2017年：新一代半导体材料应用与需求分析

    半导体材料升级换代。作为集成电路发展基础，半导体材料逐步更新换代，第一代半导体材料以硅(Si)为主导，目前，95%的半导体器件和 99%以上的集成电路都是硅材料制作。下面就随半导体设计制造小编一起来了解一下相关内容吧。

    半导体材料升级换代。作为集成电路发展基础，半导体材料逐步更新换代，第一代半导体材料以硅(Si)为主导，目前，95%的半导体器件和 99%以上的集成电路都是硅材料制作。20 世纪 90 年代以来，光纤通讯和互联网的高速发展，促进了以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的第二代半导体材料的需求，其是制造高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料，广泛应用于通讯、光通信、GPS 导航等领域。第三代半导体材料主要包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石等，因其禁带宽度(Eg)大于或等于2.3 电子伏特(eV)，又被称为宽禁带半导体材料。

半导体材料及用途(数据来源：公开资料整理)

    国内半导体材料市场高速增长。半导体材料市场会根据半导体行业的变化而变化。目前，2015 年全球半导体材料市场产值已达到 434 亿美元，约占据整体产业的 13%，其规模巨大。国内半导体材料市场近年来受产业链增长拉动，半导体材料销售额保持较高增速，2006-2015 年保持平均 14%的增长率。2015 年已经达到 61.2 亿美元的规模，且占有率有持续增长的趋势。预计随着全球半导体产业向大陆转移，日本、台湾等占有率将有所下降，而大陆半导体材料市场将会进一步扩大。

2010-2015年全球半导体材料市场销售额(数据来源：公开资料整理)

2015 年全球各地区半导体材料市场占比(数据来源：公开资料整理)

    主攻新一代半导体材料及集成电路。我国第一代、第二代半导体材料及集成电路产业与国际水平差距较大，而在第三代半导体领域的研究工作一直紧跟世界前沿，工程技术水平和国际先进水平差距不大，已经发展到了从跟踪模仿到并驾齐驱、进而可能在部分领域获得领先和比较优势的阶段，并且有机会实现超越。

    新一代半导体应用领域广泛 ，潜在市场空间大。第二\三代半导体材料正在引起清洁能源和新一代电子信息技术的革命，无论是通信、照明、消费电子设备、新能源汽车、智能电网、还是军工用品，都对这种高性能的半导体材料有着极大的需求。未来第三代半导体技术的应用将催生我国多个领域的潜在市场，届时将产生巨大的市场应用空间。

砷化镓微波功率半导体各应用领域占比(数据来源：公开资料整理)

    通信应用 ：5G技术引领通信革命，推动砷化镓半导体市场

    通信技术更新换代，传输速度呈数量级增长 。从上世纪 80 年代至今，每一代移动通信标准都有着其标志性的能力指标和核心关键技术。1G 只能提供模拟语音业务;2G的 GSM 网络可提供数字语音和低速数据业务;3G 以 CDMA 为技术特征，用户峰值速率达到 2Mbps 至数十 Mbps，可以支持多媒体数据业务;4G LTE 网络用户峰值速率可达 100Mbps 以上，能够支持各种移动宽带数据业务。

    5G 技术将引领新革命。相比前四代通讯技术，5G 网络的变革将更加全面，在进一步提高通讯传输速度的同时，更加强调连续广域覆盖、热点高容量、低时延高可靠和低功耗大连接等场景下的技术需求，为进一步升级的移动互联网市场，和新兴的物联网、智能汽车、智能制造、虚拟现实等市场提供多元化的技术方案。目前国际主流的行业组织、运营商、设备厂商和芯片厂商都在积极投入 5G 标准的制定，预计到 2020 年前后，5G 网络将实现商用。

历代通讯技术发展(数据来源：公开资料整理)

    5G 技术需要海量新型半导体产品支撑 。每一代通讯标准的升级都伴随着通讯芯片厂商的起起落落，如 3G 网络直接带来了高通的崛起，同时也伴随着摩托罗拉通讯芯片业务(后拆分为 Freescale)的衰落;4G 时代，高通、联发科、海思、展讯等茁壮成长。

    未来，5G 网络的商用必然将催生移动通信芯片升级换代的海量市场，同时也将带来通讯芯片市场版图的巨大变化。5G 技术高速率和低延迟的要求，对化合物半导体提出了新的需求。比如功率、线性度、工作频率、效率、可靠性等都需要达到极高的标准。由于 5G 通信全频带通信的特性，5G 手机中射频前端芯片数量将进一步增加，带动以 GaAs 为代表的第二/三代化合物半导体产业链发展。具体到实践当中，可以从设备端和基站端两分析。基站端需求 。5G 实际应用中，带相控阵天线的手机将发射信号给基站和微蜂窝基站，基站和微蜂窝基站将与相控阵天线对接以实现信号连接。基站使用的射频功率管一般采用 LDMOS 工艺，但现在 LDMOS 工艺正在被氮化镓(GaN)工艺取代。GaN 是宽禁带材料，意味着 GaN 能够耐受更高的电压，有更高的功率密度和可工作温度更高，能够满足 5G 通信基站的要求。

    同时，5G 采用高频频谱虽然能提供更高的数据传输速率，但这一频段的电磁波传输距离很短，且容易被障碍物阻挡。因而移动运营商可能需要建设数百万个小型基站，将其部署至每根电线杆、每栋大楼，每户房屋，甚至每个房间，这也就意味着基于 GaN的 PA 芯片需求将出现飞跃增长。根据市场调查机构 Yole 的估计，GaN 功率器件需求有望在今后 5 年内爆发，复合增长率可达 90%以上。

    手机端需求 。4G 手机中数字电路部分包括应用处理器和调制解调器，射频前端则包括功率放大器(PA)、射频信号源和模拟开关。功率放大器通常采用砷化镓(GaAs)材料的异质结型晶体管(HBT)技术制造。未来的 5G 手机也要有应用处理器和调制解调器。不过与 4G 系统不同，5G 手机还需要相控阵天线，每根天线都有独立的 PA 和移相器，并与一个覆盖整个工作频率的信号收发器相连，相应的半导体器件需求将会更大。

    2015 年全球智能手机销量达 14.3 亿部， 中国智能手机出货量达 5.39 亿部。根据估算，2016 年度全球智能手机出货量预计达到 15 部，手机砷化镓功率元件需求量超过 160 亿只，国内手机市场砷化镓元件需求量接近 60 亿只。未来随着 4G 手机渗透率的不断提升和 5G 技术的商用化，手机用砷化镓元件还将不断增长。

2013-2017E年全球镓砷化镓 PA市场规模(数据来源：公开资料整理)

2013-2017E年镓中国砷化镓PA 市场规模(数据来源：公开资料整理)

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