碳化硅行業深度：碳化硅核心優勢、產業鏈及相關公司深度梳理-220829（25頁）.pdf

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1、 1/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 行業研究報告 慧博智能投研 碳化硅：碳化硅：核心優勢、產業鏈及相關公司深度核心優勢、產業鏈及相關公司深度梳理梳理 隨著新能源汽車賽道爆發，碳化硅市場進入蓬勃發展階段。碳化硅作為目前半導體產業最熱門的賽道之一，吸引了眾多半導體大廠以及初創新銳力量參與其中。中國當下的智能汽車變革浪潮，為碳化硅行業的發展帶來了新的機遇和新的挑戰。那么，碳化硅行業有怎樣的發展歷程？核心優勢又有哪些？產業鏈構成那么，碳化硅行業有怎樣的發展歷程？核心優勢又有哪些？產業鏈構成及相關公司都有哪些值得關注的？及相關公司都有哪些值得關注的？當

2、前市場空間及預期前景又是怎樣的呢？通過下文分條縷析的分析相信我們能夠對碳化硅行業窺知一二。當前市場空間及預期前景又是怎樣的呢？通過下文分條縷析的分析相信我們能夠對碳化硅行業窺知一二。一、一、碳化硅碳化硅發展發展歷史歷史及半導體材料演變及半導體材料演變 1.碳化硅發展歷程碳化硅發展歷程 碳化硅是由美國人艾奇遜在 1891 年電熔金剛石實驗時，在實驗室偶然發現的一種碳化物，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。自碳化硅被發現后數十年，發展進程一直較為緩慢。直到科銳（現更名為 Wolf speed）成立并開

3、始碳化硅的商業化，碳化硅行業在此后 25 年開始進入快速發展階段。2.半導體材料演變半導體材料演變 半導體材料是制作半導體器件和集成電路的電子材料。核心分為以下三代：1)1)第一代元素半導體材料：第一代元素半導體材料：硅（Si）和鍺(Ge)；為半導體最常用的材料，起源于 20 世紀 50 年代，奠定了微電子產業的基礎。2/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2)2)第二代化合物半導體材料：第二代化合物半導體材料：砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）等；是 4G 時代的大部分通信設備的材料，起源于 20 世紀 90 年代，奠定了信息產業的基礎。3)3

4、)第三代寬禁帶材料：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年世界各國陸續布局、產業化進程快速崛起。其中，碳化硅（SiC）為第三代半導體材料核心。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域。9WuYeX9UvXgVuUcVbRcMaQtRoOnPoMlOnNwOfQoMxO7NnMqQNZnOrQuOtPmN 3/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 二、碳化硅核心優勢二、碳化硅核心優勢 第三代半導體性能突出，高功率

5、、高頻高壓高溫場景優勢明顯。以碳化硅、氮化鎵為代表的新一代寬禁帶半導體材料，相較于傳統的硅基半導體，禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導率高、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，第三代半導體材料具有易散熱、小體積、低能耗、高功率等明顯優勢。第三代半導體經典的應用是碳化硅。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 等非氧化物高技術耐火原料中，碳化硅為應用最廣泛、最經濟的一種，

6、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體材料。相比傳統的硅材料（Si），碳化硅（SiC）的禁帶寬度是硅的 3 倍；導熱率為硅的 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。核心優勢體現在：1.耐高壓特性耐高壓特性 更低的阻抗、禁帶寬度更寬，能承受更大的電流和電壓，帶來更小尺寸的產品設計和更高的效率；2.耐高頻特性耐高頻特性 SiC 器件在關斷過程中不存在電流拖尾現象，能有效提高元件的開關速度（大約是 Si 的 3-10 倍），適用于更高頻率和更快的開關速度；3.耐高溫特性耐高

7、溫特性 SiC 相較硅擁有更高的熱導率，能在更高溫度下工作。4/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 碳化硅功率器件具有高電壓、大電流、高溫、高頻率、低損耗等獨特優勢，將極大提高現有使用硅基功率器件的能源轉換效率，未來將主要應用領域有電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通、智能電網等。新能源產業推動需求爆發，第三代半導體材料迎來發展良機。隨著第一、二代半導體材料工藝接近物理隨著第一、二代半導體材料工藝接近物理極限，第三代半導體材料極限，第三代半導體材料成為產業發展的重要方向。成為產業發展的重要方向。第三代半導體材料廣泛應用在 5G 基建、新能源汽車充

8、電樁、特高壓及軌道交通等“新基建”各領域核心射頻、功率器件中，產業迎來巨大的發展機遇，根據 Yole 數據顯示，預計到 2023 年，全球碳化硅材料滲透率有望達到 3.75%，預計到 2025 年，SiC器件市場規模將達到 32 億美元，年均復合增長率超 30%。三、碳化硅產業鏈三、碳化硅產業鏈 SiC 產業鏈包括上游的襯底和外延環節、中游的器件和模塊制造環節，以及下游的應用環節。其中襯底的制造是產業鏈技術壁壘最高、價值量最大環節，是未來 SiC 大規模產業化推進的核心。5/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 1.襯底襯底 襯底價值量占比 46%，

9、為最核心的環節。由 SiC 粉經過長晶、加工、切割、研磨、拋光、清洗環節最終形成襯底。其中 SiC 晶體的生長為核心工藝，核心難點在提升良率。根據下游應用領域不同可分為導電型和半絕緣型襯底，分別用于功率和射頻器件領域。6/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 SiC 襯底設備主要包括：長晶爐、切片機、研磨機、拋光機、清洗設備等。與傳統晶硅設備具相通性、但工藝難度更高，設備+工藝合作研發是關鍵。（1）襯底設備：）襯底設備：1）長晶爐 主要由襯底制造廠商自研開發，可基本實現國產化（與傳統晶硅級長晶爐有相同性，爐子結構不是非常復雜），市場沒有形成商業性的獨

10、立第三方企業。因為長晶環節主要用的 PVT（物理氣相傳輸）的技術路線，溫度很高，不可實施監控，難點不在設備本身，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，只有襯底制造企業內部通過對“設備+工藝”合作研發效率更高。主要設備廠商包括：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硅的切割方式相似，但因為碳化硅屬于硬質材料（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，對系統設備的穩定性很高，國內設備很難滿足這

11、個要求。目前日本高鳥的切片機設備（金剛石多線切割機）占據 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。7/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 3）研磨、拋光、SMT設備 和傳統硅機臺基本類似，主要差別在于研磨盤和研磨液。國內外主要企業包括：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密集型行業。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，經過多道

12、加工工序產出碳化硅襯底。（2）核心工藝流程包括：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腔室內進行反應，合成特定晶型和顆粒度的碳化硅顆粒。再經過破碎、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節。目前市場主流工藝為 PVT 氣相傳輸法（固-氣-固反應），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?！爱a學研用”為國內碳化硅襯底發展的重要推進動力。國內高校和科

13、研單位對 SiC 單晶的研究始發于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、天岳先進等國內碳化硅襯底領先企業。2.外延外延 外延價值量占比 23%。本質是在襯底上面再覆蓋一層薄膜以滿足器件生產的條件。具體分為：導電型SiC 襯底用于 SiC 外延，進而生產功率器件用于電動汽車以及新能源等領域。半絕緣型 SiC 襯底用于氮化鎵外延，進而生產射頻器件用于 5G 通信等領域。3.器件制造器件制造 價值量占比約 20%（包括設計+制造+封裝）。產品包括 SiC 二級管、SiCMOSFET、全 SiC 模塊（Si

14、C二級管和 SiC MOSFET 構成）、SiC 混合模塊（SiC 二級管和 SiCIGBT 構成）。8/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 4.應用應用 半絕緣碳化硅器件主要用于 5G 通信、車載通信、國防應用、數據傳輸、航空航天。導電型碳化硅器件主要用于電動汽車、光伏發電、軌道交通、數據中心、充電等基礎建設。四、四、相關公司相關公司 國內企業積極入局全產業鏈，大力投資擴產。碳化硅產業鏈過去受 wolf speed、ST 意法、英飛凌等海外廠商高度壟斷，但隨著第三代半導體行業景氣度逐漸升高，國內企業積極入局產業鏈各階段并已在全球第三代半導體市場占

15、據一定市場份額。據 CASA Research 不完全統計，截至 2020 年底，國內有超過 170 家從事第三代半導體電力電子和微波射頻的企業，而 2018 年尚不足 100 家，覆蓋了從上游材料的制備（襯底、外延）、中游器件設計、制 9/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 造、封測到下游的應用，基本形成完整的產業鏈結構。建議關注產業鏈各環節中具有核心競爭力的優質廠商。相關公司有：1.三安光電：最大三安光電：最大 SiC 投資，投資，IDM 現有工廠疊加襯底自供布局現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業鏈，在碳化硅下游

16、市場取得多點突破。2019 年，三安集成與美的成立第三代半導體聯合實驗室，聚焦 GaN、SiC 功率器件芯片與 IPM 應用電路相關研發；2020 年，公司收購北電新材，拓展碳化硅襯底和外延市場；2021 年，湖南三安半導體基地投產，總投資 160 億元，配套 6 英寸碳化硅達產產能 36 萬片/年，預計達產后實現銷售額 120 億元/年，2021 年底產能 3k 片/月，預計 2022 年年底達產，此外，公司碳化硅 MOSFET 工業級產品已處于客戶驗證階段，碳化硅 MOSFET 車規級產品已處于車企六片設計與測試階段；2021 年，公司已完成 650V 到1700VSiC 二極管的產品線布

17、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體有限公司，聚焦碳化硅車規芯片模組設計與生產，計劃形成 240 萬只/年半橋生產線。2.斯達半導：斯達半導：SiC 車規主驅模塊性能領先，加碼布局碳化硅功率芯片車規主驅模塊性能領先，加碼布局碳化硅功率芯片 斯達半導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 芯片研發及產業化項目；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 芯片研發及產業化項目。斯達微電子目前在 600V/650V、1200V、1700V 等中低壓 IGBT 芯片已經實現國產化。

18、擬采用先進技術和設備，實施 SiC 芯片研發及產業化項目，產品由企業自主研發，各項指標均達到國外同類產品技術要求，部分指標優于進口產品。公司用于新能源汽車的車規級 SiC 模塊獲國內外多家著名車企和 Tier1 客戶的項目定點，將對公司 2022-2022 年車規級 SiC 模塊銷售增長提供推動力。3.天岳先進：天岳先進：SiC 襯底提升速度快，獲得大規模訂單，有望進入車規應用襯底提升速度快，獲得大規模訂單，有望進入車規應用 天岳先進掌握碳化硅襯底制作核心技術，批量供應下游核心客戶。2021 年，公司募投項目“碳化硅半導體材料項目”投入建設，聚焦 6 英寸導電型碳化硅襯底材料生產，計劃 202

19、2 年第三季度實現第一期項目投產，預計 2026 年達產且達產產能為 30 萬片/年；2022 年 4 月，公司發布公告披露公司已通過IATF16949：2019 車規級認證，公司有望進入車規領域，進一步拓展碳化硅產品在汽車領域的應用市場；2022 年 7 月，公司發布關于簽訂重大合同公告，公司獲得約 14 億元 6 英寸導電型碳化硅襯底產品超大訂單，充分彰顯公司領先優勢。4.時代電氣：奮力邁進時代電氣：奮力邁進 SiC 自主研發道路，高壓電驅平臺突破自主研發道路，高壓電驅平臺突破 公司建有 6 英寸雙極器件、8 英寸 IGBT 和 6 英寸碳化硅的產業化基地，掌握了具有核心自主知識產權的 M

20、OSFET 芯片及 SBD 芯片的設計與制造技術，構建了全套特色先進碳化硅工藝技術的 4 英寸及 6 英寸兼容的專業碳化硅芯片制造平臺，全電壓等級 MOSFET 及 SBD 芯片產品可應用于新能源汽車、軌道交通、工業傳動等多個領域。2021 年，公司推出碳化硅大功率電驅平臺 C-Power220；2022 年 4 月，公司實施碳化硅芯片生產線技術能力提升建設項目，總投資 4.62 億元，將公司平面柵碳化硅 MOSFET芯片技術能力提升至溝槽柵碳化硅 MOSFET 芯片研發能力，現有 4 英寸碳化硅芯片線提升至 6 英寸碳化硅芯片線，產能也將從 1 萬片/年的提升到 2.5 萬片/年。5.士蘭微

21、：士蘭微：IDM 龍頭，快速上量龍頭，快速上量 SiC 芯片生產線芯片生產線 10/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 公司作為 IDM 龍頭廠商，具有 12 英寸特色工藝產線，目前已加大 SiC 器件研發投入，快速上量 SiC 芯片生產線，大力發展車規級 SiC 功率半導體。2021 年，公司 SiC 功率器件中試線通線，目前已完成車規級 SiC MOSFET 器件研發，即將進行客戶驗證并投入量產；2022 年 7 月，公司擬投資 15 億元建設 SiC功率器件生產線，聚焦于新能源汽車電動模塊車規級 SiC 功率器件生產，計劃形成年產產能 14.

22、4 萬片 6英寸 SiC 功率器件芯片生產線。此外，公司在廈門士蘭明鎵公司所建設的 6 英寸 SiC 功率器件芯片生產線預計將于 2022 年三季度實現通線。6.東尼電子：東尼電子：SiC 襯底產能迅速擴張，加速國產化進程襯底產能迅速擴張，加速國產化進程 公司從 2017 年開始儲備研發碳化硅項目，由葉國偉博士和張忠杰博士牽頭，技術由企業自主研發并已獲得認可，打樣送檢結果良好。2021 年，公司總投資 4.69 億元，聚焦碳化硅半導體材料生產，計劃達產 12 萬片/年，目前已有 50 余臺長晶爐完成安裝調試，約 100 臺長晶爐正在安裝調試階段，上述長晶爐及配套切磨拋設備全部安裝完成后，預計形

23、成 6 萬片/年的產能。7.露笑科技露笑科技:碳化硅襯底產能加速擴張碳化硅襯底產能加速擴張 公司是國內最早研發 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和工藝方案。2021 年，公司募投“第三代功率半導體(碳化硅)產業園項目”和“和大尺寸碳化硅襯底片研發中心項目”，計劃形成產能 24 萬片/年生產線；2022 年，公司 6 英寸碳化硅襯底芯片已形成銷售，預計年底產能達 5000 片/月，2023 年產能達 20 萬片/年。8.北方華創:SiC 長晶爐設備領域龍頭 主要從事半導體基礎產品的研發、生產、銷售和技術服務，主要產品為電子工藝裝備和

24、電子元器件，是國內主流高端電子工藝裝備供應商，也是重要的高精密電子元器件生產基地。經過多年的發展，公司在電子工藝裝備及電子元器件領域構建了堅實的技術基礎，形成了以共性核心技術為基礎、產品種類多、應用領域廣的平臺型業務體系，打造了專業的技術和管理團隊，具有較強的核心競爭能力。8 寸碳化硅長晶爐已完成研發，并進入客戶端，碳化硅長晶爐設備訂單飽滿，預計 2022 年出貨將超500 臺，已成為國內主流客戶的首選產品。五、五、相關政策相關政策 近年來，中國碳化硅行業受到各級政府的高度重視和國家產業政策的重點支持。國家陸續出臺了多項政策，鼓勵碳化硅行業發展與創新，關于做好 2022 年享受稅收優惠政策的集

25、成電路企業或項目、軟件企業清單制定工作有關要求的通知中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和 2035年遠景目標綱要基礎電子元器件產業發展行動計劃（2021-2023 年）等產業政策為碳化硅行業的發展提供了明確、廣闊的市場前景，為企業提供了良好的生產經營環境。具體情況列示如下：11/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 六、六、市場空間與預期市場空間與預期 1.高壓高功率領域優勢突出，高壓高功率領域優勢突出，SIC 功率器件市場廣闊功率器件市場廣闊 碳化硅功率器件替代優勢明顯，在高壓高功率領域性能強勁。功率器件是電力電子行業的重要基礎元器件

26、之一，作用是實現對電能的處理、轉換和控制，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、低損耗等獨特優勢，根據科銳和應用材料公司官網數據顯示，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頻率硅基 IGBT 的 30%。12/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 SiC 功率器件下游應用廣泛，市場快速放量。得益于優異的能源轉換效率，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、家電等領域均

27、有廣泛應用前景。根據 Yole 數據顯示，全球碳化硅功率器件市場規模預計將從 2021 年 10.9 億美元增長至 2027 年 62.97 億美元，年均復合增長率達 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，為最大增量領域；光伏及儲能預計增長至 2027 年4.58 億美元；此外軌道交通領域預計也會為功率器件市場貢獻超過 1 億美元的增量空間。（1）電動車領域新應用不斷出現，汽車廠商積極啟用碳化硅戰略）電動車領域新應用不斷出現，汽車廠商積極啟用碳化硅戰略 電動汽車行業是市場空間

28、巨大的新興市場，隨著電動汽車的發展，對功率半導體器件需求量日益增加。電動車規模上量 800V 高壓快充平臺，平臺搭載碳化硅共同發力。隨著續航問題逐漸成為電動車發展的重心，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 高壓快充平臺發展受重，推動汽車續航與整車效率提高。電動車加速滲透對汽車續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

29、代發展需求。新能源車銷量持續提升，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設施，全球新能源汽車的銷量和占比均在持續上升，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 13/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 硅晶圓的需求也在不斷提高，據集邦咨詢數據，預計到 2025 年，全球電動車市場對 6 英寸碳化硅晶圓的需

30、求為 169 萬片。（2）光電儲能領域中應用優勢明確，碳化硅器件滲透率快速提升）光電儲能領域中應用優勢明確，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，經過 40 多年的發展，轉換效率和功率密度等已接近理論極限?；诠杌骷膫鹘y逆變器成本約占系統 10%左右，卻是系統能量損耗的主要來源之一。碳化硅器件可應用于風電整流器、逆變器、變壓器，降低能損和提高效率的同時可以使得質量和成本分別減少25%和 50%。儲能產業鏈發展布局，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，社會對能源穩定性提出了更高要求，儲能成為解決能源波動性問題

31、和電力系統供需匹配問題的關鍵，具有巨大市場潛力，碳化硅儲能逆變器使系統效率提升 3%，功率密度提升 50%，并減少了無源器件的體積和成本，在儲能領域得以廣泛應用。根據 Trend Force 預測顯示，2021 年全球儲能新增裝機規模達 29.6GWh，2025 年有望達 362GWh。根據 IHS 預測，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模預計為 63GWh。14/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 需求預測：預計到 2025 年，全球風電、光伏、儲能總計新增裝機量將增長至 687GWh，對

32、應功率器件市場規模大約為 255 億元，SiC 功率器件滲透率 50%，對應等效 6 英寸晶圓需求量 89 萬片。假設至2025 年 6 英寸碳化硅晶圓 0.5 萬元/片，對應碳化硅晶圓市場空間 44.5 億元。2.供給缺口仍然廣闊，產業鏈迎來國產化良機供給缺口仍然廣闊，產業鏈迎來國產化良機（1）襯底制造難度大，海外巨頭壟斷供給）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，研發時間長，存在較高的技術門檻和人才門檻。目前，碳化硅晶片產業格局呈現美國全球獨大的特點。根據 Yole 數據，海外廠商占有全球碳化硅襯底產量的 86%以上，僅 Wolf speed 公司就占據了 45%的市

33、場份額，排名第二的 Rohm 公司也有 20%的市場份額，國內企業僅有天科合達和天岳先進分別占據了 5%和 3%。15/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 （2）供給缺口仍然廣闊，產業鏈迎來國產化良機）供給缺口仍然廣闊，產業鏈迎來國產化良機 據統計，2021 年全球碳化硅晶圓產能約為 40-60 萬片，有效產能僅 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。預計 2025 年，全球 6 英寸碳化硅晶圓產能預測約 242 萬片，全球 6 英寸碳化硅晶圓需求保守預測約為 365 萬片，其中車用碳

34、化硅晶圓需求占比約 60%，光伏、儲能等代表行業碳化硅晶圓需求占比約 40%，仍存在 123 萬片的供給缺口。面對下游應用領域擴張和客戶國產化需求的快速增長，國內相關企業正在積極布局擴產應對。目前國產碳化硅器件已成功進入多家整車廠的在售車型，如比亞迪半導體研發的 SiC MOSFET 功率器件已自供于比亞迪漢車型，斯達半導與 Cree 合作開發的 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的碳化硅主驅模塊也成功應用于旗下車型 Smart 精靈。未來隨著產能擴張和規模效應帶來的成本優勢，碳化硅產業鏈有望迎來國產化良機。16/25 2022 年年 8 月月 29 日日

35、行業行業|深度深度|研究報告研究報告 3.各環節技術壁壘高，國產替代正當其時各環節技術壁壘高，國產替代正當其時（1）碳化硅產業鏈環環緊扣，核心環節高度壟斷）碳化硅產業鏈環環緊扣，核心環節高度壟斷 以襯底和外延為核心，碳化硅產業鏈路徑明晰。碳化硅產業鏈主要分為襯底、外延、器件和應用四大環節，襯底材料是產業鏈的基礎，外延材料是器件制造的關鍵，器件是產業鏈的核心，應用是產業發展的動力。產業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，產業中游基于上游材料制成射頻器件、功率器件等器件，最終應用于下游 5G 通信、電動汽車、軌道交通等。其中，襯底和外延共占產

36、業鏈成本 60%，是產業鏈主要價值所在。目前，碳化硅供應鏈主要由 Wolf speed、英飛凌等海外廠商壟斷，呈現美歐日三足鼎立格局，但隨著我國第三代半導體產業的迅速發展，國產碳化硅產品已逐漸打入世界市場。17/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 （2）襯底為核心技術難點，國產化契機已至）襯底為核心技術難點，國產化契機已至 碳化硅襯底工藝復雜，制作難度大。但是襯底據主要價值量，但國內廠商占比低。SiC 襯底占據產業鏈主要價值量，占比 47%，預期未來隨著產能擴張和良率提升，有望降至 30%。SiC襯底分為導電型襯底和半絕緣型襯底，其中導電型襯底主要

37、應用于功率類場景，兩者的大部分市場份額均在海外廠商手中。2020 年全球導電型碳化硅襯底市場中，Wolf speed 一家獨占了 62%的市場份額，CR3 高達 89%，國內份額最大的企業天科合達僅占 4%。18/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 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，襯底材料作為產業鏈核心環節受制于技術難度大、生產周期長等因素，成為限制產業鏈產能的關鍵，海內外廠商均重點規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能以鞏固優勢地位，Wolfspeed 全球首座、最大且唯一的 8 英寸碳化

38、硅晶圓廠已投入生產，此外，Wolfspeed 投資 10 億美元建造采用最先進技術的自動化 8 英寸碳化硅生產工廠和材料超級工廠，預計 2024 年完工后將帶來 30 倍產能擴充。II-VI 將在美國伊斯頓建設約 30 萬平方英尺的工廠以擴大 6 英寸和 8 英寸襯底和外延產量，預計 6 英寸襯底在2027 年前產能達 100 萬片/年，計劃 8 英寸襯底在 2024 年投入量產。國內廠商潛心研發奮起直追不斷提升市場地位，天岳先進投資 20 億元建設上?！疤蓟璋雽w材料項目”，聚焦于 6 英寸導電型碳化硅襯底材料生產，計劃于 2026 年達產且達產產能為 30 萬片/年，目前，天岳先進已獲得

39、 13.93 億元的導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，計劃達產產能為 24 萬片/年，目前，露笑科技已獲得超 15 萬片襯底需求。19/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 （3）外延質量對器件影響大，中國企業相繼布局）外延質量對器件影響大，中國企業相繼布局 高壓領域控制難，質量對器件影響較大。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。20/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 外延設備國外壟斷，中企入

40、局晶片生產。外延設備被行業四大龍頭企業 Axitron、LPE、TEL 和 Nuflare所壟斷，中國 SiC 外延技術發展起步較晚，難以進入技術壁壘較高的外延設備領域，故以外延晶片生產為主要切入方向。目前，碳化硅外延晶片市場呈現出雙寡頭壟斷格局，海外廠商占據主要市場。外延占 SiC 產業鏈主要價值，各廠商加大投入打響產能爭奪戰。國外壟斷廠商 wolfspeed 購買 Aixtron外延設備，投資超 10 億美金以期擴大 SiC 晶圓生產產能。為縮小技術差距并搶占市場份額，中國廠商緊跟國際前沿技術加速布局。目前中國超過數十家已布局規劃 SiC 外延晶片的生產，據報道，天域半導體計劃購置 94.

41、7 畝建設碳化硅外延材料研發及產業化項目，聚焦于 6 英寸和 8 英寸碳化硅外延晶片生產線建設，預計 2025 年實現營收 8.7 億元，計劃 2028 年項目達產且達產產能 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，計劃 2023 年達產且達產產能為 20 萬片/年，預計達產可實現產值 24 億元，同時將繼續建設三期項目，計劃產能達 140 萬片/年。21/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告（4）寬禁帶半導體帶來新的挑戰，封裝技術迭代升級）寬禁帶半導體帶來新的挑戰，封裝技術迭代升級 傳統封裝基于硅基，三代半導體

42、材料具有全新設計。若將傳統硅基封裝結構用于寬禁帶半導體功率器件時，會在頻率、散熱、可靠性等方面帶來新的問題與挑戰。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 功率芯片的開關速度更快，這會對驅動電壓的波形帶來過沖和震蕩，引起開關損耗的增加，嚴重時甚至會引起功率器件的誤開關。此外 SiC 功率器件工作溫度更高，對散熱的要求也更高。寬禁帶半導體功率封裝領域研發出多種不同結構。傳統 Si 基功率模塊封裝不再適用。針對傳統 Si 基功率模塊封裝存在寄生參數過高，散熱效率差的問題，SiC 功率模塊封裝在結構上采用了無引線互連（wireless interconnection）

43、和雙面散熱（double-side cooling）技術，同時選用了導熱系數更好的襯底材料，并嘗試在模塊結構中集成去耦電容、溫度/電流傳感器以及驅動電路等，研發出了多種不同的模塊封裝技術。22/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 （5）器件價差縮小，國產加速替代）器件價差縮小，國產加速替代 器件制造存在技術壁壘，生產成本高。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構所得。其中，SiC 功率器件主要包括 SiC 二

44、極管、SiC 晶體管和 SiC 功率模塊。受制于上游材料生產速度慢、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難度。23/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 溝槽型碳化硅功率器件具有更大制造難度。根據器件結構的不同，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，但易產生 JFET 效應，具有較高的寄生電容和通態電阻。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，具有更復雜的制作工藝，但溝槽結構有利于增加器件單位密度，不易產生 JFET 效應，有利于

45、解決溝道遷移率低等問題，具有導通電阻小、寄生電容小、開關能耗低等優良性能，具有顯著的成本優勢和性能優勢，已成為碳化硅功率器件發展的主流方向。價差縮小，SiC 加速替代。根據 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，構成正向循環。國內企業逐步切入，器件存在突圍機會。隨著技術突破和成本的下降，SiC 功率器件市場規?？焖偕仙?。因為 SiC 器件對穩定性要求較高，需要較長的驗證周期，因此中國廠商切入進程較慢，還未形成一定規模的市占率，但存在國產廠商如士蘭微、

46、斯達、華潤微、安世等已實現器件規模生產并在功率 MOSFET、IGBT 單管、IGBT 模塊等部分領域躋身全球前十。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，海內外積極投資擴產供需缺口不斷擴大，海內外積極投資擴產 隨著碳化硅器件在工業、汽車、光伏等各領域不斷滲透，碳化硅器件的市場需求不斷擴大，具有巨大市場發展潛力，各廠商加大投資投產進程以搶占市場先機。24/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 七、七、發展前景發展前景 25/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 1

47、.政策利好行業發展政策利好行業發展 近年來從國家到地方相繼制定了一系列產業政策來推動碳化硅襯底產業的發展。中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和 2035 年遠景目標綱要提出集中電路設計工具、重點裝備和高純靶材等關鍵材料研發，集中電路先進工藝和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、微機電系統（MEMS）等特色工藝突破，先進存儲技術升級，碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體發展。2.新能源汽車爆發帶動行業發展新能源汽車爆發帶動行業發展 汽車動力系統在發生三大變化，動力來源從內燃機演變為電動機，功率半導體材料從硅轉向碳化硅，碳化硅在 800V 主電機控制器應用是大勢所趨。目前整個車規級碳化硅行業發展

48、前景非常好，碳化硅需求井噴式的爆發，廣州、深圳等很多地方都在發展碳化硅產業。3.產業鏈逐步完善帶動行業發展產業鏈逐步完善帶動行業發展 不斷突破襯底材料、外延、芯片和封裝測試瓶頸，開發新工藝和新技術，加速實現 6 英寸 SiC 襯底和外延材料的產業化轉移，降低材料的缺陷密度、提高產品良率和降低成本。推動建設國際一流的 SiC 和Foundry，加速建設能夠充分發揮第三代半導體材料和器件性能的先進封裝線。參考資料參考資料 1.興業證券-碳化硅行業深度報告：多應用驅動供給缺口巨大，碳化硅產業鏈加速國產替代 2.海通證券-通信行業深度研究：碳化硅，冉冉升起的第三代半導體 3.浙商證券-碳化硅行業深度報告：碳化硅襯底，新能源車+光伏需求即將興起，國產替代有望突破 4.中商產業研究院-2022 年中國碳化硅行業市場前景及投資研究報告 免責聲明：以上內容僅供學習交流，不構成投資建議?；鄄┗鄄┕倬W官網：https:/https:/ 電話：電話：400400-806806-18661866 郵箱：郵箱：