我国碳基半导体制备材料取得关键性突破,相关概念股来了!

5月26日,北京元芯碳基集成电路研究院宣布,由该院中国科学院院士北京大学教授彭练矛和张志勇教授带领的团队,经过多年研究与实践,解决了长期困扰碳基半导体材料制备的瓶颈,如材料的纯度、密度与面积问题。他们的这项研究成果已经被收录在今年5月22日的《科学》期刊“应用物理器件科技”栏目中。

目前,大到航空航天、金融保险、卫生医疗等领域,小到智能手机、家用电器等数码家电所使用芯片绝大部分采用硅基材料的集成电路技术,该项技术被国外厂家长期垄断,国内电子产品所需要的芯片则大多依赖进口。据统计,中国每年进口芯片的花费高达3000亿美元,甚至超过了进口石油的花费。

“采用硅以外的材料做集成电路,包括锗、砷化钾、石墨烯和碳,一直是国外半导体前沿的技术。而碳基半导体则具有成本更低、功耗更小、效率更高的优势,更适合在不同领域的应用而成为更好的半导体材料选项。我们的碳基半导体研究是代表世界领先水平的。”彭练矛院士说。

以企业应用为例:与国外硅基技术制造出来的芯片相比,我国碳基技术制造出来的芯片在处理大数据时不仅速度更快,而且至少节约30%的功耗。碳基技术在不久的将来可以应用于国防科技、卫星导航、气象监测、人工智能、医疗器械等多重领域。由于碳基材质的特殊性,它能让电路做到像创可贴一样柔软,这样的柔性器械,如果应用于医疗领域将使患者拥有更加舒适的检查体验;因碳基材质特点,在一些高辐射、高温度的极端环境里,采用碳基技术制造出的机器人将更好的代替人类执行危险系数更高的任务;谈到个人应用:碳基技术若应用到智能手机上,因其拥有更低的功耗,将使待机时间更加延长。“现在我们用手机看电影3个小时的可能就没电了。若将手机植入碳基技术的芯片,至少可以看上9个小时的电影都不会断电,且手机开多少个程序都不会出现卡顿。”北京元芯碳基集成电路研究院研发部负责人许海涛说。

据了解,碳基技术也是发达国家一直研发预替代硅基的新技术。由于我国碳基技术起步较早,目前的技术是基于二十年前彭练矛院士提出的无掺杂碳基CMOS技术发展而来,近年来取得了一系列突破性的进展,极大地提升了我国在世界半导体行业的话语权。

市场空间有多大?

天风证券认为,碳化硅功率器件具有高频、 高效、 高温、 高压等优势,是下一代功率器件的发展方向。受高效电源、电动汽车等行业的需求驱动,碳化硅功率器件未来市场容量将以超过30%的年复合增长率发展,预计2027年市场容量达到120亿美元。

专家认为,碳化硅器件目前在价格上是硅器件的1.5-2倍左右,有望在2023-2025年左右形成竞争格局。未来5-10年,如果氮化镓在电压性能和可靠性能上能进一步的提升,那么在电动汽车动力系统领域会和碳化硅形成一定的竞争。

国泰君安认为,从全产业链角度,以5年的维度来看,第三代半导体器件和系统的成本(包括后期运行期间的能耗节省),比硅基器件和系统将会具备性价比优势,从而快速地推动行业的发展。单从材料本身的成本来讲,碳化硅氮化镓不太可能和硅片形成竞争。

兴业证券认为,光伏、半导体成长性明确,先进碳基材料渗透率有望提升。随着5G和物联网等应用快速发展,对硅晶圆整体需求快速提升,全球新一轮半导体资本开支启动,自主可控有望打开关键设备、材料端的国产替代空间。光伏和半导体产业硅片大尺寸化趋势明确,对强度、纯度、导热系数等指标提出了更高的要求,传统石墨材料安全性、经济性不足,先进碳基复合材料有望逐步对其替代,渗透率提升,成为光伏、半导体产业晶硅制造热场系统部件主流材料。

招商证券认为,氮化镓(GaN)是第三代半导体材料的典型代表,法国研究机构Yole预测,到2023年氮化镓射频器件的市场规模将达到13亿美元,复合增速为22.9%。随着第三代半导体材料的崛起,基于新材料的IGBT也将站上历史舞台。IGBT主要应用领域之一的新能源汽车也已经打开市场,未来空间巨大。碳化硅基IGBT将加速发展,建议关注第三代半导体材料与IGBT产业链。碳化硅(SiC)因其在高温、高压、高频等条件下的优异性能,在交流和直流转换器等电源转换装置中得以大量应用。目前,我国碳化硅(SiC)在高端市场领域,如智能电网、新能源汽车、军用电子系统等尚处于发展初期。根据IHS预测,到2025年,全球碳化硅功率半导体的市场规模有望达到30亿美元。

核心受益股有哪些?

中信建投认为,射频GaN在5G基站和军用雷达的应用中独具优势,快充、汽车电子、消费电子将推动功率GaN放量。GaN在电源管理、发电和功率输出方面具有明显的技术优势。在600伏特左右电压下,其在芯片面积、电路效率和开关频率方面明显优于硅,这使电源产品更为轻薄、高效。并且,GaN充电器体积小、功率高、支持PD协议,有望在未来统一笔电和手机的充电器市场,市场前景广阔。预计2024年GaN电源市场将超过3.5亿美元,CAGR达85%。国内新兴代工厂中,三安光电和海特高新具有量产GaN功率器件的能力。

国金证券认为,海特高新子公司海威华芯在中国率先提供六英吋砷化镓(GaAs)集成电路的纯晶圆代工(Foundry)服务;在第三代半导体(氮化镓GaN)领域拥有国际领先、国内一流的技术;在全球氮化镓芯片专利技术属于一流梯队,公司专利总共249项,其中过半数是发明专利。可比公司为三安光电、台湾稳懋。D新一代显示、柔性半导体器件、大功率器件、动力电池等领域广泛应用。公司是世界上唯一有能力生产大面积两面都有带隙碳基薄膜材料的企业。自主研发的多层柔性量子碳基半导体薄膜具有超轻薄、柔韧性好等特点。

银龙股份:公司旗下天津聚合碳基研究院专注于碳材料的研究及应用。

中科电气:16年重大资产重组收购星城石墨,主营为碳素产品和碳基复合材料。

国联证券建议关注三安光电(600703.SH)、扬杰科技(300373.SZ)、士兰微(600460.SH)

其它个股方面,金博股份募投项目“先进碳基复合材料产能扩建项目”建设期2年,预计新增产能200吨/年,公司行业领先地位进一步巩固。

露笑科技:碳化硅作为第三代半导体高压领域的理想材料,市场应用空间广阔,发展势头迅猛。公司在原有蓝宝石设备长期技术积累基础上,与中科钢研合作研发碳化硅晶体生长设备,处于目前国内研发第一梯队。公司计划定增募资投资碳化硅项目,并与中科钢研、国宇中宏达成战略合作,碳化硅业务有望成为未来公司业绩增长新亮点。

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