1、2022年中國SiC碳化硅器件行業深度研究報告CONTENTSCONTENTS目錄第一章 碳化硅器件行業概況碳化硅器件行業定義分類碳化硅器件行業政策碳化硅器件行業發展歷程中國碳化硅器件行業產業鏈碳化硅器件行業市場規模050609101114全球碳化硅器件行業市場規模中國碳化硅器件行業市場規模1415中國碳化硅器件行業競爭格局中國碳化硅器件行業發展的機會和挑戰1617第二章 碳化硅器件行業技術情況碳化硅器件行業國內外技術差距碳化硅器件擴大應用技術難點碳化硅器件行業降低成本技術路徑19202127第三章 產業鏈上游襯底襯底定義與分類全球碳化硅襯底市場規模國內外襯底差距襯底競爭格局襯底發展趨勢中國襯

2、底產能布局和規劃28293031323334第四章 產業鏈上游外延36碳化硅外延業定義分類37碳化硅外延片制作方法38CVD法制作碳化硅外延技術路線39碳化硅外延技術進展40碳化硅外延制作設備41碳化硅外延成本與價格42碳化硅外延產能布局43第六章 產業鏈下游終端應用53碳化硅器件用途54導電型器件應用55半絕緣型器件應用58第五章 產業鏈中游器件制造44碳化硅器件設計45碳化硅器件制造47碳化硅器件封測48碳化硅器件產能布局49第七章 行業企業59株洲中車時代電氣股份有限公司60嘉興斯達半導體股份有限公司61無錫新潔能股份有限公司62山東天岳先進科技股份有限公司63廣東天域半導體股份有限公司

3、64名詞解釋SiC、碳化硅：SiliconCarbide，碳和硅的化合物，一種寬禁帶半導體材料，俗稱第三代半導體材料之一。GaN、氮化鎵：GalliumNitride三代半導體材料之一。晶片、襯底、拋光片：沿特定的結晶方向將晶體切割、研磨、拋光，得到具有特定晶面和適當電學、光學和機械特性，用于生長外延層的潔凈單晶圓薄片。外延片：在晶片的基礎上，經過外延工藝生長出特定單晶薄膜，襯底晶片和外延薄膜合稱外延片。如果外延薄膜和襯底的材料相同，稱為同質外延；如果外延薄膜和襯底材料不同，稱為異質外延。芯片：在半導體外延片上進行浸蝕、布線，制成的能實現某種功能的半導體器件。射頻器件：利用射頻技術形成的一類元

4、器件，常用于無線通信等領域。HEMT：HighElectronMobilityTransistor，高電子遷移率晶體管，是一種異質結場效應晶體管微波器件：工作在微波波段（頻率為300300，000兆赫）的器件。通過電路設計，微波器件可組合成各種有特定功能的微波電路，用于雷達、電子戰系統和通信系統等電子裝備。功率器件：用于電力設備的電能變換和控制電路的分立器件，也稱電力電子器件。肖特基二極管：SchottkyBarrierDiode，即肖特基勢壘二極管，利用金屬與半導體接觸形成的金屬-半導體結原理制作的一種熱載流子二極管，也被稱為金屬-半導體（接觸）二極管或表面勢壘二極管。二極管：用半導體材料制

5、成的一種功率器件，具有單向導電性能，應用于各種電子電路中，實現對交流電整流、對調制信號檢波、限幅和鉗位以及對電源電壓的穩壓等多種功能。MOSFET：Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金屬氧化物半導體場效應晶體管，是一種可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的場效晶體管。IGBT：InsulatedGateBipolarTransistor種電力電子行業的常用半導體開關器件的縮寫，即絕緣柵雙極性晶體管。逆變器：把直流電能轉變成定頻定壓或調頻調壓交流電的轉換器。名詞解釋禁帶：在能帶結構中能態密度為零的能量區間，常用來表示價帶和導帶之間的能量范

6、圍。禁帶寬度的大小決定了材料是具有半導體性質還是具有絕緣體性質。第三代半導體因具有寬禁帶的特征，又稱寬禁帶半導體。電子漂移速率：電子在電場作用下移動的平均速度。飽和電子漂移速率：電子漂移速率達到一定范圍后，不再隨著電場作用而繼續增加的極限值。熱導率：物質導熱能力的量度，又稱導熱系數。擊穿電場強度：電介質在足夠強的電場作用下將失去其介電性能成為導體，稱為電介質擊穿，所對應的電場強度稱為擊穿電場強度。微管：碳化硅晶片的一種缺陷，是晶片中延軸向延伸且徑向尺寸在一微米至十幾微米的中空管道。導通電阻：半導體器件導通后兩端電壓與導通電流之比，是器件的重要參數，理想的半導體器件導通電阻應為零。長晶爐：晶體生

7、長爐。PVT法：PhysicalVaporTransportation，物理氣相傳輸法，一種常見的碳化硅晶體生長方法。CVD法：化學氣相沉積法，一種晶體和外延生長方法。光電器件：根據光電效應制作的器件，主要種類包括光電管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池、光電耦合器件等。轉換器：將一種信號轉換成另一種信號的裝置。OBC：On-boradCharger，車載充電器。行業概述碳化硅器件是指以碳化硅為原材料制成的器件行業定義與分類SiC碳化硅是由碳元素和硅元素組成的一種化合物半導體材料，是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一。相比傳統的硅材料（Si），碳化硅（SiC）的禁帶寬度是硅

8、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。碳化硅原材料核心優勢體現在：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，帶來更小尺寸的產品設計和更高的效率；2)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：SiC相較硅擁有更高的熱導率，能在更高溫度下工作。定義：SiC碳化硅器件是指以碳化硅為原材料制成的器件，按照電阻性能的不同分為導電型碳化硅功率器件和半絕緣型碳化硅基射頻器件。功率器件又被稱為電力電子器件，是構成電力電子變換裝

9、置的核心器件。電力電子器件是對電能進行變換和控制，所變換的“電力”功率可大到數百MW甚至GW，也可以小到數W甚至1W以下。電力電子裝置正是實現電能高質量高效轉換、多能源協調優化、弱電與強電之間控制運行、交流與直流之間能量互換、自動化高效控制等的重要手段，也是實現節能環保、提高電能利用效率的重要保障。射頻器件在無線通訊中扮演信號轉換的角色，是無線通信設備的基礎性零部件，主要包括功率放大器、濾波器、開關、低噪聲放大器、雙工器等。第一代半導體第二代半導體第三代半導體半導體材料SiGeGaAsGaN4H-SiC6H-SiC3C-SiCALN禁帶寬度（eV）1.120.671.433.373.2632.

10、26.2能帶類型間接間接直接直接間接間接間接間接擊穿場強（MV/cm）0.30.10.0653531.4電子遷移率（cm2/Vs）1350390085001250800400800300空穴遷移率（cm2/Vs）48019004002001159032014熱導率（W/cm*K）1.30.580.5524.94.93.62.85相比傳統的硅材料（Si），碳化硅（SiC）各項性能指標優勢明顯碳化硅制成的功率器件根據電學性能差異分成兩類，不同的器件具有不同應用范圍行業定義與分類導電型碳化硅功率器件主要是通過在導電型襯底上生長碳化硅外延層，得到碳化硅外延片后進一步加工制成，品種包括造肖特基二極管、M

11、OSFET、IGBT等，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。性能優勢如下：（1）更強的高壓特性。碳化硅的擊穿電場強度是硅的10余倍，使得碳化硅器件耐高壓特性顯著高于同等硅器件。（2）更好的高溫特性。碳化硅相較硅擁有更高的熱導率，使得器件散熱更容易，極限工作溫度更高。耐高溫特性可以帶來功率密度的顯著提升，同時降低對散熱系統的要求，使終端可以更加輕量和小型化。（3）更低的能量損耗。碳化硅具有2倍于硅的飽和電子漂移速率，使得碳化硅器件具有極低的導通電阻，導通損耗低；碳化硅具有3倍于硅的禁帶寬度，使得碳化硅器件泄漏電流比硅器件大幅減少，從而降低功率損耗；碳化硅器件在關斷過程

12、中不存在電流拖尾現象，開關損耗低，大幅提高實際應用的開關頻率。半絕緣型碳化硅基射頻器件是通過在半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層，制得碳化硅基氮化鎵外延片后進一步制成，包括HEMT等氮化鎵射頻器件，主要用于5G通信、車載通信、國防應用、數據傳輸、航空航天。碳化硅、氮化鎵材料的飽和電子漂移速率分別是硅的2.0、2.5倍，因此碳化硅、氮化鎵器件的工作頻率大于傳統的硅器件。然而，氮化鎵材料存在耐熱性能較差的缺點，而碳化硅的耐熱性和導熱性都較好，可以彌補氮化鎵器件耐熱性較差的缺點，因此業界采取半絕緣型碳化硅做襯底，在襯底上生長氮化鎵外延層后制造射頻器件。襯底導電型N型襯底（摻雜氮N）P型襯底（摻雜鋁

13、AI）SiC外延（摻雜氮N）導電型碳化硅功率器件耐高溫、耐高壓絕緣型高純襯底摻雜襯底（摻雜釩）GaN外延（摻雜氮N）半絕緣型碳化硅基射頻器件 具有降低能耗、提升可靠性、縮小系統體積。提升系統性能等優勢。用于新能源汽車、軌道交通、光伏發電、智能電網、航空航天等領域市場規模龐大?？芍圃斐鯪溝道IGBT，有著比P溝道IGBT更優越的導通特性和開關特性，因此在電力轉換時，開關損耗更小，在超高壓功率電子領域有廣闊應用前景。技術難度大、成本高，難以實現量產。用于5G通訊、雷達、國防軍工等領域電阻率較高不導電碳化硅的主要器件形式及應用碳化硅器件廣泛應用于新能源汽車、光伏發電、5G通訊等領域行業定義與分類半絕

14、緣型碳化硅基射頻器件以半絕緣型碳化硅襯底經過異質外延制備而成，主要面向通信基站以及雷達應用的功率放大器。碳化硅基氮化鎵射頻器件已成功應用于眾多領域，以無線通信基礎設施和國防應用為主。無線通信基礎設施方面，5G具有大容量、低時延、低功耗、高可靠性等特點，要求射頻器件擁有更高的線性和更高的效率。相比砷化鎵和硅基LDMOS射頻器件，以碳化硅為襯底的氮化鎵射頻器件同時具有碳化硅良好的導熱性能和氮化鎵在高頻段下大功率射頻輸出的優勢，能夠提供下一代高頻電信網絡所需要的功率和效能，成為5G基站功率放大器的主流選擇。在國防軍工領域，碳化硅基氮化鎵射頻器件已經代替了大部分砷化鎵和部分硅基LDMOS器件，占據了大

15、部分市場。對于需要高頻高輸出的衛星通信應用，氮化鎵器件也有望逐步取代砷化鎵的解決方案。導電型碳化硅功率器件主要應用于電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通等領域，具體情況如下：導電型碳化硅功率器件應用及優勢應用領域優勢電動汽車/充電樁“三電”（即電池、電驅、電控）是電動汽車的主要組成部分，從電池的充放電再到電力驅動汽車行走，整個系統中對于電力控制以及電力轉換有著很高的需求，同時隨著電動汽車的發展對電力電子功率驅動系統提出了更輕、更緊湊、更高效、更可靠的要求。而碳化硅優良的物理性能可以使芯片尺寸更小、效率更高，更加耐高溫，可以應用在電動汽車的功率控制單元（PCU）、逆變器、車載充電器中。以SiC

16、基MOSFET器件在逆變器中的應用為例，通常電池輸出的是直流電，需要通過逆變器將其轉換成交流電后驅動感應電機，進而帶動車輪轉動，這一過程中交流電的頻率、轉換效率、等都會直接影響到電動汽車的續航里程，和傳統方案相比，SiC在縮減體積的基礎上，提升了電能的轉換效率，提升電動汽車的續航里程。光伏新能源光伏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。碳化硅器件具有低損耗、高開關頻率、高適用性、降低系統散熱要求等優點。使用碳化硅功率器件的光伏逆變器在系統轉換效率方面能夠很好的保持在96%以上，甚至可以達到99%，在能量損耗以及設備使用壽命方面也得到了不同程度的優化。軌

17、道交通碳化硅功率器件在軌道交通行業得到重要應用。未來軌道交通對電力電子裝置，比如牽引變流器、電力電子電壓器等提出了更高的要求。采用碳化硅功率器件可以大幅度提高這些裝置的功率密度和工作效率，將有助于明顯減輕軌道交通的載重系統。目前，受限于碳化硅功率器件的電流容量，碳化硅混合模塊將首先開始替代部分硅IGBT模塊。碳化硅制成的功率器件在新能源汽車、光伏發電、軌道交通、5G通訊等領域具有明顯的優勢。國家大力支持第三代半導體碳化硅（SiC）的蓬勃發展行業政策日期相關活動政策2021.088月14日，工信部宣布將SiC（SiC）復合材料、碳基復合材料等納入“十四五”產業科技創新相關發展規劃2021.05國

18、家科技體制改革和創新體系建設領導小組第十八次會議召開，會上討論了面向后摩爾時代的集成電路潛在顛覆性技術2021.03新華網刊登了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，其中“集成電路”領域，特別提出SiC、氮化鎵等寬禁帶半導體即第三代半導體要取得發展。2020.07國務院發文新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策中指出，國家鼓勵集成電路企業，自獲利年度起，第一年至第二年免征企業所得稅，第三年至第五年按照25%的法定稅率或減半征收企業所得稅2019.12國務院在長江三角洲區域一體化發展規劃綱要中明確要求加快培育布局第三代半導體產業，推動制造業高質量

19、發展2019.11工信部印發重點新材料首批次應用示范指導目錄，其中GaN單晶襯底、功率器件用GaN外延片、SiC外延片，SiC單晶襯底等第三代半導體產品進入目錄2019.06商務部及發改委在鼓勵外商投資名單中增加了支持引進SiC超細粉體外商企業2016.07國務院推出了關于印發“十三五”國家科技創新規劃的通知，其中首次提到要加快第三代半導體芯片技術與器件的研發近年來，國家陸續出臺政策文件，大力支持行業發展，鼓勵企業深入布局，第三代半導體碳化硅（SiC）蓬勃發展。國家持續出臺相關政策支持第三代半導體發展，2016年7月，國務院關于印發“十三五”國家科技創新規劃的通知明確發展第三代半導體芯片；20

20、19年11月工信部將第三代半導體產品寫入重點新材料首批次應用示范指導目錄，2019年12月，在長江三角洲區域一體化發展規劃綱要中明確要求加快培育布局第三代半導體產業，推動制造業高質量發展；2020年7月為鼓勵企業積極發展集成電路，國家減免相關企業稅收；2021年3月，十四五規劃中特別提出第三代半導體要取得發展；2021年8月，工信部將第三代半導體納入“十四五”產業科技創新相關發展規劃。中國與碳化硅行業相關的政策與活動萌芽期培育期發展期自1824年J.J.Berzelius首次發現SiC材料后，至今已200年歷史。但是SiC材料走出實驗室始于CREE（現Wolfspeed）開展SiC商用生產線，

21、SiC材料呈現加速成長趨勢。1987年Gree（Wolfspeed）建立第一條Sic商用生產線1998年Gree推出GaN-on-Sic新產品2001年第一個商用SICSBD2005年Gree產業化生產4英寸SIC襯板2006年Si/SiC混合功率模塊問世SiC材料及器件發展歷程2008年Semisouth發布第一個增強型SiCFETTranSiC發布SICBJT2011年Rohm生產SICMOSFETGree推出SICMOSFET2012年Infineon發布1200VSiCJEFTGree啟動6英寸SiC襯底量產2014年Gree發布27KVSiCIGBT2015年-展示8英寸晶圓Rohm

22、量產1200V/180A全SiC模塊ST推出5mm6mm雙面散熱微型封裝汽車級SiCMOSFET2018年Rohm推出高溫環境下可靠性1700V功率模塊2019年Rohm推出內置1700VSiCMOSFET的AC/DC轉接器IC2020年特斯拉宣布電驅電控采用STSIC模塊2017年最早商業化碳化硅產品的是美國的CREE（現Wolfspeed）公司行業發展歷程碳化硅從材料到半導體功率器件大概經歷了單晶生長、晶錠切片、外延生長、晶圓設計、制造、封裝等工藝流程行業產業鏈(1)襯底是最核心的環節。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

23、點在提升良率。外延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。從工藝流程上看，碳化硅一般是先被制作成晶錠，然后經過切片、打磨、拋光得到碳化硅襯底；襯底經過外延生長得到外延片。外延片經過光刻、刻蝕、離子注入、沉積等步驟制造成器件。將晶圓切割成die，經過封裝得到器件，器件組合在一起放入特殊外殼中組裝成模組。碳化硅產業鏈主要包括襯底、外延、器件設計、制造、封測等環節行業產業鏈(2)輔助產業上游襯底（47%）和外延（23%）中游器件制造（20%）下游終端應用碳化硅晶片導電型半絕緣型碳化硅外延氮化鎵外延功率器件微波射頻器件新能源汽車，家電，工業等交通航運風力，太陽能5G通訊等長電科技通富微電華

24、天科技芯聚能忱芯科技基本半導體三安光電天科合達、中電化合物泰科天潤、時代電氣、華潤微、士蘭微、揚杰科技、聞泰科技、瞻芯、中科漢韻、燕東微電子天岳先進爍科晶體同光晶體露笑科技東尼電子超芯星南砂晶圓世紀金光、中電科55所、中電科13所、民德電子廣東天域瀚天天成普興電子國盛電子百識電子嘉晶電子APS瀚薪派恩杰愛仕特清純半導體基本半導體積塔長飛先進寬能漢磊產業鏈包括上游是襯底和外延、中游是器件和模塊制造，下游是終端應用。產業鏈價值量倒掛，其中襯底制造技術壁壘最高、價值量最大，是未來SiC大規模產業化推進的核心。襯底封測設備外延設計制造應用泰科天潤（充電樁）比亞迪（新能源汽車）北京科諾偉業（光伏，風力發

25、電）中車時代電氣（動車，軌道交通）國家電網全球互聯網研究院（電力系統）北方華創晶盛機電中微公司芯源微納設智能意大利LPE德國Aixtron日本Nuflare中電13所天科合達天岳先進碳化硅產業鏈價值集中于上游襯底和外延環節行業產業鏈(3)從最上游的碳粉、硅粉制備成碳化硅圓晶，再進行外延，最后制備成SBD、MOSFET、IGBT等器件，圓晶及外延是整個環節最關鍵的一環。他決定著上游原材料制備的方式及相關參數，同時也決定著下游器件的性能。碳化硅襯底約占碳化硅器件成本的47%，外延環節又占據23%，制造前的成本占據全部成本的70%。而對于Si基器件來說，晶圓制造占據50%的成本，硅片襯底僅占據7%的

26、成本，碳化硅器件上游襯底和外延價值量凸顯。由于碳化硅襯底及外延價格相對硅片較為昂貴，碳化硅功率器件現階段滲透率較低。然而，由于碳化硅器件高效率、高功率密度等特性，新能源汽車、能源、工業等領域的強勁需求有望帶動碳化硅滲透率快速提升。襯底和外延成本占比高達70%，遠高于硅基襯底，導致碳化硅功率器件滲透率較低。硅基器件的成本結構碳化硅器件成本結構數據來源：CASA，TelescopeMagazine，億渡數據整理襯底,47%外延,23%前段,19%其他,5%研發費用,6%晶圓制造設備/工藝,50%能效維護,19%襯底,7%其他原材料,24%8.9710.4912.1714.1816.5419.302

27、2.220.005.0010.0015.0020.0025.002020年2021年2022E2023E2024E2025E2026E4.005.807.8010.9014.7219.7226.2335.4047.0962.970.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.002018年 2019年 2020年 2021年2022E2023E2024E2025E2026E2027E2027年全球碳化硅器件市場規模有望超過80億美元行業市場規模(1)2027年全球導電型碳化硅功率器件市場規模有望突破60億美元。根據Yole，2027年全球導電型碳化硅功率器件市場規模將

28、由2021年的10.90億美元增至62.97億美元，2021-2027年每年以34%年均復合增長率快速增長。汽車應用主導SiC市場，占整個功率SiC器件市場的75%以上。未來隨著碳化硅器件在新能源汽車、能源、工業、通訊等領域滲透率提升，碳化硅器件市場規模有望持續提升。隨著5G建設的加速，半絕緣型碳化硅器件市場有望持續增長。半絕緣型碳化硅器件主要用于5G基站、衛星通信、雷達等方向，隨著5G建設的加速，尤其是MassiveMIMO技術的推廣，半絕緣型碳化硅基氮化鎵器件市場規模將不斷擴大。根據YOLE的數據，2020年封裝的氮化鎵射頻器件市場規模約為8.91億美元，其中超過99%都是采用碳化硅襯底，

29、到2026年，這部分市場規模有望增長至22.22億美元，年復合增速17%。2021年、2027年導電型碳化硅功率器件市場規模變化單位：億美元數據來源：YOLE，億渡數據2020年、2026年半絕緣型碳化硅基射頻器件市場規模變化單位：億美元CAGR：17%CAGR：34%2021年中國碳化硅功率器件應用市場規模達到71.1億元行業市場規模(2)碳化硅器件可大幅降低能耗及可耐高壓高頻，被廣泛應用在電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通及智能電網領域，隨著5G，新能源汽車，光伏發電和軌道交通的發展，碳化硅器件市場規模將快速增長。2017-2021年，中國碳化硅基電力電子器件應用市場快速增長。2021

30、年中國碳化硅電力電子器件應用市場規模達到71.1億元，同比增長51.9%。在中高壓領域，碳化硅基電力電子器件將繼續滲透，新能源汽車仍將是最大應用領域。在低壓、小功率電源領域，包括LED驅動電源、電動工具電源、消費電源、D類音頻，GaN電力電子器件將是主角，成為驅動市場的新力量；在中壓領域，GaN、SiC電力電子器件在數據中心服務器、路由器和網絡交換機中的應用正呈現不斷增長的趨勢。2017-2021中國碳化硅功率器件應用市場規模單位：億元數據來源：CASA，億渡數據18.52924.6346.871.1010203040506070802017年2018年2019年2020年2021年2021年

31、中國碳化硅功率器件應用市場結構新能源汽車,40%風力發電,6.50%機車牽引,12%光伏逆變器,15.50%工業機電,1%消費類電源,19%不間斷電源UPS,3.50%其它,2.50%導電型碳化硅功率器件市場集中度高CR6高達99%行業競爭格局全球碳化硅器件市場格局仍由海外巨頭主導。根據Yole的數據，2021年全球導電型碳化硅功率器件市場規模為10.90億美元，市場份額由海外巨頭意法半導體、Wolfspeed、羅姆、英飛凌、三菱電機、安森美等廠商壟斷，全球TOP6占據99%的市場份額。碳化硅器件行業市場空間廣闊，全球巨頭紛紛規劃大規模擴產。Wolfspeed在紐約州北部開始運營新的8英寸Si

32、C晶圓廠。博世正在德國增加近40000平方英尺的新SiC專用潔凈室。Rohm在日本開設了一家新工廠，目標是在未來五年內將SiC制造量提高5倍。英飛凌剛剛開始在馬來西亞建設新的SiC工廠。東芝計劃到2024年將SiC產量提高3倍，到2026年提高10倍。未來隨著全球巨頭產能擴張，碳化硅器件有望加速應用于下游市場。在碳化硅器件領域，歐美日企業領先，全球前6大廠商市占率達到99%2021年全球導電型碳化硅功率器件廠商排名2021年全球導電型碳化硅功率器件市場競爭格局數據來源：Yole，億渡數據整理排名地區公司2020營收（百萬美元）2021營收（百萬美元）同比1歐洲意法半導體29045055%2歐洲

33、英飛凌110248125%3北美Wolfspeed10816553%4日本羅姆1031085%5北美安森美557842%6日本三菱電機26288%意法半導體,41%英飛凌,23%Wolfspeed,15%羅姆,10%安森美,7%三菱電機,3%其它,1%行業發展存在的機會和挑戰(1)巨大的市場需求、持續下行的成本、技術自主可控的迫切需求和政府政策支持將使行業迎來發展契機。碳化硅（SiC）行業發展存在的挑戰由于晶體生長速率慢、制備技術難度較大，大尺寸、高品質碳化硅襯底生產成本依舊較高，碳化硅襯底較低的供應量和較高的價格一直是制約碳化硅器件大規模應用的主要因素之一，限制了產品在下游行業的應用和推廣。

34、雖然碳化硅襯底和器件工藝逐漸成熟，襯底和器件的價格呈一定下降趨勢，但是目前碳化硅功率器件的價格仍數倍于硅基器件，下游應用領域仍需平衡碳化硅器件的高價格與碳化硅器件優越性能帶來的綜合成本下降間的關系，短期內一定程度上限制了碳化硅器件在功率器件領域的滲透率，使得碳化硅材料即使在部分相對優勢領域的大規模應用仍存較大挑戰。碳化硅襯底制備成本高半導體材料行業屬于典型技術密集型行業，對于技術人員的知識背景、研發能力及操作經驗積累均有較高要求，國內在高端技術和人才方面與國外龍頭企業尚存在差距?？s小技術差距，需要靠國內企業和研究機構持續投入研發，完成前期技術積累工作。國際巨頭科銳公司成立于1987年，于199

35、3年在美國納斯達克上市，貳陸公司成立于1971年，于1987年在美國納斯達克上市，相比于國際巨頭具有數十年的研發和產業化經驗，中國由于研發起步較晚，業內人才和技術水平仍然較為缺乏，在一定程度上制約了行業的快速發展。高端技術和人才缺乏碳化硅器件屬于寬禁帶半導體，寬禁帶半導體的軍事用途使得國外對中國實行技術和產品禁運和封鎖。寬禁帶半導體是有源相控陣雷達、毫米波通信設備、激光武器、“航天級”固態探測器、耐超高輻射裝置等軍事裝備中的核心組件，因而受到國際上瓦森納協定的出口管制，并且對外收購相關企業也會受到西方發達國家的嚴格審查。技術封鎖導致國內企業難以通過外延式收購進行發展。國外技術封鎖國內碳化硅襯底

36、廠商天岳先進和天科合達良率約為50%，而國外巨頭Wolfspeed的良率已達85%，良率偏低造成材料大量浪費，有效產能較低，最終導致襯底價格居高不下，最終導致碳化硅半導體功率器件價格遠高于硅基半導體器件，在終端滲透緩慢。良率低也是阻礙行業發展的因素之一。產品良率低外延設備國產化率低外延環節技術壁壘相對較高，對第三方廠商成熟設備具有較強依賴性。目前外延設備主要由意大利LPE公司、德國Aixtron公司、日本Nuflare公司壟斷，占據全球87%左右市場空間。國內相關設備廠商市場占有率低，并且國產外延爐廠家多以單腔、水平氣流、手動設備為主，月產能約為300500片，還需驗證設備工藝以及外延工藝，這

37、也制約了行業發展。行業發展存在的機會和挑戰(2)巨大的市場需求、持續下行的成本、技術自主可控的迫切需求和政府政策支持將使行業迎來發展契機。碳化硅（SiC）行業發展存在的機遇隨著碳化硅器件在5G通信、電動汽車、光伏新能源、軌道交通、智能電網等行業的應用，碳化硅器件市場需求迅速增長，全球碳化硅行業呈現產能供給不足的情況。為了保證襯底供給，滿足以電動汽車為代表的客戶未來的增長需求，各大 廠 商 紛 紛 開 始 擴 產。據CASAResearch整理，2019年有6家國際巨頭宣布了12項擴產，主要為襯底產能的擴張，其中最大的項目為科銳公司投資近10億美元的擴產計劃，分別在北卡羅來納州和紐約州建造全新的

38、可滿足車規級標準的8英寸功率和射頻襯底制造工廠。隨著下游市場的超預期發展，產業鏈的景氣程度有望持續向好，碳化硅襯底產業也將直接受益。碳化硅市場需求旺盛2019年是碳化硅產業快速發展的關鍵年份。與同類硅基產品相比，雖然碳化硅器件價格仍然較高，但是由于其優越的性能及價格持續走低，其綜合成本優勢逐漸顯現，客戶認可度持續提高。行業正在通過多種措施降低碳化硅器件成本：在襯底方面，通過增大碳化硅襯底尺寸、升級制備技術、擴大襯底產能等，共同推動碳化硅襯底成本的降低；在制造方面，隨著市場的開啟，各大器件供應商擴產制造，隨著規模擴大和制造技術不斷成熟，也帶來制造成本的降低；未來碳化硅器件的價格有望持續下降，其行

39、業應用將快速發展。碳化硅器件成本下行行業應用的替代前景向好由于寬禁帶半導體的軍事用途使得國外對中國實行技術禁運和封鎖，國內碳化硅產業的持續發展對核心技術國產自主化、實現供應鏈安全可控提出了迫切的需求。自主可控趨勢加速了寬禁帶半導體器件的國產化替代進程，為寬禁帶半導體行業帶來了發展新機遇。在寬禁帶半導體領域，下游應用企業已在調整供應鏈，支持國內企業。數家國內寬禁帶半導體企業的上中游產品陸續獲得了下游用戶驗證機會，進入了多個關鍵廠商供應鏈，逐步開始了以銷促產的良性發展。寬禁帶半導體技術自主可控勢在必行近年來從國家到地方相繼制定了一系列產業政策來推動寬禁帶半導體產業的發展。2020年8月，國務院印發

40、新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策，提出聚焦高端芯片、集成電路裝備等關鍵核心技術研發，在新一代半導體技術等領域推動各類創新平臺建設；2021年3月，十三屆全國人大四次會議通過的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，提出要大力發展碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體產業。此外，上海、廣東、湖南、山東等多省市均出臺了相關政策支持碳化硅等半導體產業發展。中國碳化硅行業迎來了發展契機。積極的寬禁帶半導體產業政策行業技術情況國內外技術差距與國外企業相比，國內企業從材料到產能、到尺寸到器件應用上都與國外存在一定差距，這導致國內碳化硅企業整體競爭力低于國外企業。

41、國內碳化硅企業與國外存在明顯發展差距國內外技術差距對比國外國內村底6英寸：2015年產業化；向8英寸轉移4英寸：大批量生產；向6英寸轉移外延85%30um：質量控制良好30um：缺陷密度偏高器件二極管：批量生產二極管：批量生產MOSFET：三代技術MOSFET：少量實現產業化封裝高溫封裝材料與專用設備關鍵封裝材料與設備尚未國產先進封裝結構沿用硅基封裝結構可靠性車規級測試經驗豐富測試經驗少，設備認可度不高測試標準尚在摸索測試方法尚在摸索中應用電動車、新能源發電等批量應用少數行業開始滲透、尚未批量應用大容量、高頻電力電力應用預研開發大容量高頻電力電子應用預研開發生態產業鏈各環節閉環反饋產業鏈各環節

42、條塊分割研發與產業化加速缺乏IDM龍頭企業受制于碳化硅長晶速度、加工難度及缺陷密度，碳化硅的成本一直居高不下，成本成為器件應用的難題。擴大應用技術難點(1)碳化硅單晶方面主要存在三點難點：對溫度和壓力的控制要求高，其生長溫度在2300以上；長晶速度慢，7天的時間大約可生長2cm碳化硅晶棒；晶型要求高、良率低，只有少數幾種晶體結構的單晶型碳化硅才可作為半導體材料。目前商業的SiC晶圓的合成方法為PVT法。通過熔融狀態或熔液狀態結晶的方式可以制備出來大部分半導體單晶，但由于碳化硅自身性質的原因利用這兩種方法無法生長出單晶。只有當壓力100GPa、溫度3200時C和Si才能熔化。而且當溫度在1412

43、2830之間時，C在熔化的Si中溶解度僅為0.01%19%。當溫度超過1750時，通過在熔體里加入其它金屬（Pr、Tb、Sc等）作為助溶劑，C的溶解度也僅能達到50%，但此時會產生大量Si蒸汽，無法完成生長過程。另外，碳化硅晶片中會混入大量金屬助溶劑，不能用于制造半導體器件。直到1955年制備技術才有了突破性的進展，菲利普實驗室的科學家們制備出了尺寸可控、質量較高的碳化硅單晶，其雜質濃度較低且可控，被稱之為“Lely法”。這種方法是在反應器中持續通入氬氣，同時加熱裝滿碳化硅顆粒的反應器到2550，碳化硅在氣相中成核并逐漸生長成晶體。這種方法的優點是：氣相自發成核，產率高而且污染少。其缺點是：不

44、能長出大尺寸的碳化硅單晶。碳化硅襯底生長“慢”。碳化硅晶體生長主流工藝比較生長工藝晶型生長溫度（）生長速度（mm/h）優點缺點主要廠商物理氣相傳輸/PVT4H&6H2200-25000.2-0.4最成熟最常用半絕緣制造困難、生長厚度受限、沒有一體化設備Wolfspeed、貳陸、道康寧、Sicrystal、天岳、天科高溫化學氣相沉積/HTPVD4H&6H22000.3-1.0可持續的原料、可調整的參數、一體化的設備速率和缺陷控制Norstel、日本電裝液相外延/LPE4H&6H1460-18000.5-2.0類似提拉法金屬雜質、硅溶液碳的溶解度有限住友等擴大應用技術難點(2)外延部分，有別于硅基

45、器件，碳化硅器件不能直接制作在碳化硅單晶材料上，外延必不可少，當前CVD法制備是應用最為廣泛的方式。制備SiC外延層的方法有：液相外延法、分子束外延生長法、磁控濺射法、升華外延法、和CVD法等。其中，液相外延法、分子束外延生長法、CVD法是制備半導體器件所需SiC外延層的方法中較為成熟的方法。對比以上三種方法，MBE法制備的SiC外延層的質量最好，缺陷最少，但是生長速率較慢。從工業化生產方面考慮，由于MBE法和LPE法生長的速率比較慢，無法滿足工業化生長的需求，而CVD法的生長速率較高，滿足條件。同時，CVD法能夠直接制備出復雜的半導體器件且CVD系統比較簡單易操作，成本較低。國內從事高速外延

46、生長SiC厚膜研究的單位較少，很少出現100m/h以上外延速率工藝報道。隨著國家節能減排任務的加重，采用高效、節能電子元器件將成為必然趨勢，厚膜SiC外延層在高壓輸電、軌道交通、智能電網等領域將廣泛使用，因此研究開發高速外延生長工藝對于國內經濟發展的意義重大。國內碳化硅外延生長速度慢，鮮見100m/h以上外延速率工藝報道國碳化硅晶體生長主流工藝比較生長工藝液相外延法/LPE分子束外延生長/MBE化學氣相沉積/CVD優點設備需求簡單、成本較低可在低生長溫度下生長不同的晶型外延層生長厚外延層時能夠對生長速率精確控制缺點很難控制好外延層的表面形貌、設備不能同時外延多片晶圓限制批量生產設備真空要求度高

47、、成本高昂、生長外延層速率慢外延層仍存在各種缺陷、外延生長工藝仍需不斷優化GaN/SiC及GaN/AlN/SiC外延生長模式示意圖受制于碳化硅長晶速度、加工難度及缺陷密度，碳化硅的成本一直居高不下，成本成為器件應用的難題。擴大應用技術難點(3)碳化硅單晶的加工過程主要分為切片、薄化和拋光。全球碳化硅制造加工技術和產業尚未成熟，在一定程度上限制了碳化硅器件市場的發展，要充分實現碳化硅襯底的優異性能，開發提高碳化硅晶片加工技術是關鍵所在。切片是碳化硅單晶加工過程的第一道工序，切片的性能決定了后續薄化、拋光的加工水平。切片加工易在晶片表面和亞表面產生裂紋，增加晶片的破片率和制造成本，因此控制晶片表層

48、裂紋損傷，對推動碳化硅器件制造技術的發展具有重要意義。傳統的鋸切工具如內圓鋸片、金剛石帶鋸，轉彎半徑受限，切縫較寬，出片率較低，不適用于碳化硅晶體切割。目前報道的碳化硅切片加工技術主要包括固結、游離磨料切片、激光切割、冷分離和電火花切片，其中往復式金剛石固結磨料多線切割是最常應用于加工碳化硅單晶的方法。碳化硅襯底加工“難”切片不同切割工藝的性能對比切割工藝磨料切片激光切割冷分離電火花材料去除原理磨料研磨脈沖激光改性激光改性脈沖火花放電蝕除切縫寬度/m1802501010100總厚度變化/m3025125受制于碳化硅長晶速度、加工難度及缺陷密度，碳化硅的成本一直居高不下，成本成為器件應用的難題。

49、擴大應用技術難點(4)碳化硅斷裂韌性較低，在薄化過程中易開裂，導致碳化硅晶片的減薄非常困難，為防止碎片，優化單面研磨技術是未來薄化加工大尺寸碳化硅晶片的主要技術發展趨勢。碳化硅切片的薄化主要通過磨削與研磨實現。晶片磨削最具代表性的形式是自旋轉磨削，晶片自旋轉的同時，主軸機構帶動砂輪旋轉，同時砂輪向下進給，進而實現減薄過程。自旋轉磨削雖可有效提高加工效率，但砂輪易隨加工時間增加而鈍化，使用壽命短且晶片易產生表面與亞表面損傷。加工缺陷的存在嚴重制約加工精度和效率，為了解決這些問題，目前主要的技術包括超聲振動輔助磨削和在線電解修整輔助磨削。薄化工藝中晶片材料去除率和磨料粒徑大小、密度、研磨盤轉速、研

50、磨壓力等因素密切相關。碳化硅襯底加工“難”薄化在線電解修整輔助磨削超聲振動輔助磨削受制于碳化硅長晶速度、加工難度及缺陷密度，碳化硅的成本一直居高不下，成本成為器件應用的難題。擴大應用技術難點(5)碳化硅晶片的拋光工藝可分為粗拋和精拋，粗拋為機械拋光，目的在于提高拋光的加工效率。碳化硅單晶襯底機械拋光的關鍵研究方向在于優化工藝參數，改善晶片表面粗糙度，提高材料去除率。精拋為單面拋光，化學機械拋光是應用最為廣泛的拋光技術，通過化學腐蝕和機械磨損協同作用，實現材料表面去除及平坦化。晶片在拋光液的作用下發生氧化反應，生成的軟化層在磨粒機械作用下相對容易被除去。作為單晶襯底加工的最后一道工藝，化學機械拋

51、光是實現碳化硅襯底全局平坦化的常用方法，也是保證被加工表面實現超光滑、無缺陷損傷的關鍵工藝。碳化硅襯底加工“難”拋光不同切割工藝的性能對比工藝技術化學機械拋光(CMP)電化學機械拋光(ECMP)化學磁流變復合拋光(CMF)常壓等離子體輔助磨料拋光(PAP)光催化輔助化學機械拋光(PCMP)超聲輔助化學機械拋光(UCMP)拋光工藝原理示意主要拋光條件傳統膠體二氧化硅磨料+氧化劑H2O2對金剛石磨料拋光后的晶片進行ECMP，磨料為CeO2磁流變液(主要成分羥基鐵粉)+H2O2+Fe3O4+金剛石磨料等離子體(HeH2O=982)+氧化鈰磨料紫外線+SiO2磨料+TiO2+(NaPO3)6+H2O2

52、氧化超聲+膠體二氧化硅磨料+多孔聚氨酯拋光墊+H2O2去除原理化學氧化+磨料磨損陽極的表面氧化+軟磨料的機械拋光化學腐蝕+磁流變拋光等離子體氧化+磨料磨損紫外光催化腐蝕+磨料磨損超聲振動+化學氧化+磨料磨損加工效果M0.10.2m/hM3.62m/hM5.31m/hM0.185m/hM0.95m/hM1.057m/h受制于碳化硅長晶速度、加工難度及缺陷密度，碳化硅的成本一直居高不下，成本成為器件應用的難題。擴大應用技術難點(6)碳化硅單晶生長熱場存在溫度梯度，導致晶體生長過程中存在原生內應力及由此誘生的位錯、層錯等缺陷，其可靠性備受關注。在密閉高溫腔體內進行原子有序排列并完成晶體生長、同時控制

53、微管密度、位錯密度、電阻率、翹曲度、表面粗糙度等參數指標是復雜的系統工程，涉及一系列高難度工藝調控，工藝壁壘高。對于微管缺陷，2010年以前研究工作比較多?，F階段研發和商用的SiC襯底微管密度都得到了有效控制，根據半絕緣碳化硅單晶襯底的研究進展一文數據，現階段SiC襯底中位錯密度的典型值為103104/cm2。當前減少SiC晶錠擴展缺陷的最顯著技術是“重復a面生長法”，暨準備一個幾乎為零位錯的籽晶，隨后在穩定條件下在這個高質量的籽晶上進行升華法生長。碳化硅缺陷密度去除工藝壁壘“高”SiC單晶中微管閉合及短微管形成的圖片和示意圖受制于碳化硅長晶速度、加工難度及缺陷密度，碳化硅的成本一直居高不下，

54、成本成為器件應用的難題。擴大晶圓尺寸、改進碳化硅長晶工藝及改進切片工藝將有利于降低成本降低成本技術路徑對于降低成本，從市場上的動態來看，主要有擴大晶圓尺寸、改進碳化硅長晶工藝及改進切片工藝等三個方向。根據Wolfspeed最新資料，從6寸轉向8寸晶圓，碳化硅芯片（32mm2）數量有望從448顆增加到845顆，增加了75%。8英寸SiC襯底的基面和螺紋螺釘密度分別為684cm-2和289cm-2?；瘜W機械拋光后，表面質量得到改善，有66個缺陷。碳化硅外延可以實現略高于1%的厚度和摻雜均勻性。根據GTAT公司的預估，相對于6寸晶圓平臺，預計8寸襯底的引入將使整體碳化硅器件成本降低20-35%。而且

55、，6寸SiC晶體厚度為350微米，而最初投放市場的8寸SiC襯底厚度為500微米。盡管晶體成本會略微上漲，但是由于更厚的晶體可以切出更多的襯底片，預計也有望進一步降低器件生產成本。擴大晶圓尺寸2021年8月5日，住友官網提到了他們利用一種所謂的MPZ技術，生長了高質量、低成本的SiC襯底和SiC外延片，消除了表面缺陷和基面位錯(BPD)，無缺陷區（DFA）達到99%，相比PVT法，SiC長晶速度提高了5倍左右，相比普通的LPE法速度提升了200倍。改進碳化硅長晶技術提升長晶速度ColdSplit技術分割碳化硅晶圓，從而使得單個晶圓的芯片數量翻倍2018年11月12日，英飛凌科技股份公司收購了位

56、于德累斯頓的初創公司SiltectraGmbH。該初創公司開發了一種創新技術（ColdSplit），可有效處理晶體材料，同時最大限度地減少材料損耗。與普通鋸切割技術相比，Siltectra開發出了一種分解晶體材料的新技術，能夠將材料損耗降到技術。該技術同樣適用于碳SiC，并將在其現有的德累斯頓工廠、以及英飛凌（奧地利）菲拉赫工廠實現工業化生產。2015年，Siltectra冷切割技術同時獲得了“紅鯡魚”歐洲前100和世界前100技術研究大獎，同年，被歐洲半導創新谷評為2015年最佳創業路演項目。冷切割技術是迄今為止第一也是唯一能在半導體級實現20到200微米厚度無損切割的技術。憑借著全能的特性

57、，冷切割技術能完美運用于硅片切割和研磨市場。因此，此項技術的潛能也只受限于硅片切割和研磨市場的大小。Siltectra稱其知識產權組合現在由70個專利族組成，總共擁有200項專利。這些專利的組合涵蓋了與該公司基于激光的晶圓薄化工藝相關的每項創新。據Siltectra稱，其冷分裂技術在幾分鐘內就可以以極高的精度將晶圓薄到100微米及以下，并且幾乎沒有材料損失。ColdSplit技術分割碳化硅晶圓，從而使得單個晶圓的芯片數量翻倍住友MPZ（多參數和區域控制）溶液生長技術產業鏈上游分析襯底根據電化學性質不同，襯底分為導電型和半絕緣型襯底定義與分類SiC粉經過長晶、加工、切割、研磨、拋光、清洗環節最終

58、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。襯底定義：沿特定的結晶方向將晶體切割、研磨、拋光，得到具有特定晶面和適當電學、光學和機械特性，用于生長外延層的潔凈單晶圓薄片。襯底分類：從電化學性質差異來看，碳化硅襯底材料可以分為導電型襯底（電阻率區間1530mcm）和半絕緣型襯底（電阻率高于105cm）。這兩類襯底經外延生長后分別用于制造功率器件、射頻器件等分立器件。其中，半絕緣型碳化硅襯底主要應用于制造氮化鎵射頻器件、光電器件等。通過在半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層，制得碳化硅基氮化鎵外延片，可進一步制成HEMT等氮化鎵射頻器件。導電型碳化硅襯底主要應用于制造功率器件。與

59、傳統硅功率器件制作工藝不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅襯底上，需在導電型襯底上生長碳化硅外延層得到碳化硅外延片，并在外延層上制造肖特基二極管、MOSFET、IGBT等功率器件。半絕緣型和導電型碳化硅襯底的對比種類電阻率尺寸外延適用環境器件應用領域半絕緣型碳化硅襯底高電阻率：電阻率105cm以4英寸為主，逐漸向6英寸襯底發展在半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層適用于高頻、高溫工作環境射頻器件制成HEMT等微波射頻器件，應用在微波射頻、光電和中低壓功率半導體等領域，主要應用于5G通信、衛星、雷達等領域導電型碳化硅襯底低電阻率：電阻率區間為1530mcm以6英寸為主，8英寸襯底開始發展在導

60、電型碳化硅襯底上生長碳化硅外延層適用于高壓、高溫工作環境功率器件制成碳化硅二極管、碳化硅MOSFET等功率器件，主要應用于新能源汽車、光伏發電、軌道交通、智能電網、航空航天等領域碳化硅襯底市場規模在尺寸、良率、產能等方面中國襯底企業明顯落后于國外企業2027年全球導電型碳化硅襯底市場規模將增至21.6億美元受下游民用領域的持續景氣，如新能源汽車與光伏，導電型SiC襯底市場規模不斷擴容。根據Yole數據，2018年，全球導電型SiC襯底市場規模為1.7億美元，2020年增長至2.8億美元，復合增長率為26%。預計2027年全球導電型碳化硅襯底市場規模將增長至21.6億美元。根據中國寬禁帶功率半導

61、體及應用產業聯盟數據，全球6英寸導電型襯底需求從2020年的超8萬片增長至2025年的20萬片，而4英寸產品將逐步退出市場。全球導電型碳化硅襯底市場規模（億美元）2026年全球半絕緣型SiC襯底市場規模將增至4.33億美元受益于5G基建加快布局和全球地緣政治動蕩，半絕緣型SiC襯底市場增長空間巨大。根據Yole數據，2021年全球半絕緣型SiC襯底市場規模約為2.1億美元，預計2026年將增至4.33億美元。此外，根據中國寬禁帶功率半導體及應用產業聯盟數據，2020年全球4英寸半絕緣型SiC晶片的市場需求約4萬片，6英寸約5萬片，兩者需求占比不相上下；預計到2025年，4英寸市場需求將減少至2

62、萬片，6英寸成為發展趨勢。全球半絕緣型碳化硅襯底市場規模（億美元）終端應用領域持續景氣，碳化硅襯底市場規模穩定增長數據來源：Yole，億渡數據數據來源：Yole，億渡數據1.702.322.803.805.126.849.0712.2116.2021.600.005.0010.0015.0020.0025.002018年2019年2020年2021年2022E2023E2024E2025E2026E2027E1.521.802.102.422.813.263.784.3300.511.522.533.544.52019年2020年2021年2022E2023E2024E2025E2026E國內

63、外襯底差距國外主流大廠在尺寸、良率、產能等方面均領先于中國本土襯底企業，正陸續推出8英寸襯底。SiC主流大廠正陸續推出8英寸襯底，國內以4、6英寸為主中國企業在單晶襯底方面以4英寸為主，目前國內企業已經開發出了6英寸導電性碳化硅襯底和高純半絕緣碳化硅襯底。其中天科合達和天岳先進為主的碳化硅晶片廠商發展速度較快，市占率提升明顯，三安光電（北電新材）在碳化硅方面也在深度布局。各企業在襯底尺寸方面的研發進度襯底尺寸CREE貳陸羅姆天岳先進天科合達4寸成功研制并規?；a成功研制并規?；a成功研制并規?；a成功研制并規?；a成功研制并規?；a6寸2012年全球首次成功研制并規?；a成功研制并

64、規?；a成功研制并規?；a成功研制，2019年宣布產線建設計劃2014年國內首次成功研制，已規?；a8寸成功研制，2019年宣布產線建設計劃2015年全球首次成功研制，2019年宣布產線建設計劃未披露未披露2020年啟動研發國內襯底產品在良率、產能、尺寸上與國外產品仍存在一定差距國內碳化硅襯底產品良率、可靠性和穩定性均低于國外企業，襯底產能規模也遠低于國外企業，導電型襯底和半絕緣型襯底尺寸與國外企業相比均相差一代，這導致國內碳化硅器件技術落后于國外企業。國內外技術、產能差距對比國內國外差距材料端良率天岳先進和天科合達良率約50%Wolfspeed良率達85%良率、可靠性和穩定性有差距產能

65、20-30萬片/年（天科合達、山東天岳等）50-60萬片/年（Wolfspeed、-、羅姆）產能存在較大差距導電型襯底從4英寸向6英寸在逐步過渡，6英寸襯底開始規?；a或者開始建設產線，2-3年內會有大量產線實現量產，8英寸導電型襯底少數企業研發成功。位錯密度5000個/以6英寸為主，Wolfspeed已有8英寸樣品出貨，未來5年將達到量產標準。位錯密度1000個/cm尺寸相差一代半絕緣型襯底國內主要半絕緣襯底集中在2-4英寸半絕緣襯底和外延由4英寸向6英寸線轉移，4英寸線3-5年逐漸淘汰尺寸相差一代器件二極管SBD量產，三極管MOSFET研發成功三極管量產，批量用在器件上國內二極管晚一代，

66、三極管未量產國內襯底企業技術水平明顯落后于國外企業襯底市場集中度高，國外廠商在兩類襯底市場均占主要份額襯底競爭格局不同類型襯底產品在生產技術存在差距。半絕緣型SiC目前主流的襯底產品規格為4-6英寸;導電型碳化硅襯底目前主流的襯底產品規格為6英寸。市場集中度高，兩類襯底CR3均高達90%以上。半絕緣型碳化硅襯底市場集中度CR3為98%，Wolfspeed、II-VI、山東天岳三足鼎立；導電型碳化硅襯底市場集中度CR3為90%，其中Wolfspeed占比超50%。國外廠商在兩類襯底市場中均占有主要份額，國內廠商在全球半絕緣襯底市場具有一定優勢，但在導電型襯底全球市場占比較小。半絕緣型襯底市場中山

67、東天岳占比30%；導電型天科合達和山東天岳占比1.7%和0.5%。海外巨頭高度壟斷，國產廠商潛力巨大，襯底市場海外走向8英寸，國內呈現后發優勢。2020年全球碳化硅襯底市場份額情況2020年全球半絕緣型碳化硅襯底份額情況2020年全球導電型碳化硅襯底份額情況-,35%WolfSpeed,33%天岳先進,30%其它,2%數據來源：Yole，Gartner，CASA，億渡數據整理 WolfSpeed,45%-,13%SiCrystal,20%天科合達,3%天岳先進,3%其它,16%WolfSpeed,62%-,16%SiCrystal,12%天科合達,1.70%山東天岳,0.50%其他,7.80%

68、襯底發展趨勢未來在技術進步和規模經濟推動下，產線將向大尺寸轉移，并且襯底價格會進一步下探。產線向大尺寸轉移全球SiC市場6英寸量產線正走向成熟，領先公司已進軍8英寸市場。目前包括羅姆、-、Wolfspeed已具備成熟6英寸SiC襯底產線，正在向8英寸市場進行開拓，例如，Wolfspeed的第一條8英寸SiC產線已在2022年Q2開始生產，標志著全球第一條8英寸SiC產線的投產。國內正在開發項目以6英寸為主。目前雖然國內大部分公司還是以4寸產線為主，但是產業逐步向6英寸擴展，隨著6英寸配套設備技術成熟后，國產SiC襯底技術也在逐步提升大尺寸產線的規模經濟將會體現，目前國內6英寸的量產時間差距縮小

69、至7年。更大的晶圓尺寸可以帶來單片芯片數量的提升、提高產出率，以及降低邊緣芯片的比例，研發和良率損失部分成本也將保持在7%左右，從而提升晶圓利用率。從4英寸、6英寸到8英寸的芯片數量變化襯底尺寸4英寸6英寸8英寸Die顆數199448845邊緣Die占比（%）25%14%7%SiC襯底價格將下降襯底直徑及大直徑襯底占比將不斷增加，助力全產業鏈降本。預計未來30年，大尺寸襯底的比例將不斷增加，在大部分襯底提供商具備新型大尺寸量產能力，一輪尺寸更新周期迭代完成后，襯底單位面積價格會迎來相對快速的降低。SiC襯底價格會隨著尺寸增加有所下降，同時進一步帶來銷量的穩步上升。目前襯底發展最重要的方向趨勢是

70、擴大直徑，這會降低襯底生產成本，進而降低售價，價格的下降也會加速SiC襯底在各領域內的滲透。根據CASA數據預測，SiC襯底和外延隨著產業技術逐步成熟（良率提升）和產能擴張（供給提升），預計襯底價格將以每年8%的速度下降。SiC襯底價格發展趨勢（RMB/cm）60.157.948.140.235.230.12020年2025E2030E2035E2040E2045E數據來源：CASA，第三代半導體電力電子技術路線圖（2018），億渡數據整理未來碳化硅襯底將向大尺寸發展，并且價格將下降目前國內襯底產能布局以4-6英寸為主，主要因為尚未突破8英寸技術襯底產能布局(1)公司已有產能項目投資額項目所在

71、地在建產能同光晶體2020年1-8月供貨1.1萬片10億河北已建成年產10萬片的4-6英寸襯底廠商，預計2022年產能達到10萬片天科合達江蘇天科合達項目2019年完工，可實現年產4-8英寸SiC襯底6萬片IPO募資9.5億(已終止上市)擬IPO募資-年產12萬片6英寸SiC晶片，其中6英寸導電型SiC晶片約為8.2萬片，6英寸半絕緣型SiC晶片約為3.8萬片；SiC襯底生產線，項目計劃于2022年年初完工投產，建成后可年產SiC襯底12萬片；另深圳投資22億元SiC襯底及外延片項目，天科合達占股25%山東天岳6882346英寸半絕緣型和6英寸導電性襯底已形成小批量銷售，SiC襯底2020年產

72、量4.75萬片IPO-20億上海臨港項目2022年試生產，預計2026年100%達產，主要生產6英寸導電型SiC半導體材料東尼電子603595定增-4.69億吳興定增-擬建SiC半導體材料項目，12萬片/年SiC材料天通股份600330子公司凱成半導體從事SiC晶體材料的生產研發，目前業務處于前期中試產階段露笑科技002617一期2021年9月份可實現6英寸導電型SiC襯底片的小批量試生產100億合肥市第一期預計投資21億，達產后年產24萬片導電型SiC襯底、5萬片外延片中電科2所年產10萬片4-6英寸n型SiC單晶片、5萬片4-6英寸高純半絕緣型SiC單晶片山西超芯星公司已實現6英寸SiC單

73、晶襯底生產南京爍科晶體年產已達10萬片，銷售3萬片以上，預計2021年銷售4萬片。4-6英寸SiC襯底片完全掌握“切磨拋”工藝山西8英寸SiC襯底片研發成功，即將量產，預計在建項目投產后實現年產能15萬片，全球前三中科鋼研4英寸導電型及高純半絕緣型SiC晶體及襯底南通15.5億，滁州7億，青島10億南通：可年產石墨烯碳納米電熱膜1200萬延米、4英寸N型SiC晶體襯底片5萬片、6英寸N型SiC晶體襯底片5萬片、4英寸高純度半絕緣型SiC晶體襯底片1萬片、4/6英寸SiC電力電子芯片6萬片。青島：5萬片4英寸SiC晶體襯底片，5000片4英寸高純度半絕緣型SiC晶體襯底片。滁州：SiC晶體和襯底

74、片項目國宏中能4-6英寸導電型和半絕緣襯底片，2021年6月產線建成，全部投產后，SiC襯底年產能超10萬片/年7億山東年產11萬片SiC襯底片項目2021年1月啟動試生產。目前已有25家企業已在襯底環節布局，新項目投資額約為300億元。目前國內襯底產能布局以4-6英寸為主，主要因為尚未突破8英寸技術襯底產能布局(2)公司已有產能項目投資額項目所在地在建產能博蘭特10億金華建設年產15萬片第三代半導體SiC襯底及年產200萬片用于Mini/Micro-LED顯示技術的大尺寸藍寶石襯底研發及產業化項目華大半導體10.5億浙江寧波計劃年產8萬片4-6寸SiC襯底及外延片、SiC基氮化鎵外延片科友半

75、導體已完成6英寸第三代半導體襯底制備，正在進行8英寸研制10億哈爾濱項目達產后可形成年產高導晶片近10萬片，高純半絕緣晶體1000公斤的產能；PTV-SiC晶體生長成套設備年產銷200臺套天達晶陽7.3億河北清河一期年產4-6英寸SiC晶片2.8萬片(2021年6約投產運營)，二期年產6-8英寸SiC晶片9.2萬片微芯長江年產SiC晶圓片15萬片。達產后預計年產4英寸SiC晶圓片3萬片、6英寸12萬片。2021年Q3完成廠房建設，年底試銷13.5億安徽銅陵五豐半導體吉林長春將建一條月產5000片的4英寸砷化鎵、氮化鎵、磷化銦晶圓生產線溢泰半導體 一期項目建成21億年產6萬片6英寸SiC晶片等6

76、個子項目中電化合物目前是國內少數幾家掌握6英寸導電型SiC長晶技術的企業；SiC年產能已達2萬片，未來三年將達到8萬片2022年，中電化合物的目標是在現有的生產規?；A上，產能提高三倍，產值提升3倍，做8寸SiC先鋒。優晶6英寸SiC產線昆山21年底SiC生產線將擴容至100臺，年產10萬片6英寸產品晶格領域7.5億北京建設4-6英寸液相法SiC晶體中試生產線青島瀚海9億建設300臺SiC長晶爐，后期建設SiC外延片項目；預計在2022年9月達產荃芯4.1億山西銅川SiC長晶項目中國電科300臺單晶生產設備，具備年產7.5萬片SiC單晶襯底的產能50億山西太原整個項目建成后，將具備年產10萬片

77、4-6英寸N型SiC單晶晶片、5萬片5-6英寸高純半絕緣型SiC單晶晶片的生產能力目前已有25家企業已在襯底環節布局，新項目投資額約為300億元。產業鏈上游分析外延碳化硅襯底無法直接加工，需要在襯底上面再生長一層薄膜外延片定義與分類碳化硅襯底無法直接加工，需要生長一層薄膜后在進行加工，導電型襯底生長出同質外延層，半絕緣型襯底生長出異質外延層。1、定義：外延工藝是指在碳化硅襯底的表面上生長一層質量更高的單晶材料，在半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層，稱為異質外延；在導電型碳化硅襯底表面生長一層碳化硅外延層，則稱為同質外延。2、重要性：外延工藝是整個產業中的一種非常關鍵的工藝。由于現在所有的器件

78、基本上都是在外延上實現，所以外延的質量對器件的性能影響非常大，但是外延的質量又受到晶體和襯底加工的影響，處在一個產業的中間環節，對產業的發展起到非常關鍵的作用。3、關鍵參數：碳化硅外延材料的最最關鍵參數是厚度和摻雜濃度。外延的參數其實主要取決于器件的設計，根據器件的電壓等級不同，外延參數也不同。4、缺陷的影響：碳化硅晶體生長的過程中會不可避免地產生缺陷、引入雜質，導致襯底材料的質量和性能都不夠好。而外延層的生長可以消除襯底中的某些缺陷，使晶格排列整齊?？刂铺蓟柰庋尤毕菔侵苽涓咝阅芷骷年P鍵，缺陷會對碳化硅功率器件的性能和可靠性有嚴重影響。TSD和TED基本不影響最終的碳化硅器件的性能，而BP

79、D會引發器件性能的退化。堆垛層錯、胡蘿卜缺陷、三角形缺陷、掉落物等缺陷，一旦出現在器件上，器件就會測試失敗，導致良率降低。SiC外延缺陷對器件的影響SiC外延缺陷對器件的影響電壓擊穿電壓摻雜濃度(cm3)厚度(m)600V750V2.5E1661200V1500V1E16101700V2125V7E15153300V4125V3E1306500V8125V1.2E156010000V12500V7E149515000V18750V4E14145缺陷/器件SBDMOSFET，JFETpin，BJT，晶閘管，IGBTTSD(無蝕坑)無無無，但會引發局部載流子壽命降低TED(無蝕坑)無無無，但會引發

80、局部載流子壽命降低BPD(包括界面位錯、半環換陣列)無，但會引發體二極管退化無，但會引發體二極管退化雙極退化(導通電阻及漏電流增加)內生堆垛層錯VB降低(20%50%)VB降低(20%50%)VB降低(20%50%)胡蘿卜缺陷、三角形缺陷VB降低(30%70%)VB降低(30%70%)VB降低(30%70%)掉落物缺陷VB降低(50%90%)VB降低(50%90%)VB降低(50%90%)CVD法是目前使用最廣泛的碳化硅外延片制作方法外延片制作方法1、外延是一種常用的單晶薄膜制備技術，和Si器件工藝有所區別，幾乎所有的SiC電力電子器件工藝均在4H-SiC同質外延層上實現，襯底只是起到支撐和導

81、電的作用?，F階段SiC薄膜外延的方法主要包括：化學氣相淀積（CVD）、分子束外延（MBE）、液相外延法（LPE）、脈沖激光淀積和升華法（PLD）等。2、化學氣相沉積（CVD）是最為普及的4H-SiC外延方法。其優勢在于生長過程中氣體源流量、反應室溫度以及壓力均可以有效控制，大幅降低了外延過程中的隨機因素，工藝穩定性好；外延過程中通過調整各種氣體的流量可以精準控制外延層的厚度、摻雜濃度以及摻雜類型，工藝可控性強。廣東天域采用CVD法生產碳化硅外延片，在中國擁有最多的碳化硅外延爐-CVD。3、對比液相外延法/LPE，分子束外延生長/MBE法和化學氣相沉積/CVD，MBE法制備的SiC外延層的質量最

82、好，缺陷最少，但是生長速率較慢。在工業化生產方面考慮，由于MBE法和LPE法生長的速率比較小，無法滿足工業化生長的需求，而CVD法的生長速率較高，滿足條件。同時，CVD法能夠直接制備出復雜的半導體器件且CVD系統比較簡單易操作，成本較低。CVD法制作SiC外延片過程SiC外延外延層三種生長方式優缺點對比優點優點缺點缺點液相外延法/LPE設備需求簡單、成本較低很難控制好外延層的表面形貌、設備不能同時外延多片晶圓限制批量生產分子束外延生長/MBE可在低生長溫度下生長不同的晶型外延層設備真空要求度高、成本高昂、生長外延層速率慢化學氣相沉積/CVD生長厚外延層時能夠對生長速率精確控制外延層仍存在各種缺

83、陷、外延生長工藝仍需不斷優化SiC襯底材料清洗材料加熱升溫通入反應氣體SiH4和C3H8沉積生長襯底材料表面生長SiC晶體利用載氣(H2)將反應源氣體(如SiH4、C3H8等)輸送到生長室內的熱區源氣體被熱分解成單個原子或一兩個原子團，通過擴散、遷移過程連續不斷地到達襯底表面而生成所需要的薄膜材料常用設備熱壁式水平外延爐常用反應前驅氣體硅烷、甲烷、乙烯等摻雜源氮氣N2和三甲基鋁（TMA）典型生長溫度范圍15001650生長速率530m/hCVD法制作外延片先后出現無偏角襯底外延生長，臺階流生長模型和TCS模型三條技術路線CVD法技術路線1、早期碳化硅是在無偏角襯底上進行外延生長，但受多型體混合

84、影響，實際外延效果并不理想，難以進行器件制備。后來出現的臺階生長技術方法將這個問題有效解決，成為主流的碳化硅外延技術方案；隨后引入TCS，使碳化硅外延生長速率得到大幅提升。2、1980年提出的臺階流生長模型，這對外延的發展、對外延的質量都起到了非常重要的作用。臺階流生長方法能夠在不同偏角下斜切碳化硅襯底，這種方法的優點在于不僅能夠實現低溫生長，而且能夠穩定晶型控制，但缺陷在于無法阻斷基平面位錯和對襯底材料造成浪費。3、后來引入TCS，突破臺階控制外延法的限制，可以同時實現生長速率大幅提升和質量的有效控制，非常有利于SiC厚膜外延生長。TCS法可以實現生長速率達到傳統的生長速率10倍以上，不光是

85、生產速率得到提升，同時也使質量得到大大的控制，尤其是對于硅滴的控制，所以說對于厚膜外延生長來說是非常有利的。臺階流生長SiC外延技術方法優缺點臺階流生長技術方法臺階流生長模型后續發展優點/缺陷通過臺階流生長實現一定厚度和通過臺階流生長實現一定厚度和摻雜的碳化硅外延材料摻雜的碳化硅外延材料n型外延片p型外延片結合4斜切的4H-SiC單晶襯底+臺階控制生長技術CVD外延工藝使外延表面形成高密度的納米級外延臺階可在1500左右溫度下制備均一相的外延層實現低溫生長穩定晶型控制無法阻斷基平面位錯（缺點）對襯底材料造成浪費（缺點）生長溫度可降至1200甚至更低而不產生3C-SiC夾雜相表面缺陷密度顯著增加

86、（缺點）背景氮摻雜濃度顯著增加（缺點）生長速率受到較大影響（缺點）選擇適合溫度和襯底偏角是實現SiC外延快速高質量制備的關鍵電壓越高，外延技術難度越大。在中、低壓應用領域，碳化硅外延的技術相對比較成熟，高壓領域外延技術發展相對滯后外延技術進展1、電壓越高對外延厚度和摻雜濃度均勻性要求越高，高壓生產難度較大。一般低壓在600伏，需要的外延的厚度可能就是6m左右，中壓1200-1700伏，需要的外延厚度就是10-15m。高壓10000V以上，需要100m以上。因此隨著電壓的增加，外延厚度隨之增加，高質量外延片的制備也就非常難，尤其在高壓領域，重要的就是缺陷的控制。2、在中、低壓應用領域，碳化硅外延

87、的技術相對比較成熟。外延片核心參數厚度、摻雜濃度可以做到相對較優的水平，基本上可以滿足中低壓的SBD、JBS、MOS等器件的需求。3、在高壓領域外延的技術發展相對比較滯后。目前外延片需要攻克的難關還很多，主要參數指標包括厚度、摻雜濃度均勻性、三角缺陷等，缺陷多主要影響大電流的器件制備，大電流需要大的芯片面積。4、從終端應用層上來看在碳化硅材料在高鐵、汽車電子、智能電網、光伏逆變、工業機電、數據中心、白色家電、消費電子、5G通信、次世代顯示等領域有著廣泛的應用，市場潛力巨大。外延片在不同電壓環境下的應用電壓環境應用場景低壓領域主要是針對消費電子：PFC、電源。中壓領域主要是汽車電子和3300V以

88、上的軌道交通和電網系統。中低壓領域碳化硅和氮化鎵為競爭關系。在中低壓碳化硅已經有非常成熟的二極管和MOSFET產品在市場當中推廣應用。高壓領域碳化硅有獨一無二的優勢。產品仍處于研發階段。外延設備基本被海外企業壟斷，各廠商設備存在差異，國內企業具備替代空間外延制作設備1、外延設備基本被海外企業壟斷，各廠商設備存在差異，國內企業具備替代空間。外延環節技術壁壘相對較高，對第三方廠商成熟設備具有較強依賴性。目前外延設備主要由意大利LPE公司、德國Aixtron公司、日本Nuflare公司壟斷，占據全球87%左右市場空間。國內相關設備廠商包括中電55所、普興電子/中電13所、三安集成和?？瓢雽w(江蘇蘇

89、州)，國產外延爐廠家多以單腔、水平氣流、手動設備為主，月產能約為300500片，還需驗證設備工藝以及外延工藝。2、外延片企業主要有DowCorning、II-VI、Norstel、Cree、羅姆、三菱電機、Infineon等，多數是IDM公司。日本曾經也存在比較優越的碳化硅外延的供應商，比如說昭和電工，但隨著前幾年收購了日本的新日鐵，開始進行SiC單晶制備。目前國內相關外延廠商東莞天域和廈門瀚天天成，兩者均已實現產業化，可供應4-6英寸外延片。中電科13所、55所亦均有內部供應的外延片生產部門，臺灣地區有嘉晶電子。全球相關外延設備對比意大利LPE公司日本Nuflare公司德國Aixtron公司

90、產能300500片/月15001800片/月6001200片/月型號PE1O6PEIREVOS6/S8PE1O8外延尺寸4”/6”4”/6”/8”4”/8”模式單腔單片手動雙腔.單片.全自動雙腔.8片.手動/全自動生長速率50m/h50m/h25m/h維護周期500m3000m500m生長方式水平氣流垂直氣流水平氣流特點屬于單片機，生長速率非常大能高速旋轉，可以達到一分鐘1000轉，這對外延的均勻性是非常有利的。同時它的氣流方向不同于其他設備，是垂直向下的，所以它可以避免一些顆粒物的產生，減少滴落到片子上的概率。產能比較大外延片成本中原材料成本占比最高，未來隨著成本的下降，外延片價格有望下降外

91、延成本與價格1、外延片的成本結構，原材料成本占比是52%，設備折舊成本是15%，剩下的勞動力、潔凈室和研發成本的占比分別是14%、12%和7%。2、伴隨襯底價格降低，未來外延價格有下降趨勢?；赟iC襯底，外延環節普遍采用化學氣相沉積技術(CVD)獲得高質量外延層，隨后在外延層上進行功率器件的制造。伴隨SiC襯底價格的降低，預計未來外延價格也將呈現下降趨勢，據CASA，2020年SiC外延片價格約為128元/平方厘米，預計到2025年，價格將會出現明顯下降，至2045年SiC外延片價格將降至71元/平方厘米。碳化硅外延片成本結構碳化硅外延片價格發展趨勢(RMB/cm2)128124105908

92、07102040608010012014020202025E2030E2035E2040E2045E原材料,52%設備折舊,15%勞動力,14%潔凈室折舊,12%研發費用,7%數據來源：CASA，第三代半導體產業發展報告(2020)，億渡數據整理外延片市場國外巨頭Wolfspeed一家獨大占50%以上市場份額，國內企業已開始布局外延產能布局公司已有產能項目投資額項目所在地在建產能博蘭特10億金華建設年產15萬片第三代半導體SiC襯底及年產200萬片用于Mini/Micro-LED顯示技術的大尺寸藍寶石襯底研發及產業化項目華大半導體10.5億浙江寧波計劃年產8萬片4-6寸SiC襯底及外延片、Si

93、C基氮化鎵外延片科友半導體已完成6英寸第三代半導體襯底制備，正在進行8英寸研制10億哈爾濱項目達產后可形成年產高導晶片近10萬片，高純半絕緣晶體1000公斤的產能；PTV-SiC晶體生長成套設備年產銷200臺套天達晶陽7.3億河北清河一期年產4-6英寸SiC晶片2.8萬片(2021年6約投產運營)，二期年產6-8英寸SiC晶片9.2萬片微芯長江年產SiC晶圓片15萬片。達產后預計年產4英寸SiC晶圓片3萬片、6英寸12萬片。2021年Q3完成廠房建設，年底試銷13.5億安徽銅陵五豐半導體吉林長春將建一條月產5000片的4英寸砷化鎵、氮化鎵、磷化銦晶圓生產線溢泰半導體 一期項目建成21億年產6萬

94、片6英寸SiC晶片等6個子項目中電化合物目前是國內少數幾家掌握6英寸導電型SiC長晶技術的企業；SiC年產能已達2萬片，未來三年將達到8萬片2022年，中電化合物的目標是在現有的生產規?；A上，產能提高三倍，產值提升3倍，做8寸SiC先鋒。優晶6英寸SiC產線昆山21年底SiC生產線將擴容至100臺，年產10萬片6英寸產品晶格領域7.5億北京建設4-6英寸液相法SiC晶體中試生產線青島瀚海9億建設300臺SiC長晶爐，后期建設SiC外延片項目；預計在2022年9月達產荃芯4.1億山西銅川SiC長晶項目中國電科300臺單晶生產設備，具備年產7.5萬片SiC單晶襯底的產能50億山西太原整個項目建成

95、后，將具備年產10萬片4-6英寸N型SiC單晶晶片、5萬片5-6英寸高純半絕緣型SiC單晶晶片的生產能力Wolfspeed壟斷碳化硅外延片市場，2020年全球市場占比52%。目前已有15家企業已在外延片環節布局，新項目投資額約為200多億元。產業鏈中游分析器件設計中難點較多，國內擁有眾多設計廠商碳化硅器件設計(1)SiC二極管商業化逐步完善，SiC MOS仍存眾多難點。目前國內多家廠商已設計出SiC SBD產品，中高壓SiC SBD產品穩定性較好，在車載OBC中，多采用SiC SBD+SI IGBT實現穩定的電流密度。目前國內在SiC SBD產品上在專利設計方面沒有障礙，派恩杰已經開始六代Si

96、C SBD的研發，與國外差距較小。SiC MOS仍與海外廠商存在差距，相關制造平臺仍在搭建中。目前ST、英飛凌、Rohm等600-1700V SiC MOS已實現量產并和多制造業達成簽單出貨，而國內目前SiC MOS設計已基本完成，多家設計廠商正與晶圓廠流片階段，后期客戶驗證仍需部分時間，因此距離大規模商業化仍有較長時間。半絕緣型和導電型碳化硅襯底的對比企業地址類型企業地址類型企業地址類型比亞迪寧波IDM華潤微重慶IDM華大半導體深圳設計中車時代湖南株洲IDM揚杰科技揚州IDM深圳愛仕特深圳設計泰科天潤北京、瀏陽IDM斯達半導體嘉興IDM國星光電深圳設計三安集成福建、長沙IDM士蘭微廈門IDM

97、清純半導體上海設計中電五十五所南京IDM長飛先進半導體蕪湖代工瑞能半導體上海設計基本半導體深圳IDM瞻芯浙江義烏代工薩科微深圳設計世紀金光金華IDM積塔半導體上海代工瑤芯微上海設計中科漢韻江蘇徐州IDM中芯紹興紹興代工東微半導體蘇州設計華瑞微安徽滁州IDM派恩杰杭州設計華微電子吉林設計綠能芯創山東淄博IDM上海瀚薪上海設計芯塔電子蕪湖設計溝槽型在結構、成本和性能上都有優勢，專利壁壘為溝槽MOSFET突破難點碳化硅器件設計(2)目前平面型結構為主流選擇，未來溝槽型在高壓領域應用廣泛。平面結構SiC MOS廠商眾多，平面結構相比溝槽不容易產生局部擊穿問題，影響工作穩定性，在1200V以下市場具備廣

98、泛應用價值，并且平面結構在制造端相對簡單，滿足可制造性和成本可控兩方面。溝槽型器件寄生電感極低，開關速度快，損耗低，器件性能相對高效。目前選擇平面MOSFET結構廠商為：Wolfspeed、意法半導體、Microsemi，國內廠商包括斯達半導、新潔能、APS、瞻芯、瀚芯等Fabless廠商。目前市場中，能夠量產溝槽型SiC MOSFET的企業為羅姆的雙溝槽節、英飛凌的半包溝槽和日本住友的接地雙掩埋結構。目前國內市場，時代電氣子公司時代半導體宣布投資4.62億元擴產6英寸溝槽型SiC芯片。對于溝槽型碳化硅器件來說，未來的技術演進方向是減小溝槽底部氧化層工作電場強度，避免專利侵權（英飛凌、意法、羅

99、姆均有相關專利）和可控的制造成本。平面結構和溝槽結構的對比平面型結構溝槽型結構工藝簡單工藝相對復雜單元的一致性較好單元的一致性較差雪崩能量比較高雪崩能量比較差JFET效應增加通態電阻導通電阻明顯降低寄生電容較大寄生電容更小，開關速度快，開關損耗非常低市場上目前溝槽型SiCMOSFET結構英飛凌-不對稱溝槽結構羅姆-雙溝槽結構富士Electric-溝槽結構三菱-溝槽結構翰芯-溝槽結構器件制造技術尚需積累，國內廠商加速追趕碳化硅器件制造SiC器件制造的工藝環節與硅基器件基本類似，包括涂膠、顯影、光刻、減薄、退火、摻雜、刻蝕、氧化、清洗等前道工藝。但由于碳化硅材料特性的不同，廠商在晶圓制造過程中需要

100、特定的設備以及開發特定的工藝，無法與過去的硅制程設備、工藝完全通用，因此當前SiC晶圓制造產能緊缺。SiC晶圓制造特定工藝與Si工藝的一些差異點主要在于：（1）光刻對準。由于SiC晶圓是透明的，因此CD-SEM和計量測量變得復雜，光刻對準、設備傳送取片等難度較大。（2）蝕刻工藝。由于SiC在化學溶劑中呈現惰性，因此同光使用干法蝕刻。則掩膜材料、掩膜蝕刻的選擇、混合氣體、側壁斜率的控制、蝕刻速率、側壁粗糙度等都需要重新開發。（3）高溫大劑量高能離子注入工藝。由于SiC器件的特性，SiC擴散溫度遠高于硅，傳統的熱擴散在碳化硅中并不實用，摻雜時只能采用高溫離子注入的方式。（4）超高溫退火工藝。高溫離

101、子注入會破壞材料本身的晶格結構，因此需要在惰性氣體中高溫退火來恢復結構，通常退火溫度高達1600-1700度，使SiC表面再結晶并電激活摻雜劑。（5）高質量柵極氧化層生長。較差的SiC/氧化硅界面質量會降低MOSFET反轉層的遷移率，導致閾值電壓不穩定，因此需要開發鈍化技術，以提高SiC/氧化硅界面質量。SiC晶圓制造特定工藝帶來特定設備的需求，主要包括高溫離子注入機、高溫退火爐、SiC減薄設備、背面金屬沉積設備、背面激光退火設備、SiC襯底和外延片表面缺陷檢測和計量。其中，是否具備高溫離子注入機是衡量碳化硅產線的重要標準之一。SiC晶圓制造在原來Si基礎上需求特定設備（部分）設備特性高溫退火

102、爐最高溫度：1950高溫離子注入機最高溫度：700SiC減薄設備晶圓減薄背面金屬沉積設備Ti/Cr/W/Mo/TiW/Ni背面激光退火設備背面歐姆接觸形成SiC襯底和外延片表面缺陷檢測和計量與透明晶圓兼容的工作波長（385nm帶隙）高溫離子注入機高溫退火爐ULVAC（日本）NISSINION（日本）中電48所（中國）AMAT（美國）Centrotherm（德國）東橫化學（日本）北方華創（中國）拉普拉斯（中國）AMB襯板性能優勢明顯，是最佳的碳化硅器件封裝材料碳化硅器件封測陶瓷基板按照工藝主要分為DBC、AMB、DPC、HTCC、LTCC等基板，國內常用陶瓷基板材料主要為氧化鋁、氮化鋁和氮化硅，

103、其中氧化鋁陶瓷基板最常用，主要采用DBC工藝；氮化鋁陶瓷基板導熱率較高，主要采用DBC和AMB工藝；氮化硅可靠性較為優秀，主要采用AMB工藝。AMB工藝生產的陶瓷襯板主要運用在功率半導體模塊上作為硅基、碳化基功率芯片的基底。DBC襯板應用場景受限，AMB襯板性能優勢明顯。由于AMB氮化硅基板有較高熱導率（90W/mK），可將非常厚的銅金屬（厚度可達0.8mm）焊接到相對薄的氮化硅陶瓷上，載流能力較高；且氮化硅陶瓷基板的熱膨脹系數與第3代半導體襯底SiC晶體接近，使其能夠與SiC晶體材料匹配更穩定，因此成為SiC半導體導熱基板材料首選，特別在800V以上高端新能源汽車中應用中不可或缺。另外，目前

104、以硅基材料為主的IGBT模塊在具有高導熱性、高可靠性、高功率等要求的軌道交通、工業級、車規級領域正逐漸采用AMB陶瓷襯板替代原有的DBC陶瓷襯板。中國AMB陶瓷基板主要依賴進口，國內廠商加速擴產，國產替代進行時。AMB基板比較領先的企業包括美國羅杰斯、德國賀利仕科技集團、日本日立新材、日本電化株式會社、韓國金剛高麗化學等。受益于SiC功率模塊新機遇，部分國際企業已在計劃對AMB進行擴產，如東芝高新材料公司已于去年開設大分工廠，開始生產氮化硅陶瓷基板；今年2月，羅杰斯官宣擴大德國埃申巴赫工廠AMB基板產能。在國際企業積極擴產之時，中國本土也涌現出了一批AMB基板生產商包括博敏電子、富樂華、德匯電

105、子、同欣電子、芯舟電子、華清電子等，國產AMB基板廠商有望隨著擴產加速國產替代，實現快速成長。DBC/AMB應用場景比較耐電壓（V）電流值（A）國內外AMB基板供應商國外AMB基板供應商國內AMB基板供應商SiC器件制造需求大增，國內廠商加速追趕國際龍頭（1）器件產能布局(1)公司已有產能項目投資額項目所在地在建產能三安集成2021年6月，SiC晶圓36萬片/年，工廠落成160億湖南長沙泰科天潤一期6萬片6英寸SiC晶圓已通線7億湖南鴻海(富士康)6億收購6英寸SiC晶圓廠，計劃2024年年產能將達18萬片零跑-2023年量產800VSiC電控產品中電科55所4-6英寸，現有一條于2017年投

106、產，產能50萬只/年的模塊工藝線中電科13所2018年SiC電力電子器件芯片產業化項目獲得了石家莊高新區備案批復比亞迪半導體7.3億寧波擬建設SiC晶圓生產線，年產能達到24萬片，項目建設期為5年捷捷微電3006235.1億南通建設功率半導體6英寸晶圓及器件封測生產線建設項目華微電子600360102億擬建設產業園用于SiC外延片、IGBT、MOSFET等芯片生產制造華潤微688396擁有3條6寸產線；6寸商用SiC僅僅官員生產線正式量產；目前規劃產能1000片/月9.5億正在建設12寸產線斯達半導60329035億20億元將用于高壓特色工藝功率芯片和SiC研發及產業化項目，預計將形成年產35

107、萬片；擬投2.2947億元建設SiC功率模組，年產8萬顆揚杰科技30037330億揚州功率半導體器件及集成電路封裝測試項目主體工程綠能芯創20億淄博一期投資5億元，全部投產后可達月產1萬片瞻芯電子5億浙江義烏擬建成國內第一條車規級SiC半導體生產線，2022年投入生產，形成年產30萬片6英寸晶圓的生產能力基本半導體擁有4/6寸生產流程線3.5億深圳預計2023年4月建成投產，年產能將達到200萬只SiC器件，重點打造車規級SiC功率器件封裝線等目前已有49家企業已在功率器件環節布局，新項目投資額達到約為1000億元。SiC器件制造需求大增，國內廠商加速追趕國際龍頭（2）器件產能布局(2)公司已

108、有產能項目投資額項目所在地在建產能世紀金光2018年公司6英寸SiC器件生產線成功通線35億上海將建設年產22萬片6-8英寸SiC生產線國基南方4/6英寸SiC；1200VSiCMOSFET小批量產，年供貨約為1000萬只國家電網已完成6500V50A高壓SiC二極管芯片制備；2019年建成投運國內首條6英寸電力系統用大功率電力電子器件中試線中車時代電氣國內首條6英寸SiC生產線，6萬片/年；成功試制1200VSiC肖特基二極管功率芯片3.5億第一條投資10億元的IGBT生產線產能釋放，第二條投資35億元的生產線預計2020年第開始試生產積塔半導體一期投資89億元，規劃建設月產能6萬片8英寸晶

109、圓的0.11m/0.13m/0.18m工藝生產線，月產能3000片12英寸特色工藝晶圓的55nm/65nm，工藝先導生產線，以及月產能5000片6英寸晶圓的SiC化合物半導體生產線，并在2020年全面量產359億瑞能半導體4/6英寸SiC；器件覆蓋2A-40A，650V-1200V的應用中科漢韻徐州市規劃中的2022年6英寸SiCMosfet芯片產線已經開始啟動前置工作。富能半導體月產3萬片的8英寸硅基功率元件產能和月產1000片的6英寸SiC(SiC)功率元件產能60億山東濟南規劃建設10萬片/月的兩條8英寸廠及5萬片/月的12英寸廠，計劃2020年底實現量產，2022年滿產芯聚能25億廣州

110、南沙第一階段建設用于新能源汽車的IGBT和SiC功率器件與模塊生產基地，模擬產能超過10萬顆/年，2021年Q4產能或達標青島惠科6英寸半導體晶圓功率器件項目全部達產后，將月產芯片20萬片、WLCSP封裝10萬片，年銷售收入25億元29億自2021年4月份量產以來，產能連續5個月實現提升，從不到5千片到8月的4萬片華潤微SiCMOSFET項目封頂10億安徽滁州一期建設的6英寸晶圓廠，是國內建設速度最快的晶圓廠之一，于2021年12月正式投產英唐智控300131子公司英唐微技術擁有一條6英寸晶圓的生產線，兼具Si和SiC器件的生產能力將建6英寸SiC生產線目前已有49家企業已在功率器件環節布局，

111、新項目投資額達到約為1000億元。SiC器件制造需求大增，國內廠商加速追趕國際龍頭（3）器件產能布局(3)公司已有產能項目投資額項目所在地在建產能中科院20億徐州SiC產業一體化項目，主要產品為SiC肖特基二極管、SiCMOS晶體管等功率器件臻驅科技臻驅與日本羅姆半導體共建聯合實驗室，完成了多款SiC模塊的迭代開發青銅劍深圳坪山2021年開工第三代半導體產業基地，預計2022年底完工派恩杰第三代半導體功率器件設計公司、產品有SiCSBD、SiCMOS、氮化鎵HEMT等三大系列，涵蓋650V-3300V的電壓平臺矽臻智誠國內面積最小的SiC二極管產品將進行量產；SiC二極管將在2021年4約量產

112、，SiCMOSFET也計劃2021年下半年量產民德電子300656.SZ5億建設6英寸SiC功率器件等項目，年產能3.6萬片。項目建設周期2.5年，預計2023年建成。生產600V-1700VSiC肖特基二極管、SiCMOSFET安世半導體收購NWF，獲得月產能為3.2萬片8英寸晶圓，最大月產能為4.4萬片8英寸晶圓Newport晶圓廠在2022年將貢獻較多的產能。前端晶圓，未來，一方面是安世在海外產能增加，另一方面是臨港晶圓廠產能的數倍補充；后道封裝，海外馬來西亞工廠已在擴建，2022年就能形成新產能，國內東莞與無錫也會增加。估計在2022年5月可完成新產能。其中，質料倉庫和出產車間將完成全

113、自動化配備。擴產后產能將新增250億顆。遼晶電子現有一條完整的大功率晶體管國軍標生產線，和一條厚膜混合集成電路國軍標生產線SiC二極管項目在研；1200V、20ASiCSBD項目揭榜中科鞍鎵62.86億鞍山市建設第三代化合物半導體芯片制造項目，年產第三代化合物晶體管5億顆科興半導體6英寸第三代(SiC/GaN)半導體芯片及晶體管，年產能5億顆；項目于2019年9月開工目前已有49家企業已在功率器件環節布局，新項目投資額達到約為1000億元。SiC器件制造需求大增，國內廠商加速追趕國際龍頭（4）器件產能布局(4)公司已有產能項目投資額項目所在地在建產能港信光電10億江蘇徐州加將生產第三代大功率半

114、導體器件IGBT模組、模場效應管、雙極型晶體管、可控硅等應用產品新微半導體15億(一期)上海臨港一期建設一條4英寸光電芯片和一條6英寸射頻芯片產線，預計將于2021年建成并投入使用；第二期計劃投資15.5億，建設一條8英寸硅基芯片產線及封裝中試線；第三期擴大再投資50億蓉矽SiCSBD的1200V/20A產品已基本具備量產能力漢磊科技3707約11.6億6英寸SiC生產線;進入8英寸SiC制程冠杰99665億山東臨沂計劃年產10萬件SiC等器件飛萊特8億山東半導體SiC芯片及電子應用項目富元電子13.56億年產8寸硅基功率器件36萬片、6寸SiC功率器件12萬片芯光潤澤20億福建第三代半導體功

115、率模塊產業化項目，6萬片/年，4-8英寸德興意發5億江西6英寸德溝槽和平面型IGBT、智能功率MOSFET及SiC器件瀚薪科技650V系列、1200V系列和1700V系列SiC二極管和MOS管均已規模量產，且已全部通過車規級認證士蘭微600460.SHSiC功率器件德中試線實現通線燕東微電子SiC器件線項目通過驗收目前已有49家企業已在功率器件環節布局，新項目投資額達到約為1000億元。產業鏈下游分析碳化硅制成的功率器件應用廣泛碳化硅器件用途按照電學性能的不同，碳化硅材料制成的器件分為導電型碳化硅功率器件和半絕緣型碳化硅器件，兩種類型碳化硅器件的終端應用領域不同。導電型碳化硅功率器件主要是通過

116、在導電型襯底上生長碳化硅外延層，得到碳化硅外延片后進一步加工制成，品種包括造肖特基二極管、MOSFET、IGBT等，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。半絕緣型碳化硅基射頻器件是通過在半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層，制得碳化硅基氮化鎵外延片后進一步制成，包括HEMT等氮化鎵射頻器件，主要用于5G通信、車載通信、國防應用、數據傳輸、航空航天。碳化硅制成的功率器件根據電學性能差異分成兩類，廣泛應用于新能源汽車、光伏發電、軌道交通、5G通訊等領域。兩種類型的碳化硅器件的終端用途汽車是導電型碳化硅功率器件最大的終端應用市場導電型器件應用(1)導電型碳化硅功率器件目前主

117、要應用于逆變器中。逆變器是一種將直流信號轉化為高壓交流電的裝置，在傳統硅基IGBT逆變器中，其基本原理為利用方波電源控制IGBT的開關，使得原來的直流電路輸出方波高電壓，經過整形模塊的整形后形成正弦電壓，即交流電。由于輸出電壓和輸出頻率可以任意控制，所以逆變器被廣泛用于控制交流電機和無刷電機的轉速，是新能源發電、不間斷電源、電動汽車、軌道交通、白色家電、電力配送等領域不可或缺的功率轉換裝置。導電型碳化硅功率器件廣泛應用于新能源汽車、光伏、高鐵、工業電源等領域，汽車是最大的終端應用市場。導電型碳化硅功率器件應用領域數據來源：YOLE，億渡數據整理汽車是導電型碳化硅功率器件最大的終端應用市場。根據

118、YOLE的數據，2021年全球導電型碳化硅功率器件市場規模為10.90億美元，其中應用于汽車市場的導電型碳化硅功率器件市場規模為6.85億美元，占比約為63%；其次分別是能源、工業等領域，2021年市場規模分別為1.54億、1.26億美元，占比分別為14.1%、11.6%。未來隨著碳化硅器件在新能源汽車、能源、工業等領域滲透率不斷提升，碳化硅器件市場規模有望持續提升。根據Yole的預測，2027年全球導電型碳化硅功率器件市場規模有望達62.97億美元，2021-2027年CAGR達34%；其中汽車市場導電型碳化硅功率器件規模有望達49.86億美元，占比達79.2%，是導電型碳化硅功率器件第一大

119、應用市場。2021年、2027年全球各細分市場導電型碳化硅功率器件市場規模單位：億美元6.851.541.260.780.4749.864.585.51.911.12汽車能源工業交通其它2021年2027年導電型碳化硅功率器件在新能源汽車領域具有較多優勢，全球頭部廠商已逐漸采用導電型碳化硅功率器件導電型器件應用(2)碳化硅MOSFET在電動汽車主驅逆變器中相比Si-IGBT優勢明顯，雖然當前SiC器件單車價格高于Si-IGBT，但SiC器件的優勢可降低整車系統成本：（1）由于碳化硅MOSFET相比硅基IGBT功率轉換效率更高，根據Wolfspeed數據，采用碳化硅MOSFET的電動汽車續航距離

120、相比硅基IGBT可延長5-10%，即在同樣續航里程的情況下可削減電池容量，降低電池成本。（2）碳化硅MOSFET的高頻特性可使得逆變器線圈、電容小型化，電驅尺寸得以大幅減少，而可聽噪聲的降低可以減少電機鐵損。（3）碳化硅MOSFET可承受更高電壓，在電機功率相同的情況下可以通過提升電壓來降低電流強度，從而使得束線輕量化，節省安裝空間。車載充電機(OBC)為電動汽車的高壓直流電池組提供了從基礎設施電網充電的關鍵功能，通過使用車載充電器可將電網中的交流電轉換為直流電對電池進行充電，OBC是決定充電功率和效率的關鍵器件。對于電動汽車車載充電機來說，碳化硅MOSFET相比Si基器件同樣具有系統優勢：（

121、1）更低的系統成本。雖然SiC器件相較于Si基器件價格較貴，但是使用SiC器件的OBC可以節省磁感器件和驅動器件成本，從而降低系統成本。（2）更高的峰值效率。OBC中使用SiC器件后充電峰值效率較使用Si基器件的系統提升2個點。（3）更大的功率密度。使用SiC器件的系統功率密度較Si基器件提升約50%，從而減少OBC的重量和體積。DC-DC轉換器是轉變輸入電壓并有效輸出固定電壓的電壓轉換器。車載DC/DC轉換器可將動力電池輸出的高壓直流電轉換為低壓直流電，主要給車內動力轉向、水泵、車燈、空調等低壓用電系統供電。未來隨著電動汽車電池電壓升至800V高壓平臺，1200V的SiCMOSFET有望被廣

122、泛應用于DC-DC轉換器中：（1）首先，OBC與DC-DC等功率器件集成化趨勢明顯，22KW車載充電機中，DC-DC轉換器與OBC有望集成（2）其次，雙向DC-DC轉換器中，SiC的高速恢復特性最為合適；（3）為能夠適配原400V直流快充樁，搭載800V電壓平臺的新車須配有額外DC-DC轉換器進行升壓，進一步增加對DC-DC的需求。全球新能源汽車頭部廠商逐漸采用導電型碳化硅功率器件。特斯拉是業界首個在電動汽車中采用碳化硅主驅逆變器模塊的車企，2018年，特斯拉在Model3中首次將IGBT模塊換成了SiC模塊。當前越來越多的車廠正在轉向在電驅中使用碳化硅MOSFET器件，目前除特斯拉Model

123、3外，還有比亞迪漢EV、比亞迪新款唐EV、蔚來ES7、蔚來ET7、蔚來ET5、小鵬G9、保時捷Tayan和現代ioniq5等車型已經在電驅中采用了碳化硅器件。碳化硅在電動汽車領域主要用于：主驅逆變器、車載充電系統(OBC)、電源轉換系統(車載DC/DC)和非車載充電樁。導電型碳化硅功率器件在新能源汽車上的應用車載充電機（OBC）在電動汽車中的作用數據來源：Wolfspeed，億渡數據整理22KW雙向OBC中SiC器件與Si器件對比22KW雙向OBCSiC器件系統Si器件系統系統成本1.00 x1.18x系統峰值效率97%95%功率密度3KW/L2KW/L導電型碳化硅功率器件在光伏發電和軌道交通

124、領域也有廣闊發展前景導電型器件應用(3)在光伏發電領域，由于使用導電型碳化硅功率器件可以降低光伏發電系統損耗，未來隨著碳化硅器件成本的不斷降低，碳化硅器件有望逐步替代硅基器件，市場規模有望不斷提升。在光伏發電應用中，基于硅基器件的傳統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。而使用碳化硅材料，可將轉換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設備循環壽命提升50倍。根據CASA預測，在2025年，碳化硅功率器件占比將達到50%，相比2020年增長40個百分點，并將持續擴大占比。導電型碳化硅功率器件可以降低光伏發電系統損耗，提升列車牽引系統節能效果，在這2個領域

125、也具有廣闊發展前景。光伏逆變器中導電型碳化硅功率器件占比預測數據來源：CASA，億渡數據整理碳化硅材料可以顯著提升列車牽引系統節能效果，符合軌道交通大容量、輕量化和節能型牽引變流裝置的應用需求，有望在軌道交通中得到廣泛應用。同時，由于碳化硅抗高溫高壓高頻的特性，完美切合智能電網發展需求，被應用在固態變壓器、柔性交流輸電、柔性直流輸電、高壓直流輸電及配電系統等應用方面推動智能電網的發展和變革。雖然2018年碳化硅在軌道交通的應用占比僅為2%，但CASA預測在2030年碳化硅在軌道交通功率器件的應用占比將達30%，滲透率不斷提升。軌道交通中碳化硅功率器件占比預測10%50%70%75%80%85%

126、2020年2025年2030年20235年2040年2048年98%70%30%10%2%17%35%30%5%20%40%8%15%20%2018年2030年2040年2050年硅基IGBT器件混合碳化硅器件全碳化硅器件碳化硅分立器件半絕緣型碳化硅器件廣泛應用于射頻器件領域，受5G驅動增長良好半絕緣型器件應用半絕緣型碳化硅器件主要是碳化硅基氮化鎵射頻器件。目前主流的射頻器件材料有砷化鎵、硅基LDMOS、碳化硅基氮化鎵等不同類型。其中，砷化鎵器件已在功率放大器上得到廣泛應用，硅基LDMOS器件也已在通訊領域應用多年，但其主要應用于小于4GHz的低頻率領域。碳化硅基氮化鎵射頻器件同時具備了碳化硅

127、的高導熱性能和氮化鎵在高頻段下大功率射頻輸出的優勢，隨著信息技術產業對數據流量、更高工作頻率和帶寬等需求的不斷增長，氮化鎵器件在基站中應用越來越廣泛。氮化鎵射頻器件正在取代LDMOS在通信宏基站、雷達及其他寬帶領域的應用。根據Yole預測，至2025年，功率在3W以上的射頻器件市場中，砷化鎵器件市場份額基本維持不變的情況下，氮化鎵射頻器件有望替代大部分硅基LDMOS份額，占據射頻器件市場約50%的份額。在應用方面，5G通信推動著碳化硅成為射頻器件的主流材料。5G通訊高頻、高速、高功率的特點對微波射頻器件提出了更高要求，對目前采用的砷化鎵和硅基LDMOS器件提出了挑戰。不同于砷化鎵和硅基LDMO

128、S器件的固有缺陷，如高頻段性能差、功率效率較差等。由于半絕緣型碳化硅襯底制備的氮化鎵射頻器件在高頻段表現良好、能抗高溫高壓，具有高功率處理能力，已逐步成為5G時代較大基站功率放大器的候選技術。碳化硅基氮化鎵射頻器件具備了碳化硅的高導熱性能和氮化鎵在高頻段下大功率射頻輸出的優勢，在基站中應用廣泛。5G基站發展趨勢毫米波/族器件（GaAs/GaN）小基站/族器件（GaAs/GaN）毫米波毫米波GaN毫米波GaN高頻，高效高功率密度陣列天線小尺寸寬禁帶不同類型射頻器件在高頻高功率下應用對比行業企業在軌交電網領域2021年時代電氣IGBT交付量為全國第一時代電氣主要從事軌道交通裝備產品的研發、設計、制

129、造、銷售時代電氣主要從事軌道交通裝備產品的研發、設計、制造、銷售并提供相關服務，具有“器件+系統+整機”的產業結構，產品主要包括以軌道交通牽引變流系統為主的軌道交通電氣裝備、軌道工程機械、通信信號系統等。同時，公司還積極布局軌道交通以外的產業，在功率半導體器件、工業變流產品、新能源汽車電驅系統、傳感器件、海工裝備等領域開展業務。在功率半導體器件領域，公司產品布局覆蓋IGBT及FRD模塊、SiC芯片及器件、整流管及晶閘管產品線，產品應用領域包括光伏、軌交、電網、新能源汽車等領域，其中在軌交電網領域公司2021年IGBT交付量為全國第一。公司在軌交裝備業務外積極布局新興裝備業務從營收構成來看，公司

130、在軌交裝備業務外積極布局新興裝備業務，新興裝備業務以功率半導體器件業務為主，隨著公司產能的爬坡和產品種類的拓展，從2018年至今新興裝備業務總營收占比持續提高，2021年新興裝備業務總營收占比達17.01%。時代電氣2018年至2022年H1收入構成（億元）138.22144.34138.90122.5246.0017.5617.6519.0125.7218.282018年2019年2020年2021年2022年H1軌道交通裝備新產業新興裝備數據來源：公司年報，億渡數據整理時代電氣SiC領域布局國內領先產品簡介產品參數應用SBD芯片及器件具有正溫度系數、耐高壓、高浪涌能力、高電流密度，低比導通

131、電阻等特點反向重復峰值電壓（V）：1200-3300正向電流（A）：10-47運行結溫（）：-40-150光伏、軌交、電網等MOSFET芯片及器件車規級SiCMOSFET芯片，具有高電流密度，低比導通電阻，高工作頻率等特點，適用于新能源汽車、充電樁領域；高壓SiCMOSFET芯片，芯片內置柵電阻，具有低開關損耗，高工作頻率的特點，適用于軌道交通、電網領域擊穿電壓（V)：1200-3300正向電流（A)：32-60運行結溫（）：-40-175高壓MOSFET用于軌交、電網。車規級MOSFET用于新能源汽車、充電樁SiC模塊采用中車第二代SiC芯片，具有正溫度系數，高浪涌能力等特點額定電壓（V）：

132、1200-3300額定電流（A)：500-1600工作結溫（）：75-95軌交、電網、新能源汽車、充電樁時代電氣SiC領域產品情況介紹公司收入受鐵路投資額影響，有一定波動2021年鐵路投資額下降導致公司營業規模的下降，2021年公司實現營收151.21億元，同比下降6%；2022年起主業觸底反彈，2022年上半年公司營業收入達65.27億元，同比增長23%，歸母凈利潤達8.71億元，同比增長25.28%。時代電氣2018年至2022H1收入與凈利潤（億元）數據來源：公司年報，億渡數據整理156.58163.04160.34151.2165.2726.1226.5924.7520.188.712

133、018年2019年2020年2021年2022年H1營業總收入(億元)歸屬母公司股東的凈利潤(億元)國內IGBT模塊龍頭企業，車規級SiC模塊的重要供應商斯達半導IGBT為主的功率半導體芯片和模塊的研發、生產及銷售公司長期致力于IGBT、快恢復二極管等功率芯片的設計和工藝及IGBT、MOSFET、SiC等功率模塊的設計、制造和測試，公司的產品廣泛應用于工業控制和電源、新能源、新能源汽車、白色家電等領域。IGBT作為一種新型功率半導體器件，是國際上公認的電力電子技術第三次革命最具代表性的產品，是工業控制及自動化領域的核心元器件，其作用類似于人類的心臟，能夠根據裝置中的信號指令來調節電路中的電壓、

134、電流、頻率、相位等，以實現精準調控的目的。因此，IGBT被稱為電力電子行業里的“CPU”，廣泛應用于新能源、新能源汽車、電機節能、軌道交通、智能電網、航空航天、家用電器、汽車電子等領域。IGBT模塊的銷售收入占公司主營業務收入的94%以上斯達半導2018年至2021年收入構成（億元）數據來源：公司年報，億渡數據整理公司不斷發展IGBT技術，車規級SIC模塊獲得較多供應商認可營收及歸母凈利潤規模整體保持較快的增長在工控及電源行業穩定發展、新能源領域快速上升的背景下，斯達半導營收及歸母凈利潤規模整體保持較快的增長。斯達半導2018年至2022H1收入與凈利潤（億元）數據來源：公司年報，億渡數據整理

135、4.847.619.1215.950.110.160.481.011.772018年2019年2020年2021年1200VIGBT模塊其他產品其他電壓IGBT模塊6.757.799.6317.0711.540.971.351.813.983.472018年2019年2020年2021年2022年H1營業總收入(億元)歸屬母公司股東的凈利潤(億元)公司在IGBT的技術基礎上不斷發展以SiC和主的寬禁帶功率半導體器件關鍵技術。斯達作為國內車規級SiC模塊的重要供應商，車規級SiC模塊已獲得了國內外多家車企和Tier1的項目定點，有較強的市場競爭力。公司客戶目前主要分布于新能源、新能源汽車、工業控

136、制及電源、變頻白色家電等行業，主要競爭對手均為國際品牌廠商。公司在與國際主要品牌廠商的競爭過程中，已形成技術優勢、快速滿足客戶個性化需求優勢、細分行業領先優勢、先發優勢、人才優勢、合理的業務模式優勢、較強的市場開拓能力等優勢。國內MOS領軍企業，已形成5大產品平臺新潔能主營業務為MOSFET、IGBT等器件的研發、設計、銷售公司的主營業務為MOSFET、IGBT等半導體芯片和功率器件的研發設計及銷售，銷售的產品按照是否封裝可以分為芯片和功率器件。通過持續的自主創新，公司在溝槽型功率MOSFET、超結功率MOSFET、屏蔽柵功率MOSFET以及IGBT等產品的設計研發方面擁有多項核心技術。主要產

137、品包括12V200V溝槽型功率MOSFET、30V300V屏蔽柵功率MOSFET、500V900V超結功率MOSFET、600V1350V溝槽柵場截止型IGBT及功率IC（柵驅動IC及電機驅動IC），產品廣泛應用于消費電子、汽車電子、工業電子以及新能源汽車/充電樁、智能裝備制造、物聯網、5G、光伏新能源等領域。收入主要來自于功率器件，2021年占比達到90%數據來源：公司年報，億渡數據整理公司具有研發優勢、產品系列優勢、產品品質優勢等諸多優勢受益于2020年下半年以來功率半導體缺貨，營收和凈利增長受益于2020年下半年以來功率缺貨帶來的價格上漲和公司產品在華虹12寸產線上的起量，公司2021年

138、營收和歸母凈利潤都實現了大幅提升，2021年營收達14.98億元，同比增長56.89%，歸母凈利潤達4.1億元，同比增長194.55%。新潔能2018年至2022H1收入與凈利潤（億元）數據來源：公司年報，億渡數據整理5.005.697.7813.522.152.021.751.422018年2019年2020年2021年功率器件(億元)芯片(億元)7.167.739.5514.988.611.410.981.394.102.342018年2019年2020年2021年2022年H1營業總收入(億元)歸屬母公司股東的凈利潤(億元)截至2022年底，公司擁有135項專利，其中發明專利36項，發明

139、專利數量和占比在國內半導體功率器件行業內位居前列，已形成核心技術壁壘。研發實力優勢新潔能2018年至2021年收入構成（億元）公司已擁有覆蓋12V1700V電壓范圍、0.1A450A電流范圍的多系列細分型號產品，是國內MOSFET產品系列最齊全且技術先進的設計企業之一。產品系列優勢公司擁有完善的產品質量管控體系，針對產品進行全流程質量管控，產品性能優良、質量穩定、一致性高，公司產品在細分市場具有較高的品質優勢。產品品質優勢國內領先的寬禁帶半導體（第三代半導體）襯底材料生產商天岳先進公司自主研發出半絕緣型碳化硅襯底產品公司是一家國內領先的寬禁帶半導體（第三代半導體）襯底材料生產商，主要從事碳化硅

140、襯底的研發、生產和銷售，產品可廣泛應用于微波電子、電力電子等領域。目前，公司主要產品包括半絕緣型和導電型碳化硅襯底。在國外部分發達國家對我國實行技術封鎖和產品禁運的背景下，公司自主研發出半絕緣型碳化硅襯底產品，實現我國核心戰略材料的自主可控，有力保障國內產品的供應，確保我國寬禁帶半導體產業鏈的平穩發展。公司產品已批量供應至國內碳化硅半導體行業的下游核心客戶，同時已被國外知名的半導體公司使用。在導電型碳化硅襯底領域，公司6英寸產品已送樣至多家國內外知名客戶，并于2019年中標國家電網的采購計劃。產品主要為半絕緣型碳化硅襯底，已實現少量導電型襯底銷售公司具有技術優勢，已完成6英寸襯底的小批量銷售天

141、岳先進收入增長較快目前尚未盈利天岳先進2018年至2022H1收入與凈利潤（億元）數據來源：公司年報，億渡數據整理天岳先進產品類別1.362.694.254.941.61-0.42-2.01-6.420.90-0.732018年2019年2020年2021年2022年H1營業總收入(億元)歸屬母公司股東的凈利潤(億元)碳化硅襯底屬于高度技術密集型行業，具有極高的技術壁壘。技術迭代更新需要長期持續開展大量創新性的工作，同時需要獲取海量的技術數據積累，以完成各工藝環節的精準設計。公司自成立以來，專注于碳化硅單晶半導體的制備技術，經過十余年的技術發展，自主研發出2-6英寸半絕緣型及導電型碳化硅襯底制

142、備技術，系統地掌握了碳化硅單晶設備的設計和制造技術、熱場仿真設計技術、高純度碳化硅粉料合成技術、不同尺寸碳化硅單晶生長的缺陷控制和電學性能控制技術、不同尺寸碳化硅襯底的切割、研磨、拋光和清洗等關鍵技術；較早在國內實現了4英寸半絕緣型碳化硅襯底的產業化，成為全球少數能批量供應高質量4英寸半絕緣型碳化硅襯底的企業；完成了6英寸導電型碳化硅襯底的研發并開始了小批量銷售。天岳先進主營業務產品其它業務產品可進一步制成HEMT等微波射頻器件，主要應用于無線通信基礎設施和國防領域進一步制成肖特基二極管，MOSFET，IGBT等功率器件，主要應用于電動汽車及充電樁，光伏新能源，軌道交通，智能電網等。作為寶石晶

143、棒用于加工制成莫桑鉆等珠寶首飾進入消費品市場，或用于設備研發與測試等領域。用于設備研發測試或科研等半絕緣型碳化硅襯底導電型碳化硅襯底非半導體級的半絕緣型碳化硅晶棒不合格襯底國內碳化硅外延龍頭企業，已量產6英寸外延片正發展8英寸外延片廣東天域中國首家從事碳化硅(SiC)外延晶片市場營銷、研發和制造天域(TYSiC)成立于2009年，是中國第一家從事碳化硅(SiC)外延晶片市場營銷、研發和制造的民營企業。東莞天域在外延制造技術上位于領先位置，具有低缺陷、高度均勻性6英寸4HSiC外延生長技術。密度小于0.2每平方厘米、可用面積大于98%、BPD小于0.1每平方厘米。外延層載流子濃度均勻性小于2%、

144、外延層厚度均勻性小于1%。產品種類齊全，覆蓋市場主流單極型和雙極型功率器件材料公司具有研發優勢、產品技術優勢、已量產6英寸產品廣東天域碳化硅外延產能國內第一SiC-CVD生產車間4H-SiC單極型功率器件材料低缺陷密度、高均勻性6英寸外延片，已達到全球領先的技術指標缺陷密度98%BPD0.1/cm2公司產品種類齊全，覆蓋市場主流單極型和雙極型功率器件材料。公司產品類型涵蓋單極型與雙極型、中低壓及超高壓全系列規格。為全球客戶提供n-型和p-型摻雜外延材料、制作肖特基二極管、JFET、BJT、MOSFET，GTO和IGBT等。公司產品應用領域包括：電源/PFC、光伏、新能源汽車電驅系統及充電樁、風

145、能、高鐵、智能電網及船舶等領域。4H-SiC雙極型功率器件材料天域在中國擁有最多的碳化硅外延爐-CVD，生產設備國際一流，產能國內第一。憑著最先進的外延爐設備、外延技術和最先進的測試和表征能力，天域在國內產能排名第一。公司SiC外延的全套核心技術，均為自主研發，作為保護，申請發明專利24件(授權12項)；申請實用新型專利24件(授權13項)。累計發表高水論文27篇(SCI/EI收錄論文16篇)。研發實力優勢廣東天域生產出來的低缺陷、高均勻性6英寸外延片達到了全球領先的技術指標。產品技術指標領先天域是國內最早實現6英寸外延晶片量產的公司，目前正在布局積極發展8英寸SiC外延片系列產品批量生產。最

146、早實現6英寸外延片量產法律聲明版權聲明 本報告為億渡數據制作，報告中所有的文字、圖片、表格均受有關商標和著作權的法律保護，部分文字和數據采集于公開信息，所有權為原著者所有。沒有經過本公司書面許可，任何組織和個人不得以任何形式復制或傳遞。任何未經授權使用本報告的相關商業行為都將違反中華人民共和國著作權法和其他法律法規以及有關國際公約的規定。免責聲明本報告中行業數據及相關市場預測主要為行業研究員采用桌面研究、行業訪談、市場調查及其他研究方法，建立統計預測模型估算獲得，只提供給用戶作為市場參考資料。在任何情況下，本報告中的信息或所表述的意見均不構成對任何人的投資建議。在不同時期，億渡數據可能撰寫并發布與本報告所載資料、看法及推測不一致的報告。本公司不保證本報告所含信息及資料保持在最新狀態，本公司將隨時補充、更新和修訂有關信息及資料，但不保證及時通知或發布。在任何情況下，本公司亦不對任何人因使用本報告中的任何內容所引致的任何損失負任何責任。專業服務、技術領先