国内半导体行业的真实现状、发展障碍和“超车”！

一、半导体行业真实现状

随着A股上半年业绩披露潮的落幕，半导体业上市公司交出上半年成绩单。其中，中芯国际凭借产品量价齐升，成为“最吸金”的半导体企业，寒武纪仍在“死？磕”研发投入，另有多家公司因电子产品消费疲软，业绩出现下滑。

中芯国际最“吸金”

从净利润端看，主营晶圆代工的中芯国际2022年上半年以62.52亿元的净利润？成为A股半导体行业中最赚钱的公司。据中芯国际港股半年报，该公司销售晶圆（8英寸晶圆）的数量由上年同期330.4万片增加12.8％至本报告期内372.7万片，平均售价由678美元增加至938美元，其毛利率由上年同期的26.8％提升至本期的40.1％，增加13.3个百分点。

值得注意的是，韦尔股份净利润同比增长率仅为1.14％，去年同期，该公司净利润增速达到126.6％。这意味着韦尔股份2022年上半年净利润增速出现明显放缓。

对于业绩变化，韦尔股份在半年报中提到，根据CINNO Research数据，2022年上半年中国市场智能机的销量约为1.34亿部，同比下降16.9％；根据IDC数据，2022年第二季度全球主要计算机品牌出货量同比也下降了约15.3％。终端销量的下滑也让下游客户在备货策略上更为保守。上述因素给公司各业务带来了较大的干扰，来源于部分市场的产品收入出现了下滑的情形。

另外，长电科技（主营芯片成品制造和测试）、兆易创新（主营存储器、传感器）、鹏鼎控股（主营印制电路板）、华润微（IDM模式，主营功率半导体）、紫光国微（主营智能安全芯片等）、闻泰科技（主营半导体、智能终端等）共6家公司上半年净利润达到10亿元以上。

值得一提的是，净利润超10亿元的公司中，仅闻泰科技业绩下滑4.11％。对于上半年的成绩单，闻泰科技表示，半导体业务在电动智能汽车快速发展的行业背景下展现出领先的竞争力，但在手机等消费电子需求低迷的大背景下，传统产品集成业务（上半年净亏损2.16亿元）增长呈现一定压力。另外，生益科技（主营覆铜板和粘结片）、卓胜微（主营射频集成电路）上半年净利润均出现双位数的下滑。

卓胜微下游应用领域为智能手机。该公司在半年报中表示，公司面临来自多方面的严峻挑战—全球宏观局势变化、地缘冲突风险外溢，叠加疫情反复造成的供需端扰动。手机方面，近日IDC下调2022年预期，预测2022年度全球智能手机市场出货量为13.1亿部，较2021年的13.6亿部下降3.5％。

值得注意的是，卓胜微提到，国产替代是公司业绩重要驱动因素之一。该公司表示，国内射频前端芯片厂商仍处于追赶阶段，在全球射频前端市场的占有率有限，射频前端国产替代率仍然很低，参与国际竞争力较弱，因而行业长期增长空间广阔，发展潜力巨大。

寒武纪研发投入占营收比飙升

在消费电子市场疲软的环境下，仍有多家A股半导体公司大手笔投入研发。其中，寒武纪（主营人工智能芯片产品）研发投入占营收比达366.34％，成为A股唯一研发投入超过营收的半导体公司，其研发投入金额为6.29亿元，同期，该公司营收同比增24.6％至1.72亿元，归属于上市公司股东的净利润为亏损6.22亿元。

对于巨额研发投入，寒武纪表示，公司为确保智能芯片产品及基础系统软件平台的高质量迭代，在竞争激烈的市场中保持技术领先优势，持续加大研发投入，积极引进优秀人才、保持公司研发团队稳定。

另外，概伦电子（主营EDA产品）、龙芯中科（主营芯片设计）、翱捷科技（主营无线通信芯片）研发投入占营收比都超过40％。

对此，概伦电子表示，由于 EDA 工具在集成电路行业中所起的关键作用，EDA 行业具有产品验证难、市场门槛高的特点，尤其是国际知名客户对新企业、新产品的验证和认可门槛较高。因此，EDA 行业研发成果要转化为受到国际主流市场认可的产品，需要持续大量的研发投入以形成在技术上达到先进水平的产品。

翱捷科技在半年报中表示，公司期内在研项目16项，新增项目4项，其中5G相关项目及4G智能手机平台项目为公司当期重点投入项目，合计投入占比超过本期研发投入的60％。

另外，还有汇顶科技（主营芯片设计）、赛微电子（主营晶圆代工）、芯原股份（主营芯片定制）、博通集成（主营无线通讯芯片）、天岳先进（主营半导体衬底材料）、晶丰明源（主营电源管理芯片）、恒玄科技（主营智能音视频SoC芯片）、希荻微（主营电源管理及信号链芯片）研发投入营收占比超过30％。

对于半导体业中报，国金证券研报表示，短期电子行业景气周期下行，子版块景气度出现较大分化，高景气度板块包括半导体设备、材料、汽车电子高压连接器、功率半导体。具体来看，设备受益于国内晶圆厂扩产+国产化率提升，设备订单有望持续落地，半导体材料国内产能将快速扩张。

该机构认为，受益新能源汽车、光伏风电市场高增长，功率半导体板块持续高景气，汽车电子高压连接器需求受益于电动化的驱动，下半年整车厂加速竞争迭代，新车陆续定点，国产化率将进一步提升。因消费电子终端需求较弱，与消费电子相关的子版块业绩承压。

中信证券研报更为乐观。该机构表示，在行业景气持续、国产替代深入背景下，预计半导体设备公司将持续有基本面业绩支撑。短期在自主可控逻辑下，半导体材料龙头企业有望充分受益，提升市占率；中长期看，半导体材料需求将持续增长，看好技术实力领先，存在放量逻辑，有望充分受益国产化的龙头公司。国内先进封装行业发展较成熟，市场需求及国产替代空间巨大。

国资晶圆厂持续扩产，半导体设备市场快速成长

中芯国际、长江存储、长鑫存储等国资晶圆厂/存储厂产线在各自领域实现关键突破，将会持续加大资本开支推动扩产。我们测算 2022 年-2024 年国资背景晶圆厂资本开支仍有较快增速，随着资本开支落地，2024 年国资12 寸逻辑代工产线及存储产线产能相较于 2021 年将大幅提升。具体来看，中芯国际自 2020 年被美国加入实体清单后，战略方向逐渐向成熟制程扩产倾斜，2021 年以来先后发布公告将分别在北京、深圳、上海、天津加大投资进行成熟制程扩产，尤其是 2022 年 8 月最新公告的天津厂扩产，彰显了公司扩产不受行业景气扰动的意志和信心，我们认为中芯国际未来2-3 年扩产节奏和资本开支增速依然会保持较快水平。

长江存储和长鑫存储是国内在存储芯片 3D NAND、DRAM等领域的代表厂商，经过多年的技术积累后，正逐渐缩小与海外龙头的技术差距，而随着新一代节点也持续取得良好突破，我们预测长江存储和长鑫存储都将加速扩产，推动资本开支持续向上。

同时，以中芯国际、长江存储、长鑫存储为代表的晶圆厂存储厂，近年在扩产过程中正逐渐提升国产化比例，推动国产设备订单快速提升。而美国仍在持续扶持本土半导体产业链、限制中国半导体产业，我们认为进一步凸显了自主可控的重要性和紧迫性，预计国产化比例仍将快速提升。国内晶圆厂资本开支持续加速叠加国产设备份额不断提升，将双轮驱动国产设备订单快速成长。我们测算 2022 年-2024 年国资背景晶圆厂资本开支分别为255亿、290 亿、360 亿美元，仍有较快增速，叠加国产替代进一步加速，国内设备厂商预计将继续快速成长。

半导体零部件国产化程度低，替代元年已经开启

半导体零部件具有技术密集特点，对精度和可靠性等要求高。半导体设备的关键核心技术很多都以精密零部件作为载体来实现，其升级迭代很大程度上也依赖于精密零部件技术首先突破。由于需用于精密的半导体制造，零部件有着精度高、工艺复杂、要求严苛等特点，常需要兼顾强度、抗腐蚀、电子特性、材料纯度等复合功能要求，生产难度较高，且在大批量生产时，对于厂商生产加工的一致性、可靠性、稳定性要求极高。

半导体零部件品类多、批量小、格局分散，龙头厂商大多跨行业跨品类发展。由于精密零部件品类极多，批量小，其市场碎片化特征明显，单个产品市场空间并不大，且许多属于各个行业都会使用的具有一定通用性的零部件产品，因此各细分品类龙头厂商往往覆盖多个下游，产品同时用于半导体、工业、医疗等领域。如蔡司的光学镜头除了用于光刻机外，也广泛应用于显微镜、摄像机等。

同时，一些龙头厂商也会布局多类零部件产品，拓展其成长空间。如MKS仪器公司，在气体压力计、射频/直流电源、真空产品、机械手臂等产品线均占据主要市场份额，为下游客户可提供较为全面的配套服务。因此，总结来看，精密零部件的细分龙头往往都是跨品类跨行业发展。

同时也由于市场极为碎片化，且技术壁垒高，行业内企业较难实现全品类覆盖，市场格局较为分散。据 VLSI 数据，近 10 年里，前十大供应商的市场份额总和趋于稳定在 50%左右，相对并不特别集中。但由于半导体零部件对精度和品质的严格要求，就单一品类而言，全球一般仅有少数几家供应商可以提供产品，这也导致了细分品类的集中度往往较高，垄断效应比较明显。

目前半导体零部件供应格局以海外厂商为主，国内自给率较低，既因产业壁垒高、市场碎片化，也因为国内下游半导体设备产业不发达，国内零部件厂商缺乏技术基础、发展性价比不高。据芯谋研究统计，石英件、边缘环、Shower Head等部件自给率超过 10%，而泵、机械臂、阀等部件自给率都极低。

而随着下游晶圆制造厂及设备厂商迎来高速发展期，且在外部环境不确定背景下各环节自主可控进程加速，零部件环节已在 2021 年开启替代元年，未来三年正是替代高峰期。在一些细分品类实现技术和客户突破的优质厂商，如江丰电子、富创精密、靖江先锋等企业的订单和业绩有望加速释放。

产业链生态建设仍待加强，达到上下协同的规模经济尚需时日

产业链上游EDA工具、材料、设备国内上市企业盈利能力与头部企业无明显差距，均呈现出高毛利、低净利的特点。然而国内技术服务（主要为IP授权）厂商毛利率与净利率大幅度低于头部企业，国内技术服务企业正处于成长期，销售费用与研发费用偏高，盈利不足。产业链中游设计、制造、封测环节国内企业平均净利率水平保持稳定、毛利率水平呈现逐层降低趋势，盈利能力整体不及头部企业，国内上市企业高端芯片及先进制程难以突破，规模效应不显著，市场定价能力受限。

半导体IC产业上游—进程总览

作为整个半导体IC产业的基础，上游产业链国产需求迫切

EDA工具、IP授权、半导体材料以及设备是整个半导体IC产业的底层要素，技术壁垒高、工艺复杂且需要长期技术积累，难以实现弯道超车。半导体产业链已经实现全球化分工布局，然而底层要素与核心关键技术大部分掌握在欧美企业手中。当前中美贸易摩擦、俄乌冲突等国际事件正在重塑半导体产业全球分工体系，国际局势不确定性上升，国内终端需求持续扩张，我国对半导体产业链的自主可控诉求进一步凸显，实现半导体产业底层要素等关键领域安全可控需求迫切。

半导体IC产业中游—产业模式

中游：垂直整合制造模式、垂直分工模式、轻晶圆厂模式

集成电路行业在中游产业链经营模式上主要分为垂直整合制造（IDM，Integrated Device Manufacturing）模式、垂直分工模式与轻晶圆厂（Fab-lite）模式。早期，集成电路产业以IDM模式为主，由IC企业自行设计、并将自行生产加工、封装、测试后的成品进行销售。自20世纪60-70年代开始，集成电路产业链开始出现专业化分工方向，孵化出独立的芯片设计企业（Fabless）、晶圆代工厂与封测代工厂，并形成了新的产业模式，即垂直分工模式。各环节企业运营更灵活且资金门槛更低，因此垂直分工模式自出现后不断深化，进入繁荣发展。在21世纪后，半导体IC产业链又出现了轻晶圆厂模式，介于IDM模式与垂直分工模式之间，或由IDM企业对外代工转变而来，或由垂直分工模式其中之一环节延伸到其他环节转变而来。

半导体IC产业中游—IC设计环节

体量较轻，深陷”中低端拼价格，高端拼技术”内卷之局

受益于垂直分工模式迅速发展、半导体政策倾向与一级市场投资加持，中国有大量Fabless企业涌现，产业集聚效应进一步明显。根据中国半导体协会CSIA的数据显示，2021年中国IC设计企业数量已达到2810家，同比增长26.7%，主要为初创、中小企业参局；销售规模为4519亿元，同比增长19.6%，呈现高速发展态势。从产品维度来看，大量中小设计企业扎堆中低端市场，产品同质化带来的价格战进一步挤压中小企业生存空间，而高端产品市场要看企业技术储备，与国内厂商拼产品“能否做得出”以及产品“能否用的好”，对企业的资金实力、研发团队提出高要求。

半导体IC产业中游—IC制造环节

IC制造规模稳定增长，资金、人才、技术壁垒带来马太效应

根据中国半导体协会的公开数据，2021年中国IC制造业销售规模已达到3176亿元，在全球缺“芯”的大背景下，IC制造业保持强劲增长态势，同比增长率达到24.1%。晶圆代工厂的上游采购供应商核心包括IC制造设备与IC制造材料，下游客户核心包括Fabless厂商与IDM厂商（虽自有代工厂，但出于利益考量也会找到IC制造厂商），因此基于上游资金需求与下游工艺关联的产业背景，半导体IC制造行业铸就资金、人才与技术的高壁垒因素。也正因为IC制造环节高壁垒，自早期IDM模式后，垂直分工模式出现，剥离出独立制造环节厂商，晶圆代工厂规模日益壮大，具备资金实力与客户关系的厂商会进一步扩张建厂、吸纳人才、更新技术，马太效应日益显现。

半导体IC产业中游—IC封测环节

中国大陆企业早期以封测为入口进军，现已迈入发展成熟期

相较于其余环节，封装行业进入壁垒较低，因此在中国集成电路发展早期，众多企业选择以封测环节作为切入口，并不断加强对海内外企业并购动作，以持续扩大公司规模，现中国封测龙头企业已成功步入成熟期。根据ChipInsights芯思想研究院2021年公布的数据，2021年全球Top10企业中，以长电科技、通富微电、华天科技为代表，中国大陆市占率已达20.1%。据CSIA中国半导体协会公开数据，2021年中国IC封测业销售规模已达2763亿元，同比增长10.1%。未来，随着摩尔定律极限的逼近，封测技术节点突破难度加大，先进封装技术将成为封测厂商突破发展的方向。而中国IC封装业目前以传统封装为主，总体先进封装技术与国际领先水平仍有一定差距。以三大龙头（长电科技、通富微电、华天科技）为代表的中国企业正通过自主研发和兼并收购，逐步形成先进封装的产业化能力，未来顺应封测行业发展趋势，中国封测企业将进一步加强由传统封装到先进封装的能力转化，以获得长足发展。

二、阻碍：美日合谋围堵中国半导体

最近，日本在半导体领域动作有点多。日本政府先是出台了针对23种半导体制造设备的出口管制措施，接着又联手美国，声称要深化在先进半导体及其他技术研发方面的合作。

日本祭出的出口管制措施，虽然明面上没有将特定国家或地区列为出口管制对象，但这23种设备在出口到与日本“友好”的42个国家或地区以外时，都必须取得个别许可。这意味着这些设备未来要出口到中国将变得更加困难。

日本一面跟在美国身后亦步亦趋，围堵中国半导体产业；一面抱紧美国大腿，希望开启自己的半导体制造业重振之路。

日本经济产业大臣西村康稔日前在底特律出席亚太经合组织贸易部长会议。他与美国商务部长雷蒙多会晤后，双方发表联合声明说，美日同意共同努力“找出并解决恐有损半导体供应链弹性的产地集中问题”，并希望通过与新兴及发展中国家合作强化供应链。

美日这一顿操作的时机有些微妙。大家应该还记得，不久前结束的七国集团峰会大谈所谓“去风险”。美日现在显然是打着“去风险”旗号，继续构筑“小院高墙”，对华“技术封锁”，打压遏制中国。

当然，除了紧跟美国步伐打压中国之外，日本还有更大的盘算，那就是重现日本半导体产业昔日的荣光。只不过，这个目标能否实现，要打一个大大的问号。

01 日本重振半导体产业有点悬

让我们把时针拨回1959年。当时，美国德州仪器的工程师发明了集成电路。大约两年后，日本也做出了自己的集成电路和内存芯片。日本虽然技术稍逊，但胜在人力成本低，生产有优势，日本很快便成为半导体出口领域的王者。

眼见日本半导体产业越来越壮大，美国人开始搞事情。1986年，美国迫使日本签订《美日半导体协定》，并发起“301调查”，对日本半导体等产品实施贸易制裁，日本半导体产业元气大伤。此后，美国取代日本成为世界最大芯片出口国，韩国、中国也在这一领域崭露头角，日本难以再现上世纪80年代的辉煌。

如今，美国的对华遏制和打压政策加剧了半导体行业逆全球化和保护主义势头，主要经济体争相打造自给自足的半导体供应链。日本似乎好了伤疤忘了痛，想在这一轮产业链重塑过程中巴结美国，让本国半导体产业东山再起。

近期，日本陆续出台半导体产业支持政策，大幅追加投资，并设定到2030年将半导体和数字产业销售额提高至目前的3倍、超过15万亿日元（1美元约合130日元）的目标。

去年，包括软银、索尼、丰田在内的8家日本大企业共同注资成立“芯片国家队”Rapidus公司，目标是打造高端半导体。截至目前，日本政府计划向该公司提供总计3300亿日元。Rapidus正与美国国际商业机器公司(IBM)合作，研发先进逻辑芯片。

此外，日本大力吸引晶圆代工巨头赴日建厂。建设中的台积电熊本合资工厂预计2024年底投产。日媒报道，台积电计划在日本建设第二家芯片厂，预计总投资超过1万亿日元。日本还补贴存储芯片巨头美国美光公司，以提升美光在日本的产量。

日本真的可以借此机会重振半导体产业吗？且不说奉行“美国优先”的美国人会不会允许日本半导体产业再次崛起，日本自身面临的挑战也不少。Rapidus公司总裁小池淳义坦言，日本缺乏必要的大规模投资，而且多年来半导体人才不断流失，这些问题足以影响日本半导体产业复兴。

02 失去中国市场代价高昂

日本很忙，美国、欧洲、韩国也没闲着，都在谋划自己的半导体发展战略。美国自不必说，去年出台《芯片与科学法案》，旨在通过巨额产业补贴和遏制竞争的霸道条款，推动芯片制造回流本土。

欧盟委员会去年2月出台《芯片法案》，计划投入430亿欧元打造本土芯片供应链并吸引外资设厂，到2030年将芯片产量在全球的份额从目前的10%提高至20%。

韩国政府2021年发布“K半导体战略”，要将韩国建设成为全球最大半导体生产基地。韩国政府日前又宣布，将吸引300万亿韩元民间投资在首都圈打造半导体集群。

主要经济体纷纷下场抓半导体，那么产业形势将如何发展呢？《芯片战争》一书作者、美国塔夫茨大学副教授克里斯·米勒认为，在逻辑芯片和存储芯片尖端技术领域，美国将竭力协调各方将中国排除在创新网络之外，而中国也将努力构建没有美国的自有供应链。

米勒判断，全球半导体产业生态系统将出现局部“脱钩”，许多企业将因此无法进入中国市场，这将对全球经济产生巨大影响。

很不幸，米勒的判断已经开始照进现实。中国海关总署数据显示，今年前4个月，中国半导体进口额1056亿美元，同比减少25.6%。有分析称，美国的出口禁令是造成进口额大幅下滑的主要原因。

错失中国市场的半导体企业必将付出沉重代价，这一点毋庸置疑。

去年10月，美国政府在半导体制造等领域对华升级出口管制措施，造成美国半导体和半导体制造设备对华出口大滑坡。美国半导体设备制造商应用材料公司和泛林集团分别有超过30%的销售额来自中国。泛林集团预计，相关措施将导致集团2023年销售额减少20亿至25亿美元。

今年1月，荷兰和日本加入美国对华进行半导体设备出口管制。荷兰半导体设备制造商阿斯麦首席执行官彼得·温宁克透露，中国市场订单占其订单总量的15%。

温宁克警告，不断升级的中美紧张局势将给芯片行业带来更多障碍和摩擦。英国奥姆迪亚研究公司此前估计，日本半导体企业20%至30%的业务在中国，受限制措施影响，日本半导体企业将失去约70%的在华业务。

去年1月至9月，约40%的韩国芯片出口流向中国。但近期美国不断向韩国施压，包括要求韩国企业不要填补美光在中国遭禁后留下的市场缺口，为韩国半导体企业业绩乃至韩国经济前景蒙上阴影。韩国开发研究院日前发布报告指出，受美国、欧盟供应链重组影响，最糟情况下，韩国经济增长率可能下跌0.641个百分点。

03 踏实用心做好自己的事

美国在芯片领域遏制中国，一定程度上刺激了中国半导体产业发展。微电子行业市场研究公司“信息网络”总裁罗伯特·卡斯特利亚诺撰文说，美国的制裁、实体清单和芯片法案并没有阻碍中国，反而增强了中国要超越美国的决心。他说，中国芯片龙头企业中芯国际已有能力生产7纳米芯片，而且中国国内设备供应商正在制造生产5纳米芯片的设备。

美国打压中国发展高端芯片，促使中国目前将资源集中在传统芯片。有分析说，中芯国际正积极扩张相对成熟制程的产能。这类产品虽然没有最新智能手机采用的先进芯片利润高，但也有相当大的市场需求。

中国有新型举国体制的效率和优势，有超大规模的单一市场。在成熟工艺领域做强技术、做大市占率，同时抓紧攻坚成熟工艺相关材料与设备，巩固国产供应链，相信中国半导体产业必然将不断向上攀升。

三、突破、可能的弯道超车

伴随着近期人工智能、算力、芯片半导体等板块题材的活跃，第四代半导体的概念也顺势一度上过热搜。那么，到底什么才是第四代半导体？

借助对半导体材料发展历程的梳理，来回答上述的问题。

首先要明白一点，我们所说的，第1、2、3、4代半导体，指的是材料。表面上看，半导体材料的代际划分是按照时间线，而本质上是材料技术的革新，以及对微电子领域发展的影响。

第一代半导体，也是最早的半导体材料，是单质材料，因此也被称为“元素半导体”。虽然世界上第一只晶体管是由锗（Ge）生产出来的，且锗的最外层电子能级相较于硅（Si）要高，但更高的电子能级除了带来更好导电性的同时，也带来了非必要能耗与器件耗损。此外，在储量和价格上，锗也不具优势。所以，发展至今，包括硅（包括硅基）器件占到了全球销售的半导体产品的95%以上。

站在世界半导体材料发展的角度来看，我国的起步也并不晚。可以说是也赶上了上世纪50年代开启的，硅半导体材料工业化兴起。（1957年，北京电子管厂拉出了锗单晶，并由中科院应用物理研究所和二机部十局第十一所开发出锗晶体管；1959-60年，天津拉制出硅（Si）单晶、砷化镓（GaAs）单晶。）

硅半导体材料工业化的兴起，带动了当时以集成电路为核心的微电子产业的快速发展，被广泛的应用于消费电子、通信、光伏、军事以及航空航天等多个领域。如果没有硅半导体材料的出现及大规模应用，也就不会有取代电子管的微电子工业发展，如我们现在常见的CPU、GPU等产品也都不会出现。

随着技术的进步，以及微电子行业要求的提升，由于硅材料的带隙较窄、电子迁移率和击穿电场较低等因素，硅材料在光电子领域和高频高功率器件方面的应用受到诸多限制。所以在上世纪80年代，以砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）为代表的第二代半导体材料概念被提出，并很快被大量应用在光电子，尤其是红外激光器和高亮度的红光二极管领域。

第一代半导体材料奠定了微电子产业的基础，第二代半导体材料奠定了通信产业的基础。进入4G时代后，大量的第二代半导体材料器件被用在通信基础设备，如毫米波器件、发光器件、卫星通讯、移动通讯、光通讯、GPS导航等。步入5G时代后，这个需求还会增大。据集邦咨询顾问预测，中国手机砷化镓PA市场将从2019年的18.76亿美元增长到2023年的57.27亿美元，年复合增长率达到19.17%。

不过，因为第二代半导体材料本身存在毒性（砷化镓能污染环境、磷化铟被认为是可疑致癌物质），且在高功率器件需求增加的背景下，人们希望有在高压、高温、高功率环境下表现更好的半导体元器件出现。第三代半导体材料的概念很快被提出。

目前主流的、有产业化潜力的第三代半导体材料是碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），主要应用领域是功率器件和射频器件。从技术成熟度和工业化角度来看，碳化硅是目前技术、器件研发最为成熟的宽禁带半导体材料，产量要远大于氮化镓。

对比碳化硅和氮化镓，它们的相对优势导致被设计用于不同的领域。碳化硅拥有更高的热导率，主要对标高功率器件，被认为可以大量替换硅基芯片。氮化镓有高临界磁场、高电子饱和速度、极高的电子迁移率等优势，比碳化硅和纯硅基有更高的开关速度，在高频率领域具备优势，是超高频器件的极佳选择。此外，业界也结合两者的优势，提出了碳化硅/氮化镓[Sic-GaN]射频器件概念：用碳化硅作为衬底材料，在高压和高可靠性领域选择碳化硅外延，在高频领域选择氮化镓外延。

严格来说，第四代半导体材料的概念是在近5至10年内被提出。它的被重视，主要得益于22年底、23年初，我国在该领域取得了快速进步。

如果从推动需求发展因素的角度来看，第四点半导体材料的主推动力是人工智能与量子计算。尤其是近期“量子芯片/计算机”、“GPT4.0”等关键词的出现，让我们看到了，一个可以实现的，并且在短期内，会比“元宇宙”这个概念，更快实现的新时代来临。这个时代的决定性因素是算力，并且伴随算力需求的提升，硬件端必然会需要更小体积、更低功耗，但性能更强的半导体元器件作为基础支持。

可以这么说，前三代半导体材料的发展，很大程度是“奠基性”、“开创性”，到了第四代半导体材料的发展，则会走向“细化”，即带有很强的某些重点领域发展的需求导向性。当然，第四代半导体材料最快的产业化，也包括了全面替代第三代半导体材料，在功率器件以及射频芯片中的应用。

第四代半导体材料包括超宽禁带半导体和超窄禁带半导体，前者包括氧化镓、金刚石、氮化铝，后者如锑化镓、锑化铟等。从一定时期内的技术发展成熟度来看，氧化镓（Ga2O3）是最可能在未来几年内，实现从实验室到工厂的第四代半导体材料。我国部分产业机构认为，作为第四代半导体材料中最可能快速解决产业化技术瓶颈的氧化镓，有望在未来10年内完全替代碳化硅和氮化镓市场，并成为我们在芯片半导体领域的一个“弯道超车”。

对比碳化硅、氮化镓和氧化镓的理论物理性能，能够发现，氧化镓与第三代半导体不再是“相对优势”的互补关系，而是有望凭借“超宽带隙（4.2-4.9eV）”、“超高临界击穿场强（8MV/cm）”和“超强透明导电性”等优势，在未来替代碳化硅和氮化镓。

简单来说，更宽的禁带宽度意味着电子需要更多的能量从价带跃迁到导带，且在同等规格下，宽禁带材料可以制造die size更小、功率密度更高的器件，节省配套散热和晶圆面积。氧化镓比碳化硅和氮化镓的禁带宽度要大很多，在同等技术产业化技术成熟度的条件下，氧化镓器件更耐高压、耐高温、大功率、抗辐照、低成本。

从成本角度来看，当前生产氧化镓的成本的60%来自于生产过程中所需的稀有金属铱坩埚。

假如未来可以找到优化坩埚损耗甚至替代铱坩埚的方法，根据Joule杂志2019年美国NREL（Strategic Energy Analysis Center at National Renewable Energy Laboratory国家可再生能源实验室-战略能源分析中心）的一篇文章How Much Will Gallium Oxide Power Electronics Cost》中展示的衬底成本模型和技术改进效果预测，单片氧化镓的晶圆成本可由当前的283美金下降到195美金，大大低于碳化硅的成本（916美金）。

这也是为何说，氧化镓半导体材料最快产业化的切入点，是在功率器件以及射频芯片中全面替代碳化硅和氮化镓的理论基础。

目前我们认为，并也在做的产业化、商业化推进的是β相氧化镓。

氧化镓有α、β、γ、ε和δ这5种同分异构体，其中β-Ga2O3最为稳定。当环境温度加热至1,000℃，或采用水热条件（即湿法）加热至300℃以上时，其他所有亚稳相的异构体都会被转换为β相异构体。

从当前的国际竞争格局来看，美国的Kyma Technologies和日本的FLOSFIA与Novel Crystal Technology是氧化镓衬底、晶圆和器件的开发商和制造商的标杆企业。

2008年，日本京都大学藤田教授发布了氧化镓深紫外线检测和SchottkyBarrier Junction、蓝宝石（Sapphire）晶圆上的外延生长（Epitaxial Growth）等研发成果。2012年，日本率先获得2英寸氧化镓材料，并于2014年实现了批量产业化，随后又实现了4英寸氧化镓材料的突破及产业化。2015年，推出了高质量氧化镓单晶衬底。2016年，推出了同质外延片，此后基于氧化镓材料的器件研究成果开始爆发式出现，引起全球半导体材料研究领域的高度关注与布局。

2016年，Kyma Technologies将氧化镓添加到其产品线中。2018年，中国启动了包括氧化镓、金刚石、氮化硼等在内的超宽禁带半导体材料的探索和研究，并在2022年将氧化镓材料列入“十四五重点研发计划”。2021年，Novel CrystalTechnology全球首次量产了100mm 4英寸的“氧化镓”晶圆。2022年，Novel CrystalTechnology与大阳日酸株式会社、东京农业技术大学合作，将备受关注的氧化镓（β－Ga2O3）用HVPE法成功地在6英寸晶圆上沉积。FLOSFIA与三菱重工、丰田汽车子公司电装和大规模生产使用氧化镓（硅的替代品）作为半导体材料的功率半导体。

从产业化（或者说商业化）的角度来看，日本在该领域处于领先地位，开始尝试落地于新能源汽车功率器件和部分射频芯片领域。

根据FLOSFIA的预测，2025年氧化镓功率器件市场规模将开始超过氮化镓，2030年达到15.42亿美元（约人民币100亿元），达到碳化硅的40％，达到氮化镓的1.56倍。仅从新能源汽车市场角度来看，据TrendForce集邦咨询统计，2022年全球新能源车销售量约1,065万辆，渗透率约为15%，而碳化硅的渗透率仅为9%。因此，伴随新能源车销量的增长与渗透率提升，在碳化硅或氮化镓产品也仅仅初入市场的时候，氧化镓有很大的时间窗口优势，加快产业化进度来填补这块缺口。

据最新的产业新闻报道，Novel Crystal Technology拥有可将成本降低到三分之一的自主工艺，当前正在加紧推进配备在纯电动汽车上的功率半导体使用的氧化镓晶圆的实用化，并计划2025年起每年生产2万枚100毫米晶圆，到2028年量产生产效率更高的200毫米晶圆。

从射频芯片市场的角度来看，氧化镓基产品可参考碳化硅外延氮化镓器件的市场。2020年碳化硅外延氮化镓射频器件市场规模约8.91亿美元，2026年将增长至22.22亿美元（约人民币150亿元）。

回到我国氧化镓的研发与生产上，目前国内有4家产业公司是明确指向性氧化镓材料的研发。从这4家企业的结构来看，均为国资/政府参与主导的，产业资本与人士参与模式。

回到二级市场本身，与氧化镓半导体概念强相关的，均是参股或参与了以上4家公司的上市企业。次一级概念的是宣称自己，或参控股公司有氧化镓相关的生产技术。排在最后的概念公司，则为与氧化镓的原材料，金属镓生产制取或销售相关。

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