘭微和華虹半導體等廠商的IGBT產能相繼投產，相關企業利潤也迅速增厚。比如：斯達半導、士蘭微、比亞迪半導體、時代電氣、宏微科技、華潤微、新潔能等半導體企業IGBT業務均實現了極大提升，車規級IGBT產品在市場上也實現了極大突破。
根據DIGITIMES Research統計與分析，2022年IGBT因電動車與光伏發電市場的強勁需求，在供應端產能有限的情況下，整體供需缺口達13.6%。對于中國市場來說，IGBT是近年來半導體和電動汽車的布局熱點，不過至今車規級IGBT產品國產化率仍然較低。
MOSFET營收超億
MOSFET器件具有開關速度快、輸入阻抗高、熱穩定性好等特點，廣泛應用于低中高壓的電路中，是覆蓋電壓范圍最廣，下游應用最多的功率器件之一。
隨著新能源汽車加速發展，汽車功率器件供應缺口拉大，以及以瑞薩為代表的大廠逐步退出中低壓 MOSFET 部分市場。在供給優化與需求增加的雙重驅動下，國產車規級功率器件廠商開始加速進入汽車供應鏈。
目前士蘭微、安世半導體在 MOSFET 市場份額上位列國內廠商前列。此外，華潤微、揚杰科技、蘇州固锝、華微電子、新潔能、東微半導、捷捷微電等國內廠商近年來在車規級 MOSFET 領域持續發展。
以士蘭微、華潤微、揚杰科技為代表的 IDM 公司已覆蓋高壓超級結產品，并逐步擴大產品占有率：士蘭微已完成 12 英寸高壓超結 MOS 工藝平臺開發；華潤微2022年Q1高壓超結產品收入超億元；揚杰科技2022年Q1汽車 MOS 訂單實現大幅增長。
在設計公司端，東微半導、新潔能為代表的 MOSFET 廠商發展迅速：東微半導 2022年Q1高壓超結 MOS 產品收入占比達 78.1%，車載充電機收入占比超14%；新潔能2022年Q1 超結MOS 收入近億元(占11.5%)，汽車電子收入占比達 13%。
SiC持續加碼
SiC作為第三代半導體材料，具有比硅更優越的性能。不僅禁帶寬度較大，還兼具熱導率高、飽和電子漂移速率高、抗輻射性能強、熱穩定性和化學穩定性好等優良特性。
SiC器件廣泛用于光伏逆變器、工業電源和充電樁市場，已成為中國功率半導體廠商的必爭之地。目前斯達半導車規級 SiC MOSFET 模塊開始大批量裝車應用，并新增多個使用車規級 SiC MOSFET 模塊的主電機控制器項目定點；三安光電、華潤微等企業在 SiC 二極管、SiC MOSFET 等器件領域已逐步實現產品系列化；士蘭微、聞泰科技等企業也積極布局 SiC 器件研發，并已取得階段性進展。
面對市場需求轉變，功率半導體被認為是中國半導體產業崛起的可能突破口之一，中國廠商也投入了大量資金進行布局，相關計劃也陸續傳出進度更新的消息。
