在第三代半导体产业的战场上，群雄逐鹿，硝烟弥漫。各大厂商纷纷加码，力图在这片新兴领域中占据一席之地。然而，在这个快速发展和激烈竞争的时期，变数还有很多！谁能最终胜出，尚未可知。


股价暴跌、市场被蚕食、投资者施压，

SiC老大Wolfspeed的无奈

手握全球六成SiC衬底材料供应，是第一家大型的8英寸SiC晶圆厂，也是唯一一家纯粹的垂直一体化SiC公司，在新能源汽车对 SiC 材料需求旺盛的情况下，Wolfspeed 本应是一家光芒万丈的公司。然而，Wolfspeed 的股价却从 2021 年 11 月的峰值 139 美元暴跌至 2024 年 5 月的 25 美元，跌幅高达 82%，股价与市场地位严重不符。

作为SiC衬底的先驱和市场领导者，Wolfspeed近年来经历了频繁瘦身、业务转型，成为一家专注于SiC的厂商。但是业绩似乎有点不温不火。

自2017年到现在，Wolfspeed的营收都没有超过10亿美元。2024财年前三季度的合并收入分别为1.97亿美元、2.08亿美元、2.01亿美元，结合第四季度的财报预测，大约2024年收入为8亿美元。2023财年，Wolfspeed公司的收入为近五年来最高，达到9.219亿美元。

然而，Wolfspeed正在实施一项总投资达65 亿美元的产能扩张计划。这种豪赌的策略也导致了财报中的明显亏损。2023财年，根据通用会计准则（GAAP）计算，Wolfspeed的净亏损达到了3.299亿美元。2024财年，按照通用会计准则计算，Wolfspeed持续经营部门的净亏损目标为1.66亿美元至1.89亿美元。因此，Wolfspeed目前尚未实现盈利。

通过美国莫霍克谷工厂的建设，Wolfspeed在从6英寸晶圆向8英寸晶圆过渡方面具有先发优势。莫霍克谷工厂已经开始贡献收入，2024财年的前三季度分别贡献了400万美元、1200万美元、约2,800万美元的收入，较上一季度增长超过两倍多。

从Wolfspeed霍克谷8英寸工厂的利用率来看，并不是很高，4月份的时候刚刚达到16%的利用率，该公司预计到2024年6月将实现20%的利用率。这说明一大部分产能处于闲置状态，因此Wolfspeed的毛利率很低，2024财年前三季度大约都在15% 左右。晶圆厂本身就具有巨大的折旧成本，按照这个利用率的情况来看，这将导致单位生产的晶圆成本增加，资金回报率也会低。

前景广阔的SiC市场，瑞萨和英飞凌与WolfSpeed的长约、不断创纪录的功率器件设计营收记录（2024财年前三季度WolfSpeed这部分的营收分别是22亿美元、21亿美元、28亿美元）、利用率不断增高的霍克谷工厂，并没有得到投资者的买账。

巨额资本支出和缓慢的投资回报，投资者有点坐不住了。Wolfspeed的一个大股东Jana Partners甚至给Wolfspeed董事会发信要其考虑出售的方案来改善股东的价值回报。并且，Jana还呼吁董事会为 Wolfspeed 位于莫霍克谷和锡勒城的两家芯片制造工厂制定并执行指标和关键里程碑，并为未来支出确定“明确的融资路径”，包括CHIPS法案资金。对此，Wolfspeed董事会表示将仔细审查JANA的信件。

尽管Wolfspeed正在推动8英寸晶圆产能的增长，但6英寸SiC晶圆相对于市场其他产品而言正变得更具成本竞争力。“SiC 制造很复杂，过渡到 8 英寸也很困难。即使主要SiC器件制造商转向8英寸，我们也不认为8英寸会成为未来五年的主要平台。”Yole Group 半导体基板和材料高级技术和市场分析师Poshun Chiu表示。

因此，该WolfSpeed的份额被进入该市场的中国企业抢走，经过几年的快速发展，中国企业正在迅速抢占6英寸SiC市场。

据日本权威行业调研机构富士经济发布的《2024版下一代功率器件&相关市场现状及未来展望》报告，2023年全球导电型碳化硅衬底材料市场占有率前三的公司有1家来自中国，天岳先进（SICC）超过千年老二高意(Coherent)跃居全球第二，仅次于Wolfspeed。

2023年度天岳先进实现营业收入12.51亿元，较2022年增长199.90%。公司的2023年年度报告中指出，全球前十大功率半导体企业超过 50%已成为其客户，包括拿下了英飞凌、博世等国际知名客户。天岳先进主要向英飞凌提供 6 英寸导电型衬底和晶棒，占英飞凌需求的两位数水平。

综上，可以看出，Wolfspeed面临多方面的挑战，包括来自股东的压力、中国企业的激烈竞争，以及8英寸晶圆产能利用率低和毛利率低的问题。未来，Wolfspeed可能需要加快8英寸晶圆产能的提升速度，以提高利用率，并降低生产成本，从而提高毛利率。同时，公司需要加强研发创新，推出更具竞争力的产品，并积极拓展市场，扩大客户群。

未来SiC的市场竞争仍然愈发激烈。各家SiC厂商也有着很明确的目标，意法半导体到2025年实现SiC营收20亿美元，2030年营收达50亿美元。罗姆在今年调低了碳化硅的营收预期目标，最新的目标是，预计到2025年SiC收入达到1100亿日元（~7亿美元），2027年达到2200亿日元（~14亿美元）。英飞凌预计2025 年SiC 收入将达10 亿美元，市占率目标达30%。

GaN产业并购浪潮来袭，市场竞争加剧

随着GaN（氮化镓）材料在射频、电力电子等领域的广泛应用，GaN产业呈现出快速发展态势。marketsandmarkets的报告分析，预计2023年全球GaN半导体器件市场规模将达到211亿美元，到2028年将达到283亿美元，预测期内复合年增长率为6.1%。为了抢占市场份额，提升技术实力，全球各大芯片厂商纷纷加码GaN领域的投资，并掀起了一股并购狂潮。

Yole表示，虽然目前消费行业是功率氮化镓的最大市场领域，但汽车市场将会在未来几年迎来最显著的增长。多家公司正在努力为电动汽车（EV）提供 GaN 系统。Yole Group预测，到2028年，汽车GaN领域的价值将达到5.04亿美元，复合年均增长率为110%。

继去年英飞凌收购氮化镓系统（GaN Systems）之后，1月11日，日本半导体大厂瑞萨电子发布公告称，将以每股5.10美元的价格收购Transphorm，总估值约为3.39亿美元。这是功率氮化镓行业一年内发生的第二起重大收购案。该交易预计将于2024年下半年完成，具体取决于Transphorm股东的批准、所需的监管许可以及其他惯例成交条件的满足。

瑞萨收购Transphorm就是为了开发增强型电动汽车电源解决方案。GaN Systems在汽车领域也有很大优势，这也是英飞凌在2023年收购该公司的主要原因。因此，在汽车行业高利润的推动下，预计在快速发展的功率GaN生态系统中将出现更多并购。

从技术路径上来看，垂直GaN，也就是GaN-On-GaN，是GaN市场中的一个高地。据悉。垂直GaN的性能和成本水平是碳化硅 (SiC) 的10倍，有望取代SiC，成为新兴的高压功率开关半导体材料的选择。然而垂直GaN企业活的却并没有那么光彩。

2024年1月4日，位于美国纽约州德威特的NexGen Power Systems，在2023年圣诞节前夕倒闭，而其旗下总投资超过1亿美元的晶圆厂也已关闭。NexGen主要研发垂直GaN (GaN-on-GaN)半导体技术，还是CHIPS法案旨在帮助的公司。NexGen刚开始交付用于高功率应用的全球首批700V和1200V垂直GaN器件的工程样品，其关闭是如此突然。

3月13日，又一家美国垂直GaN器件厂商Odyssey在官网宣布，他们已与客户签署最终协议，将以952万美元（约合人民币0.67亿）现金，将其大部分资产出售给一家大型半导体公司，当时买家信息处于保密状态。Odyssey是一家总部位于美国纽约州的垂直GaN器件企业，运营着一座占地 10,000 平方英尺的半导体晶圆制造工厂，还可以提供代工服务。

5月7日，随着Power Integrations宣布，他们收购了氮化镓企业Odyssey Semiconductor 的资产。这笔交易也浮出了水面，该交易预计将于 2024 年 7 月完成，之后 Odyssey 的所有主要员工预计将加入 Power Integrations。根据《2023氮化镓产业调研白皮书》，PI公司是全球营收排名第二的氮化镓企业。

3月1日，总部位于新加坡的射频GaN芯片供应商Gallium Semiconductor也释放出了倒闭的信号，并解雇所有员工。Gallium Semiconductor是一家为蜂窝通信领域射频、微波及相关应用提供高性能GaN基射频半导体的全球供应商。关闭的缘由是因为其唯一投资者兼母公司GaasLabs LLC的创始人约翰·奥坎波 (John Ocampo) 于 2023 年11月去世，GaasLabs 选择不再继续提供财务支持，导致该公司关闭。

好在，后来射频芯片厂商Guerrilla RF将Gallium Semiconductor收入麾下。Guerrilla RF成立于2013年，总部位于北卡罗来纳州格林斯伯勒，开发和制造高性能单片微波集成电路（MMIC）。4月29日，Guerrilla RF公司宣布，已完成对Gallium Semiconductor整个GaN功率放大器和前端模块产品组合的收购。自2024年4月26日起，GUER收购了所有已发布的组件以及Gallium Semiconductor正在开发的新核心。此外，所有相关的知识产权（IP）也已作为此次组合收购的一部分转让给GUER。

GUER的首席执行官兼创始人Ryan Pratt评论道：“随着公司不断发展为RFIC和MMIC供应商，将GaN技术整合到我们不断扩展的产品组合中是至关重要的。GaN代表了我们为目标市场提供完整信号链的关键进步。”通过整合这些资产，公司计划大力推动新一代GaN器件的开发和商业化，这些器件主要面向无线基础设施、军事和卫星通信应用。

GaN行业掀起的并购狂潮反映了市场对该技术的高度认可，这些并购案例表明，GaN产业已经进入了强强联合、优势互补的新阶段。通过并购，芯片厂商可以快速获取对方在技术、人才、市场等方面的优势，从而提升自身的竞争力。


氮化镓和碳化硅：它们的竞争领域

在高压功率晶体管市场，氮化镓器件在400伏左右以下的应用中占据主导地位，而碳化硅现在在800伏及以上的应用中具有优势（2000伏左右以上的市场相对较小）。随着GaN器件的改进，400至1,000V之间的重要战场格局将发生变化。例如，随着1,200V GaN晶体管的推出（预计在2025年推出），电动汽车逆变器这个最重要的市场将加入这场战斗。

SiC和GaN将大大减少排放。根据2007年创立的GaN器件公司Transphorm对公开数据的分析，到2041年，仅基于GaN的技术就可以在美国和印度减少超过10亿吨的温室气体排放。数据来自国际能源署、Statista 和其他来源。相同的分析表明可节省1,400太瓦时的能源，即两国当年预计能源消耗的10%至15%。

宽带隙的优势

与普通晶体管一样，功率晶体管可以充当放大设备或开关。放大作用的一个重要例子是无线基站，它放大信号以传输到智能手机。在全世界，用于制造这些放大器中的晶体管的半导体正在从称为横向扩散金属氧化物半导体 (LDMOS) 的硅技术转向 GaN。新技术具有许多优势，包括能效提高 10%或更多取决于频率。另一方面，在功率转换应用中，晶体管充当开关而不是放大器。标准技术称为脉宽调制。例如，在常见类型的电机控制器中，直流电脉冲被馈送到安装在电机转子上的线圈。这些脉冲建立了一个磁场，该磁场与电机定子的磁场相互作用，从而使转子旋转。这种旋转的速度是通过改变脉冲的长度来控制的：这些脉冲的图形是一个方波，脉冲“开”而不是“关”的时间越长，电机提供的转速和扭矩就越大。功率晶体管完成开关。

脉宽调制也用于开关电源，这是最常见的电源转换示例之一。开关电源是为几乎所有以直流电运行的个人电脑、移动设备和电器供电的类型。基本上，输入的交流电压被转换为直流，然后该直流被“斩波”为高频交流方波。这种斩波是由功率晶体管完成的，它通过打开和关闭直流电来产生方波。方波被施加到变压器，变压器改变波的幅度以产生所需的输出电压。为了获得稳定的直流输出，来自变压器的电压经过整流和滤波。

这里的重点是，功率晶体管的特性几乎完全决定了电路执行脉宽调制的能力，因此也决定了控制器调节电压的效率。理想的功率晶体管在处于关断状态时会完全阻断电流，即使在施加的电压很高时也是如此。这种特性称为高电击穿场强，它表示半导体能够承受多大的电压。另一方面，当它处于导通状态时，这种理想晶体管对电流的流动阻力非常小。这一特征源于半导体晶格内电荷（电子和空穴）的非常高的迁移率。将击穿场强和电荷迁移率视为功率半导体的阴阳。

与它们所取代的硅半导体相比，GaN和SiC更接近这一理想状态。首先，考虑击穿场强。GaN和SiC都属于宽带隙半导体。半导体的带隙定义为半导体晶格中的电子从价带跃迁到导带所需的能量，以电子伏特为单位。价带中的电子参与晶格内原子的键合，而导带中的电子可以在晶格中自由移动并导电。

在具有宽带隙的半导体中，原子之间的键很强，因此材料通常能够在键断裂之前承受相对较高的电压，据说晶体管会损坏。与GaN的3.40eV相比，硅的带隙为1.12电子伏特。对于最常见的SiC类型，带隙为3.26eV。[见下表，“Bandgap Menagerie”]

运行速度和阻断高压的能力是功率晶体管的两个最重要的特性。这两种品质又由用于制造晶体管的半导体材料的关键物理参数决定。速度取决于半导体中电荷的迁移率和速度，而电压阻断则取决于材料的带隙和电击穿场。

现在让我们看看迁移率，它以平方厘米/伏秒 (cm²/V·s)为单位。迁移率和电场的乘积产生电子的速度，速度越高，对于给定数量的移动电荷，携带的电流就越大。对于硅，这个数字是1,450；对于SiC，它约为950；对于GaN，约为2,000。GaN异常高的价值是它不仅可以用于功率转换应用，还可以用于微波放大器的原因。GaN晶体管可以放大频率高达100GHz 的信号——远高于通常被认为是硅LDMOS最大值的3至4GHz。作为参考，5G 的毫米波频率最高可达52.6GHz。这个最高5G频段尚未广泛使用，但是，高达75GHz的频率正在部署在dish to dish通信中，研究人员现在正在使用高达140GHz 的频率进行室内通信。对带宽的需求是无法满足的。

这些性能数据很重要，但它们并不是针对任何特定应用比较 GaN 和 SiC 的唯一标准。其他关键因素包括设备及其集成系统的易用性和成本。总而言之，这些因素解释了这些半导体中的每一种在何处以及为何开始取代硅——以及它们未来的竞争可能如何摆脱困境。


国产碳化硅设备进展“喜人”

以碳化硅为代表的第三代半导体的快速崛起，正在成为我国8英寸半导体设备商的新机遇。

在SEMICON China 2024展会上，碳化硅长晶炉、碳化硅量测检测设备、碳化硅零部件等领域均有厂商亮相。比如，志橙股份携旗下碳化硅外延设备、MOCVD设备、碳化硅涂层石墨零部件等解决方案亮相；中机新材携碳化硅晶圆切磨抛耗材方案中的大部分样品供与会人员参观了解。

“碳化硅产业方兴未艾，对半导体产业链公司而言，这不仅是新兴的市场，更是新兴的创新机遇。”有半导体业内人士对记者表示，在硅半导体领域，国内产业链是跟随全球先进发展，从设备到材料全产业链都是复制已有的产品，走的是“替代”逻辑。但碳化硅作为一种新型材料，中国与全球几乎站在同一个起跑线上，这让全产业链公司有了“创新”发展的机会。

事实上，在碳化硅产业链上，中国已经跑出来一批明星公司。富士经济发布的报告显示，在2023年全球导电型碳化硅衬底材料市场占有率排行中，天岳先进超过美国Coherent，跃居全球第二，显示出强劲的市场竞争力。

部分初创公司成为一级市场的“宠儿”，其发展表现可圈可点。比如，致力于半导体量测检测设备的优睿谱，已经在FTIR（傅里叶变换红外光谱测量设备）上迫使国际厂商开打价格战，并量产交付了碳化硅自动光学位错微管检测设备SICD系列等。专注于碳化硅外延炉业务的芯三代半导体科技（苏州）有限公司已于2月份启动上市辅导。

风头正劲的碳化硅，还吸引了硅基半导体设备头部厂商，这给拥有8英寸半导体设备产品线的公司带来新的机遇。

在本次展会的同期论坛上，北方华创介绍了其碳化硅系列设备。晶盛机电展示了6英寸、8英寸碳化硅晶体生长技术。华卓精科展示了晶圆键合设备、8英寸碳化硅激光退火设备、精密运动平台、静电卡盘等产品。

当前，碳化硅从6英寸向8英寸进化的步伐正在加快，天岳先进、晶盛机电、天科合达、山西烁科等头部厂商均在8英寸碳化硅衬底片研发量产上取得相应进展，各大厂商均积极扩产。