【投資專欄】英偉達、阿斯麥齊創新高 第三代半導體市場還有什麼相關概念股?(徐立言)

投資專欄
徐立言

摩爾定律(Moore's law)是英特爾(Intel)創辦人之一摩爾(Gordon Moore)在1965年透過觀察所得。摩爾發現,在每個集成電路(Integrated Circuit,IC)上可容納的電晶體(Transistor)數量,大約每隔18至24個月就會增加一倍,運算效能亦隨之倍翻。這「金科玉律」在過去 50 多年來,某程度上精準地預測了半導體產業的發展趨勢。然而,隨著半導體製程進入納米幾何尺寸 (nanometer geometries),摩爾定律開始迎來物理極限和漏電問題的制約,有人甚至揚言摩爾定律已走向失效,晶片商輝達(NVIDIA)的行政總裁黃仁勳便是其中一人。不過,荷蘭半導體設備商ASML也曾一度受制於光束本身的物理極限,未能突破製作超精細製程所需的光刻解析度,而嶄新的解決方案亦應運而生,透過利用鏡頭與曝光成像的光路在液體內傳遞光線,開創 EUV(Extreme Ultraviolet,極短紫外線)液浸式光刻技術。

無疑,電晶體的尺寸現在仍然在縮減過程中,但縮減幅度相比過去變小了,而且為緩解電晶體效能的下降,需要有各種不同的技術來輔助尺寸變小。例如在22納米之後,電晶體變為FinFET結構,在3納米之後,電晶體即將演變為Gate All Around FET結構。到最後,估計會演化為互補FET(CFET),核心的原理主要是充分利用電晶體Z軸來實現微縮性能的提升。

當然,除了基礎元件的變革,目前半導體的發展還是比較多元化,包括新材料的引進、元件結構革新,也包括微影技術、3D的異質整合等。在新材料的引進上,第三代半導體可以說是目前最熱門的話題之一。在過去 30 年,邏輯 IC基本上都是以矽(Si,Silicon)為材料。目前,坊間所稱的第二代半導體,多數是指砷化鎵(GaAs,Gallium Arsenide)、磷化銦(InP,Indium phosphide)兩種材料;而所稱的第三代半導體,一般指的是氮化鎵(GaN,Gallium nitride)和碳化矽(SiC,Silicon Carbide),兩者皆具有耐高溫、高電流、高電壓、高頻的特性,更有散熱佳、體積小、能耗小、功率高等優點,除了應用在電動車,許多快速充電器都需要用到相關技術。

根據TrendForce的數據統計,2018至2020年第三代半導體產業因受到中美貿易摩擦、疫情等影響,整體市場的增長受到壓抑。不過,受惠於車用、工業與通訊需求回暖,相信今年相關第三代半導體的增長動力將出現明顯的反彈。 其中又以GaN功率元件(Power Semiconductor Device)的市場復甦最為明顯,估計今年相關市場規模將高達6100萬美元,按年增90.6%;而據IHS Market預測,2019至2024年的CAGR為51%。

值得注意的是,包括電動汽車(EV)、風電、光伏太陽能、儲電、變頻家電等都是IGBT 等功率半導體的重用應用領域,加上5G通訊基站等也將帶來功率半導體需求的提升,都加速對第三代半導體材料產業化需求。事實上,自從特斯拉(Tesla)的Model 3電動車逐漸改用意法半導體(STMicroelectronics,NASDAQ:STM)和英飛凌(Infineon)的SiC逆變器,比亞迪(1211)新能源車「漢」的馬達控制器在去年也開始應用SiC-MOSFET模組;不過,目前國內功率半導體市場自給率偏低,估計中高端功率MOSFET和IGBT自給率不足10%,中央政府為提升半導體自主化,今年在「十四五規畫」中將投入巨額資金支持企業擴大產能,上述因素將推升GaN及SiC等第三代半導體高速發展。

據TrendForce的報告稱,目前部分晶圓製造代工廠包括:台積電(TSMC)、 世界先進(VIS)等已開始嘗試把GaN元件導入8吋晶圓生產,但現行仍主要以6吋為主,並預期 2021年通訊及功率元件營收分別達到6.8億和6100美元,按年增長31%及 91%。此外,目前也有將氮化鎵堆疊在矽基板上(GaN on Si)的技術應用,好處是大幅降低化合物半導體成本,用於生產處理數百伏特的電壓轉換,可以做到又小又省電,手機品牌如小米、OPPO、Vivo已率先應用相關技術於快速充電頭,而聯想亦有把這種技術內建於高階的筆記型電腦內。

當前,全球SiC市場主要美國、歐洲、日本等壟斷,科銳(NASDAQ:CREE)是全球SiC市場龍頭企業,佔據襯底(substrate)市場約40%的份額,Ⅱ-Ⅵ(NASDAQ:IIVI)、日本羅姆(ROHM)合計佔據SIC襯底市場的35%,是SIC襯底市場CREE的主要競爭對手。GaN市場由日本廠商主導,在GaN射頻器件供應商中,住友電工(Sumitomo Electric)和CREE是行業的龍頭企業,市場佔有率均超過三成,其次為科沃(NASDAQ:QRVO)、MACOM(NASDAQ:MTSI)、II-VI等。以目前的宏觀格局來看,半導體國產化有愈來愈迫切的實際需要,但國內晶片龍頭在先進製程上受到美國制裁衝擊,惟幸在第三代半導體上國內外差距較之前傳統半導體領域有所減小。這一次產業爆發和國產替代會同時進行,從事相關公司將充分受益這一波產業高速發展的創新紅利,而此題材在港股方面的選擇暫時仍然缺乏,且看會否有上市公司變身成為相關概念的第一股。

*文章獲 徐立言 授權刊登,原標題為《第三代半導體市場迎來高速發展的創新紅利

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