隨著新能源汽車賽道爆發(fā)，碳化硅市場進入蓬勃發(fā)展階段。碳化硅作為目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最熱門的賽道之一，吸引了眾多半導(dǎo)體大廠以及初創(chuàng)新銳力量參與其中。中國當下的智能汽車變革浪潮，為碳化硅行業(yè)的發(fā)展帶來了新的機遇和新的挑戰(zhàn)。

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碳化硅發(fā)展歷史及半導(dǎo)體材料演變

1.碳化硅發(fā)展歷程

碳化硅是由美國人艾奇遜在1891年電熔金剛石實驗時，在實驗室偶然發(fā)現(xiàn)的一種碳化物，當時誤認為是金剛石的混合體，故取名金剛砂，1893年艾奇遜研究出來了工業(yè)冶煉碳化硅的方法，也就是大家常說的艾奇遜爐，一直沿用至今。

自碳化硅被發(fā)現(xiàn)后數(shù)十年，發(fā)展進程一直較為緩慢。直到科銳（現(xiàn)更名為Wolf speed）成立并開始碳化硅的商業(yè)化，碳化硅行業(yè)在此后25年開始進入快速發(fā)展階段。

2.半導(dǎo)體材料演變

半導(dǎo)體材料是制作半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料。核心分為以下三代：

1)第一代元素半導(dǎo)體材料：硅（Si）和鍺(Ge)；為半導(dǎo)體最常用的材料，起源于20世紀50年代，奠定了微電子產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。

2)第二代化合物半導(dǎo)體材料：砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）等；是4G時代的大部分通信設(shè)備的材料，起源于20世紀90年代，奠定了信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。

3)第三代寬禁帶材料：碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氮化鋁（ALN）、氧化鎵（Ga2O3）等，近10年世界各國陸續(xù)布局、產(chǎn)業(yè)化進程快速崛起。

其中，碳化硅（SiC）為第三代半導(dǎo)體材料核心。核心用于功率+射頻器件，適用于600V以上高壓場景，包括光伏、風電、軌道交通、新能源汽車、充電樁等電力電子領(lǐng)域。

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碳化硅核心優(yōu)勢

第三代半導(dǎo)體性能突出，高功率、高頻高壓高溫場景優(yōu)勢明顯。以碳化硅、氮化鎵為代表的新一代寬禁帶半導(dǎo)體材料，相較于傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體，禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等特點，可以在減少能量損失的同時極大地降低材料使用體積。在高頻、高壓、高溫等工作場景中，第三代半導(dǎo)體材料具有易散熱、小體積、低能耗、高功率等明顯優(yōu)勢。

第三代半導(dǎo)體經(jīng)典的應(yīng)用是碳化硅。碳化硅，是一種無機物，化學式為SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生產(chǎn)綠色碳化硅時需要加食鹽）等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物，莫桑石。在C、N、B等非氧化物高技術(shù)耐火原料中，碳化硅為應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟的一種，可以稱為金鋼砂或耐火砂。

SiC碳化硅是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一：由碳元素和硅元素組成的一種化合物半導(dǎo)體材料。相比傳統(tǒng)的硅材料（Si），碳化硅（SiC）的禁帶寬度是硅的3倍；導(dǎo)熱率為硅的4-5倍；擊穿電壓為硅的8-10倍；電子飽和漂移速率為硅的2-3倍。核心優(yōu)勢體現(xiàn)在：

1.耐高壓特性

更低的阻抗、禁帶寬度更寬，能承受更大的電流和電壓，帶來更小尺寸的產(chǎn)品設(shè)計和更高的效率；

2.耐高頻特性

SiC器件在關(guān)斷過程中不存在電流拖尾現(xiàn)象，能有效提高元件的開關(guān)速度（大約是Si的3-10倍），適用于更高頻率和更快的開關(guān)速度；

3.耐高溫特性

SiC相較硅擁有更高的熱導(dǎo)率，能在更高溫度下工作。

碳化硅功率器件具有高電壓、大電流、高溫、高頻率、低損耗等獨特優(yōu)勢，將極大提高現(xiàn)有使用硅基功率器件的能源轉(zhuǎn)換效率，未來將主要應(yīng)用領(lǐng)域有電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)等。

新能源產(chǎn)業(yè)推動需求爆發(fā)，第三代半導(dǎo)體材料迎來發(fā)展良機。隨著第一、二代半導(dǎo)體材料工藝接近物理極限，第三代半導(dǎo)體材料成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。第三代半導(dǎo)體材料廣泛應(yīng)用在5G基建、新能源汽車充電樁、特高壓及軌道交通等“新基建”各領(lǐng)域核心射頻、功率器件中，產(chǎn)業(yè)迎來巨大的發(fā)展機遇，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2023年，全球碳化硅材料滲透率有望達到3.75%，預(yù)計到2025年，SiC器件市場規(guī)模將達到32億美元，年均復(fù)合增長率超30%。

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碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈

SiC產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的襯底和外延環(huán)節(jié)、中游的器件和模塊制造環(huán)節(jié)，以及下游的應(yīng)用環(huán)節(jié)。其中襯底的制造是產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)壁壘最高、價值量最大環(huán)節(jié)，是未來SiC大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推進的核心。

1.襯底

襯底價值量占比46%，為最核心的環(huán)節(jié)。由SiC粉經(jīng)過長晶、加工、切割、研磨、拋光、清洗環(huán)節(jié)最終形成襯底。其中SiC晶體的生長為核心工藝，核心難點在提升良率。根據(jù)下游應(yīng)用領(lǐng)域不同可分為導(dǎo)電型和半絕緣型襯底，分別用于功率和射頻器件領(lǐng)域。

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SiC襯底設(shè)備主要包括：長晶爐、切片機、研磨機、拋光機、清洗設(shè)備等。與傳統(tǒng)晶硅設(shè)備具相通性、但工藝難度更高，設(shè)備+工藝合作研發(fā)是關(guān)鍵。

（1）襯底設(shè)備：

1）長晶爐

主要由襯底制造廠商自研開發(fā)，可基本實現(xiàn)國產(chǎn)化（與傳統(tǒng)晶硅級長晶爐有相同性，爐子結(jié)構(gòu)不是非常復(fù)雜），市場沒有形成商業(yè)性的獨立第三方企業(yè)。因為長晶環(huán)節(jié)主要用的PVT（物理氣相傳輸）的技術(shù)路線，溫度很高，不可實施監(jiān)控，難點不在設(shè)備本身，而是在工藝本身。因為基本上每家襯底廠商工藝不一樣，也是各家的核心機密所在，只有襯底制造企業(yè)內(nèi)部通過對“設(shè)備+工藝”合作研發(fā)效率更高。主要設(shè)備廠商包括：Wolfspeed,Aymont,Aixtron，LHT，中國電科二所，山東天岳，天科合達，中科院硅酸鹽所，中國電科四十六所等。

2）切片機

碳化硅的切割和傳統(tǒng)硅的切割方式相似，但因為碳化硅屬于硬質(zhì)材料（莫氏硬度達9.5，除金剛石以外世界上第二硬的材料），切割難度非常大，切一刀可能需幾百個小時，對系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定性很高，國內(nèi)設(shè)備很難滿足這個要求。目前日本高鳥的切片機設(shè)備（金剛石多線切割機）占據(jù)80%以上市場份額。其他公司包括MeryerBurger、NTC、中國電科四十五所、湖南宇晶、蘇州郝瑞特等。

3）研磨、拋光、SMT設(shè)備

和傳統(tǒng)硅機臺基本類似，主要差別在于研磨盤和研磨液。國內(nèi)外主要企業(yè)包括：日本不二越、韓國NTS、美國斯德堡、中電科四十五所、湖南宇晶、蘇州赫瑞特等。

制造流程：碳化硅襯底屬于技術(shù)密集型行業(yè)。通常以高純碳粉、高純硅粉為原料合成碳化硅粉，在特殊溫場下，采用成熟的物理氣相傳輸法（PVT法）生長不同尺寸的碳化硅晶錠，經(jīng)過多道加工工序產(chǎn)出碳化硅襯底。

（2）核心工藝流程包括：

1）原料合成

將高純的硅粉+碳粉按配方混合，在2,000℃以上的高溫條件下于反應(yīng)腔室內(nèi)進行反應(yīng)，合成特定晶型和顆粒度的碳化硅顆粒。再經(jīng)過破碎、篩分、清洗等工序，制得滿足晶體生長要求的高純度碳化硅粉原料。

2）晶體生長

晶體生長為碳化硅襯底制造最核心工藝環(huán)節(jié)。目前市場主流工藝為PVT氣相傳輸法（固-氣-固反應(yīng)），液相法，未來可能的工藝方向。

3）晶體加工

晶體加工主要包括：切磨拋、清洗工藝：晶錠加工、晶棒切割、切割片研磨、研磨片拋光、拋光片清洗。將碳化硅晶棒最終形成襯底。

“產(chǎn)學研用”為國內(nèi)碳化硅襯底發(fā)展的重要推進動力。國內(nèi)高校和科研單位對SiC單晶的研究始發(fā)于2000年前后，主要包括中科院物理所、山東大學、上海硅酸鹽所、中電集團46所、西安理工大學、西安電子科技大學等。孕育出天科合達、天岳先進等國內(nèi)碳化硅襯底領(lǐng)先企業(yè)。

2.外延

外延價值量占比23%。本質(zhì)是在襯底上面再覆蓋一層薄膜以滿足器件生產(chǎn)的條件。具體分為：導(dǎo)電型SiC襯底用于SiC外延，進而生產(chǎn)功率器件用于電動汽車以及新能源等領(lǐng)域。半絕緣型SiC襯底用于氮化鎵外延，進而生產(chǎn)射頻器件用于5G通信等領(lǐng)域。

3.器件制造

價值量占比約20%（包括設(shè)計+制造+封裝）。產(chǎn)品包括SiC二級管、SiCMOSFET、全SiC模塊（SiC二級管和SiC MOSFET構(gòu)成）、SiC混合模塊（SiC二級管和SiCIGBT構(gòu)成）。

4.應(yīng)用

半絕緣碳化硅器件主要用于5G通信、車載通信、國防應(yīng)用、數(shù)據(jù)傳輸、航空航天。導(dǎo)電型碳化硅器件主要用于電動汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、數(shù)據(jù)中心、充電等基礎(chǔ)建設(shè)。

04

相關(guān)公司

國內(nèi)企業(yè)積極入局全產(chǎn)業(yè)鏈，大力投資擴產(chǎn)。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈過去受wolf speed、ST意法、英飛凌等海外廠商高度壟斷，但隨著第三代半導(dǎo)體行業(yè)景氣度逐漸升高，國內(nèi)企業(yè)積極入局產(chǎn)業(yè)鏈各階段并已在全球第三代半導(dǎo)體市場占據(jù)一定市場份額。

據(jù)CASA Research不完全統(tǒng)計，截至2020年底，國內(nèi)有超過170家從事第三代半導(dǎo)體電力電子和微波射頻的企業(yè)，而2018年尚不足100家，覆蓋了從上游材料的制備（襯底、外延）、中游器件設(shè)計、制造、封測到下游的應(yīng)用，基本形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)。建議關(guān)注產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)中具有核心競爭力的優(yōu)質(zhì)廠商。相關(guān)公司有：

1.三安光電：最大SiC投資，IDM現(xiàn)有工廠疊加襯底自供布局

三安光電具備全國第一條碳化硅垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈，在碳化硅下游市場取得多點突破。2019年，三安集成與美的成立第三代半導(dǎo)體聯(lián)合實驗室，聚焦GaN、SiC功率器件芯片與IPM應(yīng)用電路相關(guān)研發(fā)；2020年，公司收購北電新材，拓展碳化硅襯底和外延市場；2021年，湖南三安半導(dǎo)體基地投產(chǎn)，總投資160億元，配套6英寸碳化硅達產(chǎn)產(chǎn)能36萬片/年，預(yù)計達產(chǎn)后實現(xiàn)銷售額120億元/年，2021年底產(chǎn)能3k片/月，預(yù)計2022年年底達產(chǎn)，此外，公司碳化硅MOSFET工業(yè)級產(chǎn)品已處于客戶驗證階段，碳化硅MOSFET車規(guī)級產(chǎn)品已處于車企六片設(shè)計與測試階段；2021年，公司已完成650V到1700VSiC二極管的產(chǎn)品線布局，累計出貨達百萬余顆；2022年，公司與理想汽車共同出資組建蘇州斯科半導(dǎo)體有限公司，聚焦碳化硅車規(guī)芯片模組設(shè)計與生產(chǎn)，計劃形成240萬只/年半橋生產(chǎn)線。

2.斯達半導(dǎo)：SiC車規(guī)主驅(qū)模塊性能領(lǐng)先，加碼布局碳化硅功率芯片

斯達半導(dǎo)近期多次加碼布局碳化硅功率芯片。2021年8月公司宣布投資5億元在SiC芯片研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目；2021年3月公司宣布投資20億元與高壓特色工藝功率芯片和SiC芯片研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目。斯達微電子目前在600V/650V、1200V、1700V等中低壓IGBT芯片已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化。擬采用先進技術(shù)和設(shè)備，實施SiC芯片研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目，產(chǎn)品由企業(yè)自主研發(fā)，各項指標均達到國外同類產(chǎn)品技術(shù)要求，部分指標優(yōu)于進口產(chǎn)品。公司用于新能源汽車的車規(guī)級SiC模塊獲國內(nèi)外多家著名車企和Tier1客戶的項目定點，將對公司2022-2022年車規(guī)級SiC模塊銷售增長提供推動力。

3.天岳先進：SiC襯底提升速度快，獲得大規(guī)模訂單，有望進入車規(guī)應(yīng)用

天岳先進掌握碳化硅襯底制作核心技術(shù)，批量供應(yīng)下游核心客戶。2021年，公司募投項目“碳化硅半導(dǎo)體材料項目”投入建設(shè)，聚焦6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底材料生產(chǎn)，計劃2022年第三季度實現(xiàn)第一期項目投產(chǎn)，預(yù)計2026年達產(chǎn)且達產(chǎn)產(chǎn)能為30萬片/年；2022年4月，公司發(fā)布公告披露公司已通過IATF16949：2019車規(guī)級認證，公司有望進入車規(guī)領(lǐng)域，進一步拓展碳化硅產(chǎn)品在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用市場；2022年7月，公司發(fā)布關(guān)于簽訂重大合同公告，公司獲得約14億元6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底產(chǎn)品超大訂單，充分彰顯公司領(lǐng)先優(yōu)勢。

4.時代電氣：奮力邁進SiC自主研發(fā)道路，高壓電驅(qū)平臺突破

公司建有6英寸雙極器件、8英寸IGBT和6英寸碳化硅的產(chǎn)業(yè)化基地，掌握了具有核心自主知識產(chǎn)權(quán)的MOSFET芯片及SBD芯片的設(shè)計與制造技術(shù)，構(gòu)建了全套特色先進碳化硅工藝技術(shù)的4英寸及6英寸兼容的專業(yè)碳化硅芯片制造平臺，全電壓等級MOSFET及SBD芯片產(chǎn)品可應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通、工業(yè)傳動等多個領(lǐng)域。2021年，公司推出碳化硅大功率電驅(qū)平臺C-Power220；2022年4月，公司實施碳化硅芯片生產(chǎn)線技術(shù)能力提升建設(shè)項目，總投資4.62億元，將公司平面柵碳化硅MOSFET芯片技術(shù)能力提升至溝槽柵碳化硅MOSFET芯片研發(fā)能力，現(xiàn)有4英寸碳化硅芯片線提升至6英寸碳化硅芯片線，產(chǎn)能也將從1萬片/年的提升到2.5萬片/年。

5.士蘭微：IDM龍頭，快速上量SiC芯片生產(chǎn)線

公司作為IDM龍頭廠商，具有12英寸特色工藝產(chǎn)線，目前已加大SiC器件研發(fā)投入，快速上量SiC芯片生產(chǎn)線，大力發(fā)展車規(guī)級SiC功率半導(dǎo)體。2021年，公司SiC功率器件中試線通線，目前已完成車規(guī)級SiC MOSFET器件研發(fā)，即將進行客戶驗證并投入量產(chǎn)；2022年7月，公司擬投資15億元建設(shè)SiC功率器件生產(chǎn)線，聚焦于新能源汽車電動模塊車規(guī)級SiC功率器件生產(chǎn)，計劃形成年產(chǎn)產(chǎn)能14.4萬片6英寸SiC功率器件芯片生產(chǎn)線。此外，公司在廈門士蘭明鎵公司所建設(shè)的6英寸SiC功率器件芯片生產(chǎn)線預(yù)計將于2022年三季度實現(xiàn)通線。

6.東尼電子：SiC襯底產(chǎn)能迅速擴張，加速國產(chǎn)化進程

公司從2017年開始儲備研發(fā)碳化硅項目，由葉國偉博士和張忠杰博士牽頭，技術(shù)由企業(yè)自主研發(fā)并已獲得認可，打樣送檢結(jié)果良好。2021年，公司總投資4.69億元，聚焦碳化硅半導(dǎo)體材料生產(chǎn)，計劃達產(chǎn)12萬片/年，目前已有50余臺長晶爐完成安裝調(diào)試，約100臺長晶爐正在安裝調(diào)試階段，上述長晶爐及配套切磨拋設(shè)備全部安裝完成后，預(yù)計形成6萬片/年的產(chǎn)能。

7.露笑科技:碳化硅襯底產(chǎn)能加速擴張

公司是國內(nèi)最早研發(fā)6英寸SiC晶圓的單位之一，已掌握碳化硅單晶晶體生長、切割、研磨、拋光、清洗等整體解決技術(shù)和工藝方案。2021年，公司募投“第三代功率半導(dǎo)體(碳化硅)產(chǎn)業(yè)園項目”和“和大尺寸碳化硅襯底片研發(fā)中心項目”，計劃形成產(chǎn)能24萬片/年生產(chǎn)線；2022年，公司6英寸碳化硅襯底芯片已形成銷售，預(yù)計年底產(chǎn)能達5000片/月，2023年產(chǎn)能達20萬片/年。8.北方華創(chuàng):SiC長晶爐設(shè)備領(lǐng)域龍頭

主要從事半導(dǎo)體基礎(chǔ)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和技術(shù)服務(wù)，主要產(chǎn)品為電子工藝裝備和電子元器件，是國內(nèi)主流高端電子工藝裝備供應(yīng)商，也是重要的高精密電子元器件生產(chǎn)基地。經(jīng)過多年的發(fā)展，公司在電子工藝裝備及電子元器件領(lǐng)域構(gòu)建了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，形成了以共性核心技術(shù)為基礎(chǔ)、產(chǎn)品種類多、應(yīng)用領(lǐng)域廣的平臺型業(yè)務(wù)體系，打造了專業(yè)的技術(shù)和管理團隊，具有較強的核心競爭能力。

8寸碳化硅長晶爐已完成研發(fā)，并進入客戶端，碳化硅長晶爐設(shè)備訂單飽滿，預(yù)計2022年出貨將超500臺，已成為國內(nèi)主流客戶的首選產(chǎn)品。

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相關(guān)政策

近年來，中國碳化硅行業(yè)受到各級政府的高度重視和國家產(chǎn)業(yè)政策的重點支持。國家陸續(xù)出臺了多項政策，鼓勵碳化硅行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新，《關(guān)于做好2022年享受稅收優(yōu)惠政策的集成電路企業(yè)或項目、軟件企業(yè)清單制定工作有關(guān)要求的通知》《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》《基礎(chǔ)電子元器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2021-2023年）》等產(chǎn)業(yè)政策為碳化硅行業(yè)的發(fā)展提供了明確、廣闊的市場前景，為企業(yè)提供了良好的生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)境。具體情況列示如下：

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市場空間與預(yù)期

1.高壓高功率領(lǐng)域優(yōu)勢突出，SIC功率器件市場廣闊

碳化硅功率器件替代優(yōu)勢明顯，在高壓高功率領(lǐng)域性能強勁。功率器件是電力電子行業(yè)的重要基礎(chǔ)元器件之一，作用是實現(xiàn)對電能的處理、轉(zhuǎn)換和控制，主要包括功率二極管、功率三極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等。碳化硅功率器件具有高電壓、大電流、高溫、高頻率、低損耗等獨特優(yōu)勢，根據(jù)科銳和應(yīng)用材料公司官網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，相較于硅基功率器件，碳化硅基MOSFET尺寸可以減少為同電壓硅基MOSFET的十分之一，能量損耗可以減少為同開關(guān)頻率硅基IGBT的30%。

SiC功率器件下游應(yīng)用廣泛，市場快速放量。得益于優(yōu)異的能源轉(zhuǎn)換效率，碳化硅功率器件在電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)、家電等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用前景。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，全球碳化硅功率器件市場規(guī)模預(yù)計將從2021年10.9億美元增長至2027年62.97億美元，年均復(fù)合增長率達34%，其中新能源車（主逆變器和充電機）、光伏及儲能系統(tǒng)貢獻了主要增量。新能源車將由從2021年6.85億美元增長至2027年49.86億美元，為最大增量領(lǐng)域；光伏及儲能預(yù)計增長至2027年4.58億美元；此外軌道交通領(lǐng)域預(yù)計也會為功率器件市場貢獻超過1億美元的增量空間。

（1）電動車領(lǐng)域新應(yīng)用不斷出現(xiàn)，汽車廠商積極啟用碳化硅戰(zhàn)略

電動汽車行業(yè)是市場空間巨大的新興市場，隨著電動汽車的發(fā)展，對功率半導(dǎo)體器件需求量日益增加。

電動車規(guī)模上量800V高壓快充平臺，平臺搭載碳化硅共同發(fā)力。隨著續(xù)航問題逐漸成為電動車發(fā)展的重心，高壓快充已是大勢所趨，利于充電性能和整車運行效率大幅提升的800V快充平臺加速布局，其研發(fā)對電機的絕緣性和耐高溫性提出了較高要求，相比于已達到材料極限的硅基IGBT，碳化硅憑借其體積小、耐高溫和耐高壓的優(yōu)勢，更有利于提升空間利用率與功率效率，具有更高綜合效益。

800V高壓快充平臺發(fā)展受重，推動汽車續(xù)航與整車效率提高。電動車加速滲透對汽車續(xù)航能力和充電速率提出了較高要求，相比于400V平臺，800V高壓平臺更契合時代發(fā)展需求。

新能源車銷量持續(xù)提升，碳化硅市場空間廣闊。伴隨著各地政府補貼、退稅等政策扶持以及不斷改進完善的充電基礎(chǔ)設(shè)施，全球新能源汽車的銷量和占比均在持續(xù)上升，2021年新能源車銷售650萬輛，同比增長109%，占比全球汽車銷售總量為9%，預(yù)計到2025年，新能源汽車銷量將超過2100萬輛，其中，新能源汽車領(lǐng)域碳化硅滲透率有望超20%。而隨著新能源汽車銷量的增長和碳化硅功率器件對碳化硅晶圓的需求也在不斷提高，據(jù)集邦咨詢數(shù)據(jù)，預(yù)計到2025年，全球電動車市場對6英寸碳化硅晶圓的需求為169萬片。

（2）光電儲能領(lǐng)域中應(yīng)用優(yōu)勢明確，碳化硅器件滲透率快速提升

光伏、風電和儲能逆變器曾普遍采用硅器件，經(jīng)過40多年的發(fā)展，轉(zhuǎn)換效率和功率密度等已接近理論極限?；诠杌骷膫鹘y(tǒng)逆變器成本約占系統(tǒng)10%左右，卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來源之一。碳化硅器件可應(yīng)用于風電整流器、逆變器、變壓器，降低能損和提高效率的同時可以使得質(zhì)量和成本分別減少25%和50%。

儲能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展布局，碳化硅市場空間進一步打開。隨著光電、風電等具有間接性、波動性等特點的可再生資源占比逐步提升，社會對能源穩(wěn)定性提出了更高要求，儲能成為解決能源波動性問題和電力系統(tǒng)供需匹配問題的關(guān)鍵，具有巨大市場潛力，碳化硅儲能逆變器使系統(tǒng)效率提升3%，功率密度提升50%，并減少了無源器件的體積和成本，在儲能領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。根據(jù)Trend Force預(yù)測顯示，2021年全球儲能新增裝機規(guī)模達29.6GWh，2025年有望達362GWh。根據(jù)IHS預(yù)測，2020年全球儲能逆變器達到12.7GWh，2018-2022年全球儲能逆變器市場規(guī)模預(yù)計為63GWh。

需求預(yù)測：預(yù)計到2025年，全球風電、光伏、儲能總計新增裝機量將增長至687GWh，對應(yīng)功率器件市場規(guī)模大約為255億元，SiC功率器件滲透率50%，對應(yīng)等效6英寸晶圓需求量89萬片。假設(shè)至2025年6英寸碳化硅晶圓0.5萬元/片，對應(yīng)碳化硅晶圓市場空間44.5億元。

2.供給缺口仍然廣闊，產(chǎn)業(yè)鏈迎來國產(chǎn)化良機

（1）襯底制造難度大，海外巨頭壟斷供給

碳化硅晶片制造工藝難度大，研發(fā)時間長，存在較高的技術(shù)門檻和人才門檻。目前，碳化硅晶片產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國全球獨大的特點。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，海外廠商占有全球碳化硅襯底產(chǎn)量的86%以上，僅Wolf speed公司就占據(jù)了45%的市場份額，排名第二的Rohm公司也有20%的市場份額，國內(nèi)企業(yè)僅有天科合達和天岳先進分別占據(jù)了5%和3%。

（2）供給缺口仍然廣闊，產(chǎn)業(yè)鏈迎來國產(chǎn)化良機

據(jù)統(tǒng)計，2021年全球碳化硅晶圓產(chǎn)能約為40-60萬片，有效產(chǎn)能僅20-30萬片，其中，新能源汽車和光伏占碳化硅市場77%，相比碳化硅晶圓需求，存在巨大的供給缺口。預(yù)計2025年，全球6英寸碳化硅晶圓產(chǎn)能預(yù)測約242萬片，全球6英寸碳化硅晶圓需求保守預(yù)測約為365萬片，其中車用碳化硅晶圓需求占比約60%，光伏、儲能等代表行業(yè)碳化硅晶圓需求占比約40%，仍存在123萬片的供給缺口。面對下游應(yīng)用領(lǐng)域擴張和客戶國產(chǎn)化需求的快速增長，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)正在積極布局擴產(chǎn)應(yīng)對。目前國產(chǎn)碳化硅器件已成功進入多家整車廠的在售車型，如比亞迪半導(dǎo)體研發(fā)的SiC MOSFET功率器件已自供于比亞迪漢車型，斯達半導(dǎo)與Cree合作開發(fā)的1200VSiC模塊得到宇通客車認可并裝車。吉利合資子公司芯粵能研發(fā)的碳化硅主驅(qū)模塊也成功應(yīng)用于旗下車型Smart精靈。未來隨著產(chǎn)能擴張和規(guī)模效應(yīng)帶來的成本優(yōu)勢，碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈有望迎來國產(chǎn)化良機。

3.各環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘高，國產(chǎn)替代正當其時

（1）碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)環(huán)緊扣，核心環(huán)節(jié)高度壟斷

以襯底和外延為核心，碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈路徑明晰。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈主要分為襯底、外延、器件和應(yīng)用四大環(huán)節(jié)，襯底材料是產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)，外延材料是器件制造的關(guān)鍵，器件是產(chǎn)業(yè)鏈的核心，應(yīng)用是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動力。產(chǎn)業(yè)上游利用原材料通過物理氣相升華法等方法制成襯底材料，再利用化學氣相沉積法等方法生長外延材料，產(chǎn)業(yè)中游基于上游材料制成射頻器件、功率器件等器件，最終應(yīng)用于下游5G通信、電動汽車、軌道交通等。其中，襯底和外延共占產(chǎn)業(yè)鏈成本60%，是產(chǎn)業(yè)鏈主要價值所在。目前，碳化硅供應(yīng)鏈主要由Wolf speed、英飛凌等海外廠商壟斷，呈現(xiàn)美歐日三足鼎立格局，但隨著我國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)品已逐漸打入世界市場。

（2）襯底為核心技術(shù)難點，國產(chǎn)化契機已至

碳化硅襯底工藝復(fù)雜，制作難度大。但是襯底據(jù)主要價值量，但國內(nèi)廠商占比低。

SiC襯底占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈主要價值量，占比47%，預(yù)期未來隨著產(chǎn)能擴張和良率提升，有望降至30%。SiC襯底分為導(dǎo)電型襯底和半絕緣型襯底，其中導(dǎo)電型襯底主要應(yīng)用于功率類場景，兩者的大部分市場份額均在海外廠商手中。2020年全球?qū)щ娦吞蓟枰r底市場中，Wolf speed一家獨占了62%的市場份額，CR3高達89%，國內(nèi)份額最大的企業(yè)天科合達僅占4%。

碳化硅襯底市場競爭加劇，各廠商加速布局。碳化硅器件需求快速增長，襯底材料作為產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)受制于技術(shù)難度大、生產(chǎn)周期長等因素，成為限制產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)能的關(guān)鍵，海內(nèi)外廠商均重點規(guī)劃加大投入以搶占襯底市場份額。國外壟斷廠商不斷整合資源擴大產(chǎn)能以鞏固優(yōu)勢地位，Wolfspeed全球首座、最大且唯一的8英寸碳化硅晶圓廠已投入生產(chǎn)，此外，Wolfspeed投資10億美元建造采用最先進技術(shù)的自動化8英寸碳化硅生產(chǎn)工廠和材料超級工廠，預(yù)計2024年完工后將帶來30倍產(chǎn)能擴充。II-VI將在美國伊斯頓建設(shè)約30萬平方英尺的工廠以擴大6英寸和8英寸襯底和外延產(chǎn)量，預(yù)計6英寸襯底在2027年前產(chǎn)能達100萬片/年，計劃8英寸襯底在2024年投入量產(chǎn)。國內(nèi)廠商潛心研發(fā)奮起直追不斷提升市場地位，天岳先進投資20億元建設(shè)上?！疤蓟璋雽?dǎo)體材料項目”，聚焦于6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底材料生產(chǎn)，計劃于2026年達產(chǎn)且達產(chǎn)產(chǎn)能為30萬片/年，目前，天岳先進已獲得13.93億元的導(dǎo)電型碳化硅襯底合同訂單。露笑科技募集資金約25.67億元投資碳化硅項目，計劃達產(chǎn)產(chǎn)能為24萬片/年，目前，露笑科技已獲得超15萬片襯底需求。

（3）外延質(zhì)量對器件影響大，中國企業(yè)相繼布局

高壓領(lǐng)域控制難，質(zhì)量對器件影響較大。碳化硅外延片，是指在原有碳化硅襯底上生長了一層有一定要求的、與襯底晶相同的單晶薄膜（外延層）的碳化硅片。

外延設(shè)備國外壟斷，中企入局晶片生產(chǎn)。外延設(shè)備被行業(yè)四大龍頭企業(yè)Axitron、LPE、TEL和Nuflare所壟斷，中國SiC外延技術(shù)發(fā)展起步較晚，難以進入技術(shù)壁壘較高的外延設(shè)備領(lǐng)域，故以外延晶片生產(chǎn)為主要切入方向。目前，碳化硅外延晶片市場呈現(xiàn)出雙寡頭壟斷格局，海外廠商占據(jù)主要市場。

外延占SiC產(chǎn)業(yè)鏈主要價值，各廠商加大投入打響產(chǎn)能爭奪戰(zhàn)。國外壟斷廠商wolfspeed購買Aixtron外延設(shè)備，投資超10億美金以期擴大SiC晶圓生產(chǎn)產(chǎn)能。為縮小技術(shù)差距并搶占市場份額，中國廠商緊跟國際前沿技術(shù)加速布局。目前中國超過數(shù)十家已布局規(guī)劃SiC外延晶片的生產(chǎn)，據(jù)報道，天域半導(dǎo)體計劃購置94.7畝建設(shè)碳化硅外延材料研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目，聚焦于6英寸和8英寸碳化硅外延晶片生產(chǎn)線建設(shè)，預(yù)計2025年實現(xiàn)營收8.7億元，計劃2028年項目達產(chǎn)且達產(chǎn)產(chǎn)能100萬片/年。瀚天天成二期項目已竣工，聚焦于6英寸碳化硅外延晶片生產(chǎn)，計劃2023年達產(chǎn)且達產(chǎn)產(chǎn)能為20萬片/年，預(yù)計達產(chǎn)可實現(xiàn)產(chǎn)值24億元，同時將繼續(xù)建設(shè)三期項目，計劃產(chǎn)能達140萬片/年。

（4）寬禁帶半導(dǎo)體帶來新的挑戰(zhàn)，封裝技術(shù)迭代升級

傳統(tǒng)封裝基于硅基，三代半導(dǎo)體材料具有全新設(shè)計。若將傳統(tǒng)硅基封裝結(jié)構(gòu)用于寬禁帶半導(dǎo)體功率器件時，會在頻率、散熱、可靠性等方面帶來新的問題與挑戰(zhàn)。SiC功率器件對寄生電容和寄生電感更加敏感。相比于Si器件SiC功率芯片的開關(guān)速度更快，這會對驅(qū)動電壓的波形帶來過沖和震蕩，引起開關(guān)損耗的增加，嚴重時甚至會引起功率器件的誤開關(guān)。此外SiC功率器件工作溫度更高，對散熱的要求也更高。

寬禁帶半導(dǎo)體功率封裝領(lǐng)域研發(fā)出多種不同結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)Si基功率模塊封裝不再適用。針對傳統(tǒng)Si基功率模塊封裝存在寄生參數(shù)過高，散熱效率差的問題，SiC功率模塊封裝在結(jié)構(gòu)上采用了無引線互連（wireless interconnection）和雙面散熱（double-side cooling）技術(shù)，同時選用了導(dǎo)熱系數(shù)更好的襯底材料，并嘗試在模塊結(jié)構(gòu)中集成去耦電容、溫度/電流傳感器以及驅(qū)動電路等，研發(fā)出了多種不同的模塊封裝技術(shù)。

（5）器件價差縮小，國產(chǎn)加速替代

器件制造存在技術(shù)壁壘，生產(chǎn)成本高。碳化硅器件是通過CVD在碳化硅襯底上疊層外延膜，經(jīng)過清洗、氧化、光刻、刻蝕、去光阻、離子注入、化學氣相沉積沉淀氮化硅、拋光、濺鍍、后加工等步驟后在SiC單晶基板上形成元件結(jié)構(gòu)所得。其中，SiC功率器件主要包括SiC二極管、SiC晶體管和SiC功率模塊。受制于上游材料生產(chǎn)速度慢、良品率低等原因，碳化硅器件具有較高制造成本。此外，碳化硅器件制造具有一定技術(shù)難度。

溝槽型碳化硅功率器件具有更大制造難度。根據(jù)器件結(jié)構(gòu)的不同，碳化硅功率器件主要可以分為平面型器件和溝槽型器件。平面型碳化硅功率器件具有較好的單位一致性，制作工藝簡單，但易產(chǎn)生JFET效應(yīng)，具有較高的寄生電容和通態(tài)電阻。相較于平面型器件，溝槽型碳化硅功率器件單位一致性較低，具有更復(fù)雜的制作工藝，但溝槽結(jié)構(gòu)有利于增加器件單位密度，不易產(chǎn)生JFET效應(yīng)，有利于解決溝道遷移率低等問題，具有導(dǎo)通電阻小、寄生電容小、開關(guān)能耗低等優(yōu)良性能，具有顯著的成本優(yōu)勢和性能優(yōu)勢，已成為碳化硅功率器件發(fā)展的主流方向。

價差縮小，SiC加速替代。根據(jù)Mouser和Digi-Key的公開報價，SiCMOSFET在2022的平均價格較2020年下降了11%，與Si器件價差也縮小至2.5-3倍之間，加快替代速度，構(gòu)成正向循環(huán)。

國內(nèi)企業(yè)逐步切入，器件存在突圍機會。隨著技術(shù)突破和成本的下降，SiC功率器件市場規(guī)?？焖偕仙Ｒ驗镾iC器件對穩(wěn)定性要求較高，需要較長的驗證周期，因此中國廠商切入進程較慢，還未形成一定規(guī)模的市占率，但存在國產(chǎn)廠商如士蘭微、斯達、華潤微、安世等已實現(xiàn)器件規(guī)模生產(chǎn)并在功率MOSFET、IGBT單管、IGBT模塊等部分領(lǐng)域躋身全球前十。隨著上游襯底和外延的不斷突破，下游器件廠商同樣存在超車機會。

（5）供需缺口不斷擴大，海內(nèi)外積極投資擴產(chǎn)

隨著碳化硅器件在工業(yè)、汽車、光伏等各領(lǐng)域不斷滲透，碳化硅器件的市場需求不斷擴大，具有巨大市場發(fā)展?jié)摿?，各廠商加大投資投產(chǎn)進程以搶占市場先機。

07

發(fā)展前景

1.政策利好行業(yè)發(fā)展

近年來從國家到地方相繼制定了一系列產(chǎn)業(yè)政策來推動碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》提出集中電路設(shè)計工具、重點裝備和高純靶材等關(guān)鍵材料研發(fā)，集中電路先進工藝和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、微機電系統(tǒng)（MEMS）等特色工藝突破，先進存儲技術(shù)升級，碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展。

2.新能源汽車爆發(fā)帶動行業(yè)發(fā)展

汽車動力系統(tǒng)在發(fā)生三大變化，動力來源從內(nèi)燃機演變?yōu)殡妱訖C，功率半導(dǎo)體材料從硅轉(zhuǎn)向碳化硅，碳化硅在800V主電機控制器應(yīng)用是大勢所趨。目前整個車規(guī)級碳化硅行業(yè)發(fā)展前景非常好，碳化硅需求井噴式的爆發(fā)，廣州、深圳等很多地方都在發(fā)展碳化硅產(chǎn)業(yè)。

3.產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善帶動行業(yè)發(fā)展

不斷突破襯底材料、外延、芯片和封裝測試瓶頸，開發(fā)新工藝和新技術(shù)，加速實現(xiàn)6英寸SiC襯底和外延材料的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移，降低材料的缺陷密度、提高產(chǎn)品良率和降低成本。推動建設(shè)國際一流的SiC和Foundry，加速建設(shè)能夠充分發(fā)揮第三代半導(dǎo)體材料和器件性能的先進封裝線。