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1、技術迭代技術迭代能源革命能源革命國產替代的三重奏國產替代的三重奏功率半導體黃金賽道功率半導體黃金賽道證券分析師：唐仁杰 S0370524080002證券研究報告電子/行業深度報告2025年5月28日行業評級：增持摘要基于Omdia數據，功率分立器件、功率模塊市場規模由2023年的357億美元，萎縮至2024年的323億美元，近十年年復合增長率為7.14%。廣義口徑下，2024年全球功率器件（含SiC）規模為530.6億美元，2020-2024年復合增長率為3.55%。隨著第三代半導體材料加速滲透，預計2024-2029年間，全球功率器件有望維持8.43%的年復合增長率至795.3億美元。相對于

2、車規級功率半導相對于車規級功率半導體體，功率半導體分立器件及模塊的集中度偏低且較為分散功率半導體分立器件及模塊的集中度偏低且較為分散，CRCR5 5占比在占比在5050%以下以下。但仍以外企主導但仍以外企主導，龍頭英飛凌市占率穩定在龍頭英飛凌市占率穩定在2020%左右左右，國內替代空間相對較大國內替代空間相對較大。中國作為全球最大的功率半導體消費國，貢獻了約40%的功率半導體市場。根據Omdia及中商產業研究院預測，2023年國內功率半導體市場規模約為1519.36億元，2024年預計規模增長至1752.55億元。新能源車打開新能源車打開IGBTIGBT、SiCSiC增長空間增長空間，國內車規

3、級半導體市占率有待提升：國內車規級半導體市占率有待提升：根據S&P Automative Semiconductor Tracker預測，2024年純電BEV市場為1100萬量，預計2030年純電規模將增長至3200萬量，年復合增長率約為20%。受益于高壓-高功率化、材料迭代、SDV驅動，英飛凌預測，BEV的半導體單車BOM將從2024年的單車1300美元增長至2030年的1,650美元（高端車型或至2,500美元）。中國新能源車出貨量占比持續攀升，占比超過50%。國內車規級功率半導體市占率與新能源車銷量產生較大差異，全球車規級半導體市場規模由2019年的372億美元增長至2024年683.8

4、億美元。但是，當前車規級用功率半導體集中度遠高于功率半導體分立器件及模塊。Top3分別為英飛凌、意法半導體、德州儀器，市占率分別為29.20%、20.10%、10.10%。AIAI驅動兆瓦級供電需求驅動兆瓦級供電需求，800800V V HVDCHVDC依賴于高性能功率半導體材料：全球算力設備能耗隨人工智能需求爆發大幅增長依賴于高性能功率半導體材料：全球算力設備能耗隨人工智能需求爆發大幅增長。算力設備是能耗和碳排放的重要來源算力設備是能耗和碳排放的重要來源。20242024年年-20302030年年，AIAI芯片將為數據芯片將為數據中心中心ITIT設備負載帶來每年設備負載帶來每年4 4至至9

5、9GWGW的新需求的新需求，在數據中心新增的全部在數據中心新增的全部ITIT設備負載約占設備負載約占7070%。主流AI訓練機柜正從傳統的1015kW 抬升至30kW 以上，高端液冷機柜甚至沖向100kW。一套高密度AI服務器機柜僅功率半導體用料就高達1.21.5萬美元，包括24只PSU、36塊GPU板、18塊48V母線轉換板、300 顆保護器件等。傳統功率二極管陷入傳統功率二極管陷入“高耐壓高耐壓vsvs低損耗低損耗”兩難：兩難：在功率MOS器件設計中，擊穿電壓(BV)與特征通態電阻()的關系非常密切，其基本關系式為=5.93 109（）2.5。高耐壓下抑制漏電流，必須降低半導體摻雜濃度并增

6、厚漂移區厚度，導致導通電阻和正向壓降顯著升高。碳化硅（SiC）是一種典型的第三代半導體材料，具有相對于硅（Si）顯著更大的帶隙、更高的擊穿場強和熱導率等優勢國內市場碳化硅滲透率更快國內市場碳化硅滲透率更快，增長更為可觀：增長更為可觀：受益于新能源汽車、儲能及其他電力領域應用高速增長，國內6英吋外延片由2019年的3.4萬片增長至2023年的18.8萬片，復合增長率為52.8%，增速高于同期全球6英吋銷量的46.1%。弗若斯特沙利文預測，中國8英吋銷量預計在2028年達到103萬片，2023年至2028年復合增速644.9%，同期全球8英吋碳化硅銷量預計為308.1萬片，8英吋國內市場需求或占據

7、33.4%的份額，碳化硅外延片整體需求占全球市場份額約40%。相關公司：我們認為相關公司：我們認為，AIAI數據中心數據中心+高功率車載動力平臺有望加速碳化硅快速滲透高功率車載動力平臺有望加速碳化硅快速滲透，國內碳化硅市場份額較大且滲透率高于全球國內碳化硅市場份額較大且滲透率高于全球，市場空間及增長可觀市場空間及增長可觀，建議關注：揚杰科技建議關注：揚杰科技（300373300373.SZ)SZ)、三安光電三安光電（600703600703.SH)SH)、新潔能新潔能（605111605111.SHSH）、天岳先進天岳先進（688234688234.SH)SH)、士蘭微士蘭微（60046060

8、0460.SHSH）、華潤微華潤微（688396688396.SHSH）、斯達半導斯達半導（603290603290.SH)SH)風險提示：寬禁帶材料主要應用于高壓風險提示：寬禁帶材料主要應用于高壓、高功率場景高功率場景，主要集中于新能源車主要集中于新能源車、智能電網等領域智能電網等領域，下游需求景氣度存在波動；功率半導體生產前期投入成本較高下游需求景氣度存在波動；功率半導體生產前期投入成本較高，需實現一定的需實現一定的規?；?；生產設備規?；?；生產設備、材料對外依賴度仍然較高材料對外依賴度仍然較高，貿易摩擦或影響產能爬坡；半導體行業周期性下行；政治貿易摩擦或影響產能爬坡；半導體行業周期性下行；

9、政治、政策不確定性因素及其他宏觀因素政策不確定性因素及其他宏觀因素目錄目錄一、全球功率半導體市場：第三代半導體材料維一、全球功率半導體市場：第三代半導體材料維持高增長持高增長二、全球功率半導體（分立器件及模塊）較為分二、全球功率半導體（分立器件及模塊）較為分散，但頭部企業仍以外企為主散，但頭部企業仍以外企為主風險提示：寬禁帶材料主要應用于高壓風險提示：寬禁帶材料主要應用于高壓、高功率場景高功率場景，主要集中于新能源車主要集中于新能源車、智能電網等領域智能電網等領域，下游需求景氣度存在波動；功率半導體生產下游需求景氣度存在波動；功率半導體生產前期投入成本較高前期投入成本較高，需實現一定的規?；?；

10、生產設備需實現一定的規?；?；生產設備、材料對外依賴度仍然較高材料對外依賴度仍然較高，貿易摩擦或影響產能爬坡；半導體行業周期性下行；政治貿易摩擦或影響產能爬坡；半導體行業周期性下行；政治、政策不確定性因素及其他宏觀因素政策不確定性因素及其他宏觀因素五、儲能及五、儲能及AIAI算力中心建設或成為新型功率半導算力中心建設或成為新型功率半導體“增長曲線”體“增長曲線”六、傳統功率二極管陷入“高耐壓六、傳統功率二極管陷入“高耐壓vsvs低損耗”兩低損耗”兩難難三、功率半導體正從“單一器件”向“系統級解三、功率半導體正從“單一器件”向“系統級解決方案”演進決方案”演進四四、新能源車打開、新能源車打開IGB

11、TIGBT、SiCSiC增長空間，國內車增長空間，國內車規級半導體市占率有待提升規級半導體市占率有待提升七、超結七、超結(SJ(SJ-MOS)MOS)、IGBTIGBT推動功率推動功率MOSMOS步入高頻步入高頻、耐壓、低損耗時代、耐壓、低損耗時代八、八、IGBT BJT+IGBT BJT+功率功率MOSMOS，溝槽型，溝槽型IGBTIGBT或成或成為主流趨勢為主流趨勢九、寬禁帶半導體材料成為高壓、大功率、高溫九、寬禁帶半導體材料成為高壓、大功率、高溫的理想材料的理想材料十、十、SiCSiC襯底的制備過程襯底的制備過程十一、十一、SiCSiC外延技術外延技術十二：相關公司十二：相關公司功率半導

12、體研究圖譜全球功率半導體市場：第三代半導體材料維持高增長基于Omdia數據，2023年功率分立器件、功率模塊市場規模357億美元，2024年萎縮至323億美元，近十年年復合增長率為7.14%。廣義口徑下廣義口徑下，20242024年全球功率器件年全球功率器件（含含SiCSiC）規模為規模為530530.6 6億美元：億美元：2020-2024年復合增長率為3.55%。隨著第三代半導體材料加速滲透，預計2024-2029年間，全球功率器件有望維持8.43%的年復合增長率至795.3億美元。第三代半導體材料保持高增長：第三代半導體材料保持高增長：新型寬禁帶材料功率半導體增速較高增速，碳化硅功率器件

13、2020-2024年期間復合增長率為45.4%；根據Omdia，Yole預測，2024-2029年全球碳化硅功率器件市場或將保持39.9%的復合增長率至136億美元。圖：碳化硅功率器件有望維持年復合增長 39.9%至 2029 年的 136 億美元 數據來源：Yole，金元證券研究所 圖：2024 年全球功率半導體分立器件及功率模塊市場份額萎縮至 323 億美元 數據來源：Omdia，金元證券研究所 全球功率半導體（分立器件及模塊）較為分散，但頭部企業仍以外企為主2024年全球功率半導體（分立器件及模塊）來看，英飛凌市占率為首位，為20.8%；第二名安森美市占率為9.2%；中國企業士蘭微市占率

14、為3.3%，較2023年上升0.7pct。比亞迪市占率持續提升，躍居至全球第七位。相對于車規級功率半導體相對于車規級功率半導體，功率半導體分立器件及模塊的集中度偏低且較為分散功率半導體分立器件及模塊的集中度偏低且較為分散，CRCR5 5占比在占比在5050%以下以下。但仍以外企主導但仍以外企主導，龍頭英飛凌市占率龍頭英飛凌市占率穩定在穩定在2020%左右左右，國內替代空間相對較大國內替代空間相對較大。圖：全球功率半導體（分立器件、模塊）頭部企業市占率 數據來源：Omdia，英飛凌，金元證券研究所 圖：全球功率半導體（分立器件、模塊）市場集中度偏低，CR5 在 50%以下 數據來源：Omdia，

15、英飛凌，金元證券研究所 國內是全球最大的功率半導體消費國中國作為全球最大的功率半導體消費國中國作為全球最大的功率半導體消費國，貢獻了約貢獻了約4040%的功率半導體市場的功率半導體市場。根據Omdia及中商產業研究院預測，2023年國內功率半導體市場規模約為1519.36億元，2024年預計規模增長至1752.55億元。從市場結構來看，功率集成電路，包括電源管理芯片、驅動芯片、AC/DC等占比最大；分立器件MOSFET、功率二極管及IGBT占比分別為16.4%、14.8%、12.4%。圖：按類型劃分市場占比 數據來源：Omdia，中商產業研究，金元證券研究所 圖：中國功率半導體市場規模 數據來

16、源：Omdia，中商產業研究，金元證券研究所 功率半導體正從“單一器件”向“系統級解決方案”演進功率處理包括：變頻功率處理包括：變頻、變壓變壓、變流變流、功率放大功率放大、功率管理等功率管理等。目前以汽車電子、計算機、通信、消費類產品為代表的4C市場占據了多數功率半導體的應用市場，高壓橫向功率器件結構的改進又產生了單片功率集成電路市場。計算機、通信和汽車工業方面應用的功率半導體器件，其耐壓等級在200V以下；電動控制、機器人和動力分配方面應用的功率半導體器件，其耐壓等級超過200V。功率器件的應用是工作頻率的函數。大功率系統（例如高壓直流輸電配電系統和機車驅動裝置）在相對低的頻率下進行兆瓦級功

17、率控制。隨著工作頻率的增加，對于100W的典型微波器件，其額定功率有所降低圖：基于額定功率（Y）、工作頻率（X）的功率半導體應用 數據來源：金元證券研究所 圖：功率半導體應用范圍極廣 數據來源：Yole，金元證券研究所 功率半導體正從“單一器件”向“系統級解決方案”演進功率半導體正從“單一器件”向“系統級解決方案”演進，成為智能終端、能源網絡、工業系統的“心臟”。通過3D Packaging、Embedded Die、SoC等封裝、集成技術，將功率模塊封裝或集成至單一芯片，可減少互連損耗、提升功率密度。以英飛凌為例，通過Embedded Power技術將Mosfet直接嵌入PCB基板，降低電感

18、與熱阻，逐步優化其收入結構。通過整合產品組合，為汽車客戶提供一體化解決方案，英飛凌ATV部門自FY2020-FY2024實現24%年復合增長率，其中功率器件仍占較大比重。同樣，Navitas提供GaNFast將多種功率分立器件組合到單個GaN IC，以提高速度、效率、可靠性和成本效益。圖：英飛凌通過產品組合提供汽車一體化解決方案，公司實現 24%年復合增長率 數據來源：英飛凌，金元證券研究所 圖：Navitas 基于 GaN 分立器件組合為 GaNFast IC 數據來源：Navitas，金元證券研究所 新能源車打開IGBT、SiC增長空間，國內車規級半導體市占率有待提升根據根據S&PS&P

19、AutomativeAutomative SemiconductorSemiconductor TrackerTracker預測預測，20242024年純電年純電BEVBEV市場為市場為11001100萬量萬量，預計預計20302030年純電規模將增長至年純電規模將增長至32003200萬量萬量，年復合增長率年復合增長率約為約為2020%。受益于高壓-高功率化、材料迭代、SDV（soft design vehicle)驅動，英飛凌預測，BEVBEV的半導體單車的半導體單車BOMBOM將從將從20242024年的單車年的單車13001300美元增長至美元增長至20302030年的年的1 1,65

20、0650美元美元（高端車型或至高端車型或至2 2,500500美元美元）。除了驅動系統對高功率需求外，ADAS、舒適性及安全性等同樣推升單車半導體BOM。圖：BEV驅動功率半導體演進驅動類別典型變化對功率器件的具體影響高壓-高功率化400 V800 V、雙/三電機1200 V SiC MOSFET、IGBT 功率段顯著提升材料迭代SiSiC(牽引逆變器)；SiGaN(22 kW OBC)SiC 材料需求SDV 增量車身 12-48 V 負載激增、域/區控低壓 MOSFET 數量需求數據來源：金元證券研究所圖：預計 2030 年，BEV 車規級半導體 BOM 將達到 1650 美元/輛 數據來源

21、：英飛凌，金元證券研究所 新能源車打開IGBT、SiC增長空間，國內車規級半導體市占率有待提升IGBT功率模塊在電機控制器中發揮了核心作用，直接控制直、交流電的轉換，同時對交流電機進行變頻控制，通過決定驅動系統的扭矩和最大輸出功率來直接影響新能源汽車的加速能力和最高時速，堪稱核心之核“芯”。新能源汽車新能源汽車IGBTIGBT成本與車型定位成本與車型定位、系統功率需求深度綁定系統功率需求深度綁定，市場價值分布呈現顯著的結構性差異市場價值分布呈現顯著的結構性差異。從功能模塊來看，主驅電控系統IGBT價值量約1000元，承擔電能轉換核心功能，OBC、空調壓縮機、電子助力轉向等子系統IGBT價值量均

22、低于300元，合計占比約25%-30%。從車型來看，級別越高所搭載的功率模塊越多，價值量越高，A00/A0級新能源汽車IGBT價值量為600-900元，高級車型IGBT價值量為3000-3900元。從銷量結構來看，中低端車型（20萬元下）占比逐步提升。從中國純電動車結構來看，2020萬以下車型占比從萬以下車型占比從20202020年的年的6666%提升至提升至20242024年的年的6868%，其中增量主要來自其中增量主要來自1010-1515萬車型萬車型。相對而言相對而言，IGBTIGBT成本較低成本較低，中低端車型使用中低端車型使用SiCSiC的可能性較低的可能性較低圖：不同車型IGBT價

23、值量不同車級車型電控/模塊方案電控中功率模塊價值量OBC空調IGBT單管電子助力轉向單車單車IGBTIGBT價值價值量量A00/A0級EV代步車1個模塊600-900元約300元，SiCMOS管滲透率逐步提升約100元，采用IGBT單管/IPM約200元，MOS單管也可應用12001200-15001500元元A級及以上15萬車型（兩驅車）單電控（1個模塊）1000-1300元16001600-19001900元元20萬-30萬車型一般是四驅（前后各有一個電機，共2個模塊）2000-2600元26002600-32003200元元高級車型前驅+后驅（前驅1個模塊，后驅2個模塊）3000-390

24、0元36003600-45004500元元豪華電動（特斯拉Model3）SiC模塊（內含48顆SiCMOSFET）4000-5000元IGBTIGBT600600元，元，電控采用電控采用SiCSiC模模塊塊商用車物流車兩驅（3個模塊）900-1000元15001500-16001600元元8米大巴車四驅（6個模塊，前后兩個電控，1個電控3個模塊）2700-3000元30003000-36003600元元10米大巴車四驅（6個模塊）約3600元約約42004200元元數據來源：觀研天下，金元證券研究所圖：我國純電動車銷量結構 數據來源：觀研天下，金元證券研究所 新能源車打開IGBT、SiC增長空

25、間，國內車規級半導體市占率有待提升傳統 12 V 車載低壓系統已難以支撐下一代汽車（特別是自動駕駛與區域 E/E 架構）對功率的激增需求，必須升級到 48 V 低壓平臺。高功率功能持續加入自動駕駛等級提高，需要電動助力轉向、線控制動、線控轉向、主動懸架、主動側傾抑制等大量機電執行器，這些都屬于 kW 級負載。功率P=。在固定目標功率下，電壓僅12V時電流過大 線束截面積、重量、銅耗、發熱都成倍上升，既不經濟也難以滿足安全要求。4848V V 兼顧效率與安兼顧效率與安全優勢全優勢。相較相較1212V V可將電流減至可將電流減至1 1/4 4，顯著降低線束重量顯著降低線束重量、熱損耗熱損耗，同時仍

26、屬安全低壓范疇同時仍屬安全低壓范疇（95%效率GaN FET平板平板/游戲掌機游戲掌機內部升降壓內部升降壓6-12 V 中壓溝槽 SJMOSFETFC-QFN8-10 A 大電流 SoC 核心供電低壓 Si MOSFET數據來源：金元證券研究所圖：中國電源管理芯片市場規模 數據來源：Frost&Sullivan，中商產業研究，金元證券研究所 儲能及AI算力中心建設或成為新型功率半導體“增長曲線”儲能變流器（PCS），又稱雙向儲能逆變器，是儲能系統與電網中間實現電能雙向流動的核心部件，用作控制電池的充電和放電過程，進行交直流的變換。在電池儲能系統中成本約占比15%-20%，是電池儲能系統的關鍵核

27、心環節。PCS負責在 交流電網（380 V/480 V 三相）與直流電池串（650 V-1 500 V）之間做雙向能量交換。能否把充放電損耗壓到極低、把柜體做得更小更冷，幾乎全看功率器件選型。儲能變流器中，材料成本占比約93%，其中占比最高的是結構件(約為25%)，其次是IGBT(約為15%)和變壓器、電感器等磁性器件(15%)。SiCSiC在儲能領域或大有可為：在儲能領域或大有可為：PCS目標效率98%，SiC 的導通電阻和反向恢復損耗遠低于傳統IGBT，可把損耗降低3050%，減少空調或液冷負擔。KACO基于SiC打造的blueplanet gridsave 92.0 TL3-S 是第一款

28、采用碳化硅（SiC）功率模塊的電池逆變器。SiCSiC 的優勢體現在高達的優勢體現在高達 9898.8 8%的卓越效率上的卓越效率上。圖：電化學儲能系統框架 數據來源：金元證券研究所 圖：IGBT 占 PCS 材料成本比重較高 數據來源：中研世紀，金元證券研究所 結構件結構件,25%25%IGBTIGBT,15%15%變壓器、電感器變壓器、電感器等等,15%15%其他其他,22%22%集成電路集成電路,10%10%PCBPCB,8%8%軟件軟件,5%5%儲能及AI算力中心建設或成為新型功率半導體“增長曲線”全球算力設備能耗隨人工智能需求爆發大幅增長。算力設備是能耗和碳排放的重要來源。20242

29、024年年-20302030年年，AIAI芯片將為數據中心芯片將為數據中心ITIT設備負載帶來每年設備負載帶來每年4 4至至9 9GWGW的新的新需求需求，在數據中心新增的全部IT設備負載約占70%。降低傳輸損耗是供配電系統的重點方向降低傳輸損耗是供配電系統的重點方向。數據中信傳統的供配電系統組成復雜，包括變壓器、UPS、配電柜等多套設備，同時傳統UPS供電方案電能損耗較大，能效比較低。高效UPS、UPS智能在線模式和電力模塊等節能技術已經開始規?；瘧?。高效率的實現離不開第三代半導體材料的應用。碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等寬禁帶半導體器件憑借其優異的物理特性，正逐步滲透到PSU(電源

30、供應單元)領域。WolfspeedWolfspeed研究表明研究表明，在低負載條件下在低負載條件下，12001200 V V SiCSiC MOSFETMOSFET和和12001200V V IGBTIGBT在相同驅動電流下在相同驅動電流下，SiCSiC MOSFETMOSFET的導通損耗僅為的導通損耗僅為IGBTIGBT的一半的一半，且通過消除關斷拖尾電且通過消除關斷拖尾電流流，其開關損耗相比其開關損耗相比IGBTIGBT可降低多達可降低多達9090%。圖：AIDC 負載大幅增長，降低傳輸損耗是供配電系統的重點方向 數據來源：中國信通院，金元證券研究所 圖：相同額定電流下的典型 1200 V

31、 SiC MOSFET 和 1200V IGBT 的導通損耗和開關損耗的比較 數據來源：Wolfspeed，金元證券研究所 儲能及AI算力中心建設或成為新型功率半導體“增長曲線”主流AI訓練機柜正從傳統的1015kW 抬升至 30kW 以上，高端液冷機柜甚至沖向 100kW。一套高密度一套高密度AIAI服務器機柜僅功率半導體用料服務器機柜僅功率半導體用料就高達就高達1 1.2 21 1.5 5萬美元萬美元，包括包括2424只只PSUPSU、3636塊塊GPUGPU板板、1818塊塊4848V V母線轉換板母線轉換板、300300 顆保護器件等顆保護器件等。圖：AI 訓練機柜及內部功率半導體使用

32、情況 數據來源：英飛凌，金元證券研究所 儲能及AI算力中心建設或成為新型功率半導體“增長曲線”典型 AI 服務器的電源鏈可拆解為三段：AC/DC 277 V 48 V（PSU）DC/DC 48 V 12 V（母線轉換）DC/DC 12 V 0.8-1.8 V（POL/VR）傳統方案鏈路總效率僅約傳統方案鏈路總效率僅約8585%，使用第三代半導體材料使用第三代半導體材料（SiC/GaN)SiC/GaN)將推升整體系統率將推升整體系統率。以英飛凌為例，通過GaN PFC+SiC 同步整流、80V OptiMOS 6 MOSFETIBC 以及高功率密度多相VR，將三段效率分別推高至 98%、98%、

33、94%，系統效率提升至約90%。圖：第三代半導體材料能大幅壓降“Grid-to-Core”損失 數據來源：英飛凌，金元證券研究所 AI驅動兆瓦級供電需求，800V HVDC依賴于高性能功率半導體材料2024.11.52025.4.92024.11.502032025.5.20Navitas 8.5 kW GaN+SiC PSU 首度亮相Navitas+兆易創新Infineon稱與NVIDIA共同開發業界首個800 V AI服務器供電架構，利用 Si+SiC+GaN 全材料棧。Dell公布“AI Factory”方案，引入Gaudi3 加速卡，單卡TDP高達600W，機箱級功耗直指30 kW。官

34、方白皮書建議1.5 kW以上高效PSU與液冷配套，并引用MPS/Delta的GaN48 V電源鏈作為參考配置，顯示Intel亦在導入寬禁帶方案。Intel Gaudi 3+Dell AI Factory2025.5.192025.5.20Navita宣布其 GaNSafe+Fast-SiC器件被NVIDIA選為下一代800 V 架構關鍵元件，并透露已實現PFC 峰值效率99.3%。AI+高功率半導體以三相 PFC+LLC 拓撲驗證 GaNSafeHEMT 與 Gen-3 Fast SiC MOSFET 的協同，高功率密度先導 48 V 總線時代雙方成立聯合實驗室，主攻高頻GaN 驅動+MCU“

35、電源控制一體化”，面向 AI機房、EV與儲能。在功率器件之外整合主控 SoC，以軟硬協同提升 48V12 V IBC 與 800V54V 雙向DC-DC 的數字化閉環效率。Infineon+NVIDIA 正式官宣 800 V 供電方案Navitas+NVIDIAAI驅動兆瓦級供電需求，800V HVDC依賴于高性能功率半導體材料AIAI驅動的數據中心時代驅動的數據中心時代，千瓦級的供電標準早已無法匹配千瓦級的供電標準早已無法匹配AIAI模型對能耗的極端需求模型對能耗的極端需求。以GB200 NVL72機架為例，隨著機架功率逐步逼近兆瓦級別，基于54V直流的傳統配電方式已然陷入瓶頸。5454V

36、V系統電流過大系統電流過大，需配備龐大的銅母線與電源架需配備龐大的銅母線與電源架。在兆瓦級Kyber計算節點中，光是電源就可能吞噬整個機架的空間，根本無法留出計算資源的位置。英偉達估算，一座兆瓦級機架若仍采用54V直流架構，其電源設備甚至可能高達64U機架單位，已無法在現實中部署。5454V V配電鏈通常包含多級配電鏈通常包含多級AC/DCAC/DC及及DC/DCDC/DC轉換轉換，層層損耗不僅影響整體效率層層損耗不僅影響整體效率，還增加了潛在故障點與維護成本還增加了潛在故障點與維護成本。每一次能量轉換都是一個風險點，也讓數據中心的可用性與長期穩定性大打折扣。從變電站進入數據中心的從變電站進入

37、數據中心的1313.8 8kVkV交流電在邊界處通過工業級整流器一次性轉換為交流電在邊界處通過工業級整流器一次性轉換為800800V V HVDCHVDC，隨后通過兩根導線直達設備排與IT機架，實現“交流一次轉換，直流全程傳輸”的高度簡化電力流動路徑。全新的全新的 800800V V 高壓直流高壓直流（HVDCHVDC）集中供電方式集中供電方式，落地依賴于高性能功率半導體材料的支撐落地依賴于高性能功率半導體材料的支撐。圖：為什么需要 800 V HVDC 數據來源：金元證券研究所 圖：800 V HVDC 催化 SiC/GaN 需求 數據來源：Navitas,金元證券研究所 基于材料分類的功率

38、半導體功率半導體的性能很大程度上取決于其制造材料。不同材料具有不同的禁帶寬度、電子遷移率、熱導率等特性，從而決定了器件的電壓、電流、開關速度和工作溫度等關鍵參數。硅硅 (Si)(Si)基功率半導體基功率半導體特點：技術最成熟，成本最低，是目前應用最廣泛的功率半導體材料。優勢：制造工藝完善，良品率高，供應鏈穩定。局限：在高頻、高溫、高壓應用中性能受限，開關損耗較大。主要器件：大部分功率二極管、BJT、MOSFET、IGBT、晶閘管等。寬禁帶寬禁帶 (WBG)(WBG)半導體材料半導體材料碳化硅(SiC)基功率半導體：禁帶寬度約為硅的3倍，臨界擊穿電場約為硅的10倍，熱導率約為硅的3倍。更高的工作

39、電壓、更高的工作溫度、更低的導通損耗、更快的開關速度。主要器件包括：SiC肖特基二極管、SiC MOSFET、SiC結型場效應晶體管(JFET)。氮化鎵(GaN)基功率半導體：禁帶寬度約為硅的3倍，具有極高的電子遷移率和電子飽和速率。極高的開關頻率（可達MHz級別）、更低的導通電阻、更高的功率密度、更小的器件尺寸。新型功率半導體材料新型功率半導體材料氧化鎵(GaO)：具有比SiC和GaN更寬的禁帶寬度，有望在超高壓應用中展現潛力，但目前技術尚不成熟。金剛石(Diamond)：擁有極致的半導體特性（極寬禁帶、高熱導率、高載流子遷移率），被認為是下一代功率半導體的理想材料之一，但面臨制造工藝和成本

40、等巨大挑戰。傳統功率二極管陷入“高耐壓vs低損耗”兩難功率二極管是最基本的功率器件，僅允許電流單向流動，廣泛用于整流、續流和防倒灌等用途；傳統硅PN結功率二極管通過P型和N型半導體形成結勢壘，正向導通時少數載流子的注入導致導通壓降通常在0.7-1V以上，且反向恢復過程中因載流子復合產生反向恢復電流，帶來額外的開關損耗肖特基勢壘二極管（SBD）則采用金屬-半導體接觸取代PN結，實現了多數載流子導通的整流機制；硅肖特基二極管的主要優點是正向導通壓降低（0.4-0.5V，遠低于相同電流下硅PN二極管的壓降）以及幾乎“零”反向恢復電流，從而具備極快的開關速度然而然而，硅肖特基二極管也存在局限硅肖特基二

41、極管也存在局限。其反向耐壓受限于硅材料較低的禁帶寬度和臨界場強：為在高耐壓下抑制漏電流其反向耐壓受限于硅材料較低的禁帶寬度和臨界場強：為在高耐壓下抑制漏電流，必須降低半導體摻雜濃度并增厚漂移區厚必須降低半導體摻雜濃度并增厚漂移區厚度度，導致導通電阻和正向壓降顯著升高導致導通電阻和正向壓降顯著升高。換句話說換句話說，若想提高其耐壓能力若想提高其耐壓能力，則會導致其損耗增大則會導致其損耗增大。圖：肖特基二極管高損耗問題 數據來源：羅姆,金元證券研究所 圖：肖特基二極管具有正向電壓()低，開關速度快的特點,但漏電流()大 數據來源：羅姆,金元證券研究所 超結(SJ-MOS)、IGBT推動功率MOS步

42、入高頻、耐壓、低損耗時代金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）是典型的單極型功率器件，由少數載流子（多數載流子）導電，因而具有開關速度快、驅動功耗低的優點。功率MOSFET自20世紀80年代進入實用，其工作頻率達到MHz量級，使得開關電源等高頻應用成為可能。硅功率MOSFET一般為N溝道增強型，利用柵極電壓在P型體區誘導形成N溝道導通電流。MOSFET為電壓驅動器件，柵極驅動簡單且輸入阻抗高；導通時無二極管的恢復問題，因此開關損耗較低，非常適合高頻環境下的小功率變換器。在低壓（幾十伏至數百伏）應用領域，硅MOSFET的導通電阻可以做到很小且開關損耗低，因此在通信電源、計算機VRM、家電逆

43、變等廣泛取代了雙極晶體管。然而對于耐壓較高（500V）的應用，硅硅MOSFETMOSFET的弱點開始的弱點開始顯現：為了承受高電壓顯現：為了承受高電壓，其其N N-漂移層必須足夠厚且摻雜濃度低漂移層必須足夠厚且摻雜濃度低，這導致這導致導通電阻隨耐壓呈指數級上升導通電阻隨耐壓呈指數級上升。高耐壓高耐壓MOSFETMOSFET的導通損耗遠高于的導通損耗遠高于IGBTIGBT等等雙極器件雙極器件，使得使得MOSFETMOSFET難以在難以在600600V V以上電壓應用中競爭以上電壓應用中競爭。此外此外，MOSFETMOSFET的導通壓降隨電流增大接近線性上升的導通壓降隨電流增大接近線性上升（歐姆特

44、性歐姆特性），不像不像BJT/IGBTBJT/IGBT那樣那樣在高電流下仍能保持較低壓降在高電流下仍能保持較低壓降。因此因此，在千伏級高壓大電流場合在千伏級高壓大電流場合（例如例如電動車主逆變器電動車主逆變器、工業傳動工業傳動），傳統硅傳統硅MOSFETMOSFET并非最佳選擇并非最佳選擇。在傳統MOS受限于耐壓和導通電阻的平衡，技術層面經歷了“雙擴散+縱向導電”的VDMOS、U型溝槽柵的UMOSFET、以及溝槽加深+底部擴展的EXTFET圖：DMOSFET、UMOSFET、EXTFET 結構 數據來源：功率半導體器件,金元證券研究所 超結(SJ-MOS)、IGBT推動功率MOS步入高頻、耐壓

45、、低損耗時代在功率MOS器件設計中，擊穿電壓(BV)與特征通態電阻(R)的關系非常密切，其基本關系式為=.（）.為了解決這對矛盾，一種基于電子科技大學陳星弼院士在美發明專利的新結構功率MOSFET，打破了傳統功率MOS器件理論極限，被國際上盛譽為“功率MOS器件領域里程碑”的新型功率MOS器件CoolMOS于1998年問世并很快走向市場。CoolMOS由于采用新耐壓層（陳院士稱為復合緩沖層，Composite Buffer Layer）結構（國際上又稱為Super Junction結構或Multi-RESURF結構或3D RESURF結構等），在幾乎保持功率MOS器件所有優點的同時，又有著極低

46、的導通損耗。超結結構（SJ-MOS）通過交替排列的P/N柱實現三維均勻電場分布，將傳統將傳統D D-MOSMOS的局部高壓電場的局部高壓電場（集中在集中在P/NP/N界面界面）轉化為全域平衡電場轉化為全域平衡電場，從而突破硅材料耐壓極限從而突破硅材料耐壓極限，在相同芯片面積下實現更低的導通電阻和更高的電壓承載能力在相同芯片面積下實現更低的導通電阻和更高的電壓承載能力。圖：器件結構及電場密度分布：DMOS vs SJ-MOS 數據來源：東芝,金元證券研究所 IGBT BJT+功率MOS，溝槽型IGBT或成為主流趨勢圖：圖：BJT vs IGBT vs BJT vs IGBT vs 單極型功率單極

47、型功率MOSMOS特性特性雙極晶體管雙極晶體管 (Bipolar)Bipolar)IGBTIGBT功率功率MOSFETMOSFET（N N型型)結構結構載流子類型載流子類型電子電子&空穴空穴電子電子&空穴空穴僅電子僅電子驅動方式驅動方式基極電流控制柵極電壓控制柵極電壓控制柵極電壓控制柵極電壓控制安全承載的最大安全承載的最大電流值電流值中等中等強強弱導通壓降導通壓降較高低極低極低工作頻率工作頻率約20kHz約20kHz約約300kHz300kHz數據來源：金元證券研究所IGBTIGBT融合融合MOSFETMOSFET與與BJTBJT特性特性：柵極電壓觸發內部MOSFET導通，驅動p+集電極向n-

48、漂移區注入空穴，引發雙極導電調制，使n-區電阻降低至傳統MOSFET的1/5-1/10，實現高壓（1200V+）下的低導通壓降（1-3V）。關斷時，柵極電壓移除后，n-區存儲的載流子需通過復合或抽離消散，產生拖尾電流，導致關斷延遲（約100ns）。IGBTIGBT在在2020kHzkHz以下的中低頻以下的中低頻、高壓大高壓大電流場景電流場景（如電動汽車逆變器如電動汽車逆變器）中性能優勢顯著中性能優勢顯著，但高頻特但高頻特性弱于性弱于MOSFETMOSFET。驅動方式驅動方式：BJT需持續基極電流（驅動功耗高），而MOSFET/IGBT僅需容性充放電（驅動電路簡化90%以上）。頻率與耐壓權衡頻率

49、與耐壓權衡：MOSFET以高頻低損見長，IGBTIGBT犧牲速度換犧牲速度換取高壓大電流能力取高壓大電流能力，BJTBJT則逐步被替代則逐步被替代，僅存于低成本線性僅存于低成本線性領域領域。損耗機制：BJT/IGBT導通損耗主導（導電調制效應），MOSFET開關損耗占比更高（高頻下尤為明顯）。IGBT BJT+功率MOS，溝槽型IGBT或成為主流趨勢溝槽柵（Trench Gate）技術是功率器件結構上的一項重大改進，最早應用于低壓功率MOSFET，后來拓展到高壓MOSFET和IGBT中。與傳統平面柵結構相比，溝槽型器件在單位芯片溝槽型器件在單位芯片面積上可以實現更高的溝道密度面積上可以實現更高

50、的溝道密度，從而降低導通電阻并增大電流能力從而降低導通電阻并增大電流能力溝槽型溝槽型MOSFETMOSFET：傳統平面MOSFET（又稱DMOS結構）的柵極位于芯片表面，通過在P型體區表面形成水平方向的反型溝道來導通電流。相鄰元胞的P體區之間存在一定距離，形成“JFET效應”區域：當MOSFET導通時，電流需通過兩個P區之間的窄頸區域，產生額外的電阻和電流擁擠效應。溝槽型MOSFET（溝槽柵MOSFET）則在硅片中垂直刻蝕出溝槽，并在溝槽側壁生長柵氧、填充多晶硅作為柵極。這樣，柵極與P體區的接觸從平面改為垂直側壁，溝道電流沿溝槽側壁垂直流動到襯底溝槽型溝槽型IGBTIGBT：平面柵IGBT的柵

51、極與MOSFET部分類似，也是位于芯片表面控制P型阱表面形成溝道。不過IGBT由于有雙極擴散電流，其平面結構下的JFET效應和載流子分布不均問題也較突出。溝槽型IGBT（Trench IGBT）通過將柵極置于垂直溝槽中，形成垂直溝道來驅動IGBT的MOSFET單元。這樣一來，每個IGBT元胞的溝道是縱向的，可在芯片內部形成更緊湊的結構。一方面，垂直溝槽使溝道密度大幅提升：相同面積容納的溝道單元更多，意味著導通時允許通過的電流更多，單位面積電流能力提高，相當于降低了單位面積導通電阻圖：圖：靠近靠近 emitteremitter 的位置，溝槽型的位置，溝槽型 IGBTIGBT 載流子濃度遠高于平面

52、型載流子濃度遠高于平面型 IGBTIGBT，減小減小漂移漂移區區電阻電阻 數據來源：數據來源：英飛凌英飛凌，金元證券金元證券研究所研究所 圖：圖：平面平面柵柵 IGBTIGBT 與與 溝槽溝槽柵柵 IGBTIGBT 導通導通電阻電阻對比（對比（消除消除 JFETJFET）數據來源：數據來源：英飛凌英飛凌，金元證券金元證券研究所研究所 IGBT BJT+功率MOS，溝槽型IGBT或成為主流趨勢20232023年年，中國中國IGBTIGBT市場規模約市場規模約2828億美元億美元，20192019年至年至-20232023年復合增長率約年復合增長率約1212.1 1%。根據普益索預測，2024年國

53、內IGBT市場規模約31億美元，至2029年，IGBT市場增長至48億美元（年復合增長率為9.4%）圖：圖：2 23 3 年年國內國內 IGBTIGBT 市場市場約約 2828 億億美元，美元，2424-2929 年年預計預計年復合增長率年復合增長率達達 9.4%9.4%數據來源：數據來源：尚尚鼎鼎芯芯，普普益益索索咨詢，咨詢，金元證券金元證券研究所研究所 寬禁帶半導體材料成為高壓、大功率、高溫的理想材料碳化硅（SiC）是一種典型的第三代半導體材料，具有相對于硅（Si）顯著更大的帶隙、更高的擊穿場強和熱導率等優勢。SiC的禁帶寬度約為3.26 eV（4H-SiC，多晶型之一），約為硅的三倍，這

54、帶來本征載流子濃度極低這帶來本征載流子濃度極低，使器件在高溫下漏電小使器件在高溫下漏電小、耐受更高電場而不擊穿耐受更高電場而不擊穿。同時，SiCSiC的臨界擊穿場強可達約的臨界擊穿場強可達約3 3-4 4 MV/cmMV/cm，約為硅的約為硅的1010倍；熱導率約為倍；熱導率約為4 4.9 9W/(W/(cmKcmK)，約為硅的約為硅的3 3倍倍，有利于散熱有利于散熱。這些物理特性使SiC成為高壓、大功率、高溫電子器件的理想材料。圖：第一代、二代、三代半導體特點對比及其應用圖：第一代、二代、三代半導體特點對比及其應用對比維度對比維度第一代半導體第一代半導體第二代半導體第二代半導體第三代（寬禁帶

55、）半導體第三代（寬禁帶）半導體材料半導體元素：半導體元素：硅硅(Si)Si)、鍺鍺(Ge)Ge)化合物半導體：化合物半導體：砷化鎵砷化鎵(GaAs)GaAs)、磷化銦磷化銦(InPInP)化合物半導體：化合物半導體：氮化鎵氮化鎵(GaNGaN)、碳化硅碳化硅(SiC)SiC)優勢1.硅儲量豐富且成本低2.應用最廣泛的半導體3.實現真空管到緊湊型電子設備的轉換1.電子遷移率快（高頻傳輸）2.直接禁帶特性（光發射應用）3.器件尺寸精巧1.強化熱與電子特性2.碳化硅耐熱/耐輻射性優于鍺3.節能環保不足1.間接禁帶且遷移率低2.性能提升已達物理極限1.稀有材料成本高（GaAs/InP）2.材料有毒且有

56、害環境3.制造工藝復雜1.制造成本高2.無法全面取代前兩代3.制造工藝復雜（異質/同質外延）技術特點1.硅制造技術成熟2.接近最優工藝水平1.精密外延生長技術2.需兩個制造階段（襯底+外延）1.GaN：異質外延生長（如藍寶石襯底）2.SiC：同質外延生長應用領域消費電子、電信、光伏、自動化毫米波裝置、衛星通信、GPS導航、紅外激光、高亮度紅光LED5G通信、物聯網、電動汽車、智能電網、高性能傳感器數據來源：金元證券研究所碳化硅功率半導體產業鏈全貌碳化硅原材料碳化硅半導體器件碳化硅半導體器件終端應用終端應用襯底供應商襯底供應商外延片供應商外延片供應商外延片襯底器件制造商器件制造商設計設計制造制造

57、封測封測器件制造商可選擇采購襯底并進行內部外延工藝或者直接采購預制外延晶片電動汽車電動汽車充電基礎設施充電基礎設施可再生能源可再生能源儲能儲能人工智能算力中心人工智能算力中心其他其他上游中游下游碳化硅逐步滲透AI+智能電網+eVTOL，市場規模持續擴充20242024年全球碳化硅半導體器件市場規模約年全球碳化硅半導體器件市場規模約2626億美元億美元，20202020-20242024年間年復合增長率高達年間年復合增長率高達4545.4 4%；其中，2024年電動汽車、充電基礎設施占比較高，分別為74.4%、7.8%。根據Yole預測，碳化硅器件市場規模隨著新興行業（包括AI算力中心、智能電網

58、、eVTOL）的需求，2029年有望達到136億美元，新興行業年復合增速預計高達56.4%，器件滲透率由2024年的4.7%提升至17.1%。圖：全球碳化硅半導體器件滲透率有望在 2029 年提升至 17.10%數據來源：Yole，金元證券研究所 圖：全球碳化硅半導體器件年復合增速或達 39.9%（2024-2029）數據來源：Yole，金元證券研究所 碳化硅外延片尺寸從4英吋-6英吋-8英吋當前市場主流當前市場主流SiCSiC外延片尺寸為外延片尺寸為6 6英吋英吋，8 8英吋加速滲透：英吋加速滲透：2020-2024年，6英吋外延片銷售額由3億美元增長至8億美元，年復合增長率為29.5%。8

59、英吋市場規?？焖偬嵘?，2024年8英吋外延片市場規模提升至3.12億美元，2020-2024年復合增長率186.3%?？紤]8英吋的成本優勢，預計預計20292029年年8 8英吋英吋SiCSiC外延片占比將由外延片占比將由20242024年的年的2626%逐步提升至逐步提升至7777.4 4%，外延片市場規模提升至外延片市場規模提升至5858億美元億美元。銷量方面銷量方面，全球碳化硅外延片從全球碳化硅外延片從20202020年年2424.1919萬片增長至萬片增長至20242024年的年的9898.9999萬片萬片，預計預計20292029年將進一步增長至年將進一步增長至5959.5959萬片

60、萬片。其中，2024年6英吋銷量增長至82.28萬片，8英吋銷量13.71萬片。隨著大尺寸技術進一步成熟，預計預計20292029年年8 8英吋碳化硅外延片將增長至英吋碳化硅外延片將增長至378378.4848萬片萬片，年年復合增長率為復合增長率為9494.2 2%。圖：預計 2029 年 8 英吋外延片年銷量提升至 378 萬片 數據來源：Yole，金元證券研究所 圖：8 英吋外延片市場銷售額持續提升，預計 29 年至 77.4%數據來源：Yole，金元證券研究所 中國或成為碳化硅市場Top1國內市場碳化硅增長更為可觀：國內市場碳化硅增長更為可觀：受益于新能源汽車、儲能及其他電力領域應用高速

61、增長，國內6英吋外延片由2019年的3.4萬片增長至2023年的18.8萬片，復合增長率為52.8%，增速高于同期全球6英吋銷量的46.1%。弗若斯特沙利文預測，中國中國8 8英吋銷量預計在英吋銷量預計在20282028年達到年達到103103萬片萬片，20232023年至年至20282028年復合增速年復合增速644644.9 9%，同期全球同期全球8 8英吋碳化硅銷量預計為英吋碳化硅銷量預計為308308.1 1萬片萬片，8 8英吋國內市場需求或占據英吋國內市場需求或占據3333.4 4%的份額的份額，碳化硅外延片整體需求占全球市場份額約碳化硅外延片整體需求占全球市場份額約4040%。圖：

62、2028 年國內 8 英吋碳化硅外延片需求量或達 103.2 萬片 數據來源：弗若斯特沙利文，金元證券研究所 圖：國內占全球碳化硅市場份額逐步提升，或成為全球最大碳化硅市場 數據來源：弗若斯特沙利文，金元證券研究所 碳化硅作為功率半導體材料的性能優勢碳化硅功率半導體器件憑借優異的擊穿電壓碳化硅功率半導體器件憑借優異的擊穿電壓、熱導率熱導率、電子飽和速率及抗輻射能力等特性脫穎而出電子飽和速率及抗輻射能力等特性脫穎而出。與氮化鎵相比，碳化硅在中高壓應用領域具有更廣泛的適用性，在600V以上應用市場中占據主導地位，市場規模也更為龐大。近年來，碳化硅功率半導體器件已在多個行業獲得廣泛應用，并有望在功率

63、半導體行業的持續變革中發揮關鍵作用。相比于傳統晶圓工藝外，碳化硅功率器件較為重要的兩個工藝流程分別為碳化硅襯底的制備和外延碳化硅功率器件較為重要的兩個工藝流程分別為碳化硅襯底的制備和外延圖：圖：SiCSiC 材料材料在在擊穿電壓、擊穿電壓、熱導率、熱導率、電子電子飽和速率飽和速率的的相對相對優勢優勢 數據來源：數據來源：瀚瀚天天天天成成，金元證券金元證券研究所研究所 高熱阻耐高壓高抗輻射耐高溫高頻率擊穿電場強度擊穿電場強度（MV/cm)熔點（熔點（）禁帶寬度（禁帶寬度（eV)電子飽和速率電子飽和速率（cm/s）熱導率熱導率（W/cm）圖：圖：SiCSiC 器件器件生產生產工藝流程工藝流程 數據

64、來源：數據來源：金元證券金元證券研究所研究所 碳化硅粉末碳化硅晶錠碳化硅襯底碳化硅外延單晶生長切割、研磨、拋光外外延延前道工藝：光刻、刻蝕、沉積晶圓劃片減薄裸芯片碳化硅功率器件封測SiC襯底的制備過程碳化硅單晶在自然界中極為罕見碳化硅單晶在自然界中極為罕見，只能通過人工合成制備只能通過人工合成制備。目前目前，碳化硅襯底的工業生產主要以碳化硅襯底的工業生產主要以 PVTPVT 法為主法為主。該方法需要用高溫和真空使粉末升華，然后通過熱場控制讓組分在種子表面生長，從而得到碳化硅晶體。整個過程在封閉空間內完成，有效監控少，變量多，對過程控制精度要求高。SiSi+C C=碳化硅粉末碳化硅粉末：Si 和

65、 C 以 1：1 的比例合成成 SiC 多晶顆粒SiC 粉末是晶體生長的來源，其粒度和純度將直接影響晶體質量特別是在制備半絕緣襯底時，對粉末純度的要求非常高（雜質含量0.5ppm）種子層：種子層：為晶體生長的基礎，它為晶體生長提供了基本的晶格結構，也是晶體質量的核心原料晶體生長物理蒸汽傳輸晶體生長物理蒸汽傳輸 （PVTPVT）：原料經過加熱，升華的組分通過蒸汽升華和熱場控制在種子表面再結晶切片：切片：金剛石線鋸或激光切割機用于切割；SiC 是一種硬脆材料，硬度僅次于金剛石，因此切片時間長，容易開裂。研磨拋光：研磨拋光：將襯底表面加工成納米光滑的鏡面，這是Epi-ready襯底的表面粗糙度和厚度

66、均勻性等，將直接影響外延的質量，進而影響器件的質量。SiC外延技術碳化硅（SiC）的外延生長主要通過化學氣相沉積（CVD）技術實現。由于SiC無液相特性，需在氣相中利用單硅烷（SiH）和丙烷（CH）或乙烯（CH）作為前驅體，以氫氣或氬氣為載氣，在高溫（1500-1650C）下進行沉積。工藝分為兩步：原位蝕刻（采用純H或混合氣體在約1650C下清除襯底表面損傷并形成規則階梯結構）和主外延生長（精確控制n型或p型摻雜層的厚度與均勻性）。缺陷管理是關鍵挑戰缺陷管理是關鍵挑戰，需結合低缺陷襯底與優化工藝以減少晶格缺陷需結合低缺陷襯底與優化工藝以減少晶格缺陷（如位錯如位錯、堆垛層錯堆垛層錯）對器件性能的

67、影響對器件性能的影響。圖：圖：化學氣相沉積（化學氣相沉積（CVDCVD）反應器在碳化硅外延生長中的應用）反應器在碳化硅外延生長中的應用 數據來源：數據來源：意法半導體，意法半導體，金元證券金元證券研究所研究所 反應腔傾斜式感應基座頂蓋感應線圈感應線圈隔熱層隔熱層襯底襯底石墨感應基座石墨感應基座反應物入口反應物入口：含硅（SiH）、碳（CH）等前驅體氣體副產物出口副產物出口）：反）：反應后廢氣（如應后廢氣（如HCl、未分解氣體）未分解氣體）圖：外延生長缺陷控制難點難點對策對策襯底缺陷襯底缺陷生長前預刻蝕去除襯底劃傷和亞損傷生長前預刻蝕去除襯底劃傷和亞損傷晶格失配晶格失配優化緩沖層生長速度，降低緩

68、沖層缺陷優化緩沖層生長速度，降低緩沖層缺陷外延生長缺陷外延生長缺陷優化優化 C/Si C/Si 比、生長溫度、生長壓力等條件比、生長溫度、生長壓力等條件厚膜外延時間長厚膜外延時間長加入加入 HCl HCl 氣體或快速氣體或快速 SiC SiC 外延工藝，抑制外延工藝，抑制 Si Si 團簇生成團簇生成堆垛層錯堆垛層錯通過氫離子注入抑制通過氫離子注入抑制 SiC SiC 外延堆垛層錯擴大外延堆垛層錯擴大數據來源：金元證券研究所相關公司揚杰科技揚杰科技（300373.300373.SZ)SZ)三安光電三安光電(600703.(600703.SH)SH)新潔能新潔能(605111.(605111.S

69、H)SH)天岳先進天岳先進（688234.688234.SH)SH)士蘭微士蘭微(600460.(600460.SH)SH)華潤微華潤微(688396.(688396.SH)SH)斯達半導斯達半導(603290.(603290.SH)SH)碳化硅（SiC）公司2024年投資的SiC工廠成功通線，采用IDM模式實現產品迭代，SiC MOS在AI服務器電源、新能源汽車、光伏儲能等領域廣泛應用。當前車載模塊產品已在多家車企完成送樣，并獲得Tier 1及終端車企測試與合作意向，計劃2025Q4開展全國產主驅碳化硅模塊的工藝與可靠性驗證，具備明確的市場落地路徑。公司已完成從650V 到2000V、13m

70、到 1000m的全系列 SiC MOSFET 的產品布局，應用于光伏、充電樁、工業電源、數據中心及AI服務器電源等工業級市場的1200V 20m/32m/75m及1700V1 SiC MOSFET等已實現量產。并已向重點客戶批量供貨，包括錦浪、華昱欣、盛能杰等光伏客戶，通合、科士達、致瞻等充電樁客戶，聯明、正浩、中恒等工業電源客戶，及臺達、光寶、長城、維諦技術等數據中心及 AI 服務器電源客戶公司已開發完成第二代 SiC MOSFET 產品平臺搭建，產品各項參數性能指標達到國際先進水平，已完成 650V-1200V SiC MOSFET系列產品開發，新增產品 60 余款，相關產品已通過車規級

71、AEC-Q100 可靠性考核，處于小規模銷售階段，目標市場包括新能源汽車 OBC/充電樁、工業設備、服務器電源、通信基站電源、光伏儲能等領域；已開發完成 1200V 和 650V SiC 二極管平臺搭建，新增產品兩款2024年上半年，公司上海臨港工廠達到年產30萬片導電型襯底的大規模量產能力。2024年11月，公司發布300mm（12英寸）碳化硅襯底產品，進一步提升產品競爭力，滿足高功率、高電壓、高頻率應用需求。公司加快推進“士蘭集宏 8 英寸 SiC 功率器件芯片生產線”項目的建設。2024年年底，士蘭集宏 8 吋 SiC mini line 已實現通線代SiC-MOSFET芯片（電動汽車主

72、電機驅動模塊）6 吋 SiC MOS 芯片8 英寸 SiC 功率器件（建設中）公司650V、1200V、1700V SiC MOS G2、SiC JBS G3。（SiC MOS G2 Rsp 水平達到國際主流產品水平，SiC JBS G3 功率密度水平達到國際領先）車規級 SiC MOS（建設中）新一代的平面柵MOS 以及 Trench 結構的 SiC 產品（建設中）公司自建6英寸 SiC 芯片產線流片的自主車規級 SiC MOSFET 芯片開始批量裝車車規級第二代 SiC MOSFET 芯片研發成功并通過客戶測試，功率密度較第一代提升 20%以上多個封裝系列的車規級 750V、1200V S

73、iC MOSFET 分立器件（單管）產品，已經在多家客戶通過測試并開始小批量驗證氮化鎵（GaN）GaN 柵極 ESD 保護器件已投入研發，當前階段為客戶合作中650V芯片（消費電子）60A 及以上大電流器件（工業應用）低壓（60-200V）器件（車載激光雷達、動力電池系統等）特定低壓 GaN 器件（人形機器人）650V/100mohmE-ModeGaNHEMT產品開發完成，新增產品 1 款，產品各項電學參數指標達到國內領先水平，項目產品通過可靠性考核。100V/200V GaN 產品開發中。-8 吋硅基 GaN車規級和工業級的 GaN 功率器件（預計2025年二季度推出）G3產品全面進入量產，

74、Rsp 明顯優于行業水平。G4平臺大功率工控類產品陸續進入量產階段。G5平臺（建設中）氮化鎵E-mode 產品（建設中），40V、80V 的產品已進入可靠性評價及優化階段8 吋G1 平臺開發和WLCSP封裝開發有序進行中。車規級 GaN 驅動模塊（30kW-150kW車用驅動應用，預計將于2027年進入裝車應用階段）寬禁帶材料主要應用于高壓寬禁帶材料主要應用于高壓、高功率場景高功率場景，主要集中于新能源車主要集中于新能源車、智能電網等智能電網等領域領域，下游需求景氣度存在波動下游需求景氣度存在波動 功率半導體生產前期投入成本較高功率半導體生產前期投入成本較高，需實現一定的規?；鑼崿F一定的規模

75、化 生產設備生產設備、材料對外依賴度仍然較高材料對外依賴度仍然較高，貿易摩擦或影響產能爬坡貿易摩擦或影響產能爬坡 半導體行業周期性下行半導體行業周期性下行 政治政治、政策不確定性因素及其他宏觀因素政策不確定性因素及其他宏觀因素風險提示風險提示投資評級說明投資評級說明金元證券行業投資評級標準：金元證券行業投資評級標準：增持：行業股票指數在未來6 個月內超越大盤；中性：行業股票指數在未來6 個月內基本與大盤持平；減持：行業股票指數在未來6 個月內明顯弱于大盤。金元證券股票投資評級標準：金元證券股票投資評級標準：買入：股票價格在未來6個月內超越大盤15%以上；增持：股票價格在未來6個月內相對大盤變動

76、幅度為5%15%；中性：股票價格在未來6個月內相對大盤變動幅度為-5%+5%；減持：股票價格在未來6 個月內相對大盤變動幅度為-5%-15%；。免責聲明免責聲明本報告由金元證券股份有限公司（已具備中國證監會批復的證券投資咨詢業務資格）制作。本報告所載資料的來源及觀點的出處皆被金元證券認為可靠，但金元證券不保證其準確性或完整性。該等信息、意見并未考慮到獲取本報告人員的具體投資目的、財務狀況以及特定需求，在任何時候均不構成對任何人的個人推薦。投資者應當對本報告中的信息和意見進行獨立評估，并應同時考量各自的投資目的、財務狀況和特定需求，必要時就法律、商業、財務、稅收等方面咨詢專業財務顧問的意見。對依

77、據或者使用本報告所造成的一切后果，金元證券及/或其關聯人員均不承擔任何法律責任。投資者需自主作出投資決策并自行承擔投資風險，任何形式的分享證券投資收益或者分擔證券投資損失的書面或口頭承諾均為無效。本報告所載的信息、材料或分析工具僅提供給閣下作參考用，不是也不應被視為出售、購買或認購證券或其他金融工具的要約或要約邀請。該等信息、材料及預測無需通知即可隨時更改。過往的表現亦不應作為日后表現的預示和擔保。在不同時期，金元證券可能會發出與本報告所載意見、評估及預測不一致的研究報告。金元證券的銷售人員、交易人員以及其他專業人士可能會依據不同假設和標準、采用不同的分析方法而口頭或書面發表與本報告意見及建議不一致的市場評論和/或交易觀點。金元證券沒有將此意見及建議向報告所有接收者進行更新的義務。金元證券的自營部門以及其他投資業務部門可能獨立做出與本報告中的意見或建議不一致的投資決策。在法律許可的情況下，金元證券可能會持有本報告中提及公司所發行的證券頭寸并進行交易，也可能為這些公司提供或爭取提供投資銀行業務服務。因此，投資者應當考慮到金元證券及/或其相關人員可能存在影響本報告觀點客觀性的潛在利益沖突。投資者請勿將本報告視為投資或其他決定的唯一信賴依據。本報告的版權僅為金元證券所有，未經書面許可任何機構和個人不得以任何形式轉發、翻版、復制、刊登、發表或引用。