1、2023 年深度行业分析研究报告 目目 录录 1.投资观点.6 1.碳化硅高性能+低损耗，产业化受制于衬底产能.7 1.1.半导体材料更迭四代，宽禁带材料突破瓶颈.7 1.2.SiC 功率器件性能优越，有望实现对硅基器件的替代.9 1.3.价值量集聚于衬底和外延，成本高企制约产能释放.12 1.3.1.价值量聚焦于衬底和外延，市场规模增长较快.12 1.3.2.衬底扩径有望降低成本，8 英寸衬底 2024 年集中落地.13 1.3.3.衬底成本高企制约产业化发展，核心在于产能供应不足.14 2.碳化硅工艺难度大，衬底制备是最核心环节.15 2.1.晶体生长：速度慢可控性差，是衬底制备主要技术难

2、点.16 2.2.晶体加工：切割是技术难点，研磨抛光提高表面质量.18 2.2.1.切割是首道加工工序，固结磨料金刚线切割应用最广.19 2.2.2.研磨抛光清洗工序，保障晶片表面质量和精度要求.22 2.3.外延生长：极大影响器件性能，向低缺陷高耐压发展.23 2.4.晶圆制造：工艺与硅基类似，需要特定工艺和设备.25 3.新能源需求拉动，产能放量为设备投资带来增量.26 3.1.需求端：新能源车需求领航，光伏应用前景广阔.26 3.2.供给端：国内外衬底厂商放量在即，带来巨大设备空间.30 UZiWhURUkYhUtQoNnPbRaObRpNmMmOtQiNpPtPlOnPsMbRmMvM

3、wMqMtNvPsQrN图目录图目录 图 1：第三代半导体具备广阔的应用前景.8 图 2：SiC 功率半导体市场占比远高于 GaN.8 图 3：碳化硅常见晶格结构.8 图 4：第三代半导体击穿电压更高、电阻率更低.9 图 5：SiC 器件相比硅基器件，尺寸更小能耗更低.9 图 6：SiC 主要用于功率器件和微波射频器件.10 图 7：SiC 功率器件主要包括二极管和晶体管两类.10 图 8：SiC-SBD 是速度最快的高压肖特基二极管，耐压且损耗低.10 图 9：SiC-MOSFET 对标高压 Si-MOSFET 和 IGBT.11 图 10：SiC-MOSFET 开关损耗明显优于 IGBT.

4、11 图 11：IGBT 应用范围广阔，碳化硅器件适合高压大功率领域.12 图 12：材料环节价值量占比高达 70%，其中衬底占比 47%，外延占比 23%.12 图 13：全球半绝缘性 SiC 衬底市场规模（亿美元）.13 图 14：全球导电型 SiC 衬底市场规模（亿美元）.13 图 15：晶圆扩径是产业趋势.13 图 16：衬底大型化可提高晶圆利用率.13 图 17：Wolfspeed 预计 8 英寸衬底降幅较快.14 图 18：PGC 预计 8 英寸衬底 2024 年具备成本优势.14 图 19：2020 年导电型衬底 CR3 达 89%.15 图 20：2020 年半绝缘型衬底 CR

5、3 达 98%.15 图 21：天岳先进衬底良率约 70%，晶棒良率约 40%.15 图 22：碳化硅衬底加工工艺（以天科合达PVT 法为例）.16 图 23：晶体生长后需经历晶体加工和晶片加工.19 图 24：传统游离磨料砂浆切割方式与新型金刚线切割方式.20 图 25：DISCO 开发的新型激光切割工艺 KABRA.21 图 26：英飞凌冷裂技术可增产将本.21 图 27：水导激光切割提供厚材料、低损伤切割新思路.22 图 28：本土企业在碳化硅金刚线切割与激光切割工艺方面均有布局.22 图 29：切抛磨是保证晶片精度的关键工艺.23 图 30：目前已开发出的三种 CMP 配置.23 图

6、31：合适的衬底偏角和温度可提高外延生长效率.24 图 32：外延生长设备基本由海外企业垄断.24 图 33：碳化硅功率器件下游应用主要为新能源车和光伏逆变器.26 图 34：碳化硅器件应用于新能源车主驱逆变器、OBC 和 DC/DC 转换器 .27 图 35：阳光电源 SG250HX 逆变器已应用英飞凌碳化硅技术.29 图 36：2023 年每十万片衬底产能设备投资额价值量估计.30 图 37：切割装备与切割耗材营业收入占比最大.36 图 38：近三年归母净利润稳定增长.36 图 39：2023 年金刚线产能预计可达 9,000 万千米.36 图 40：2023 年硅片切割产能预计可达 38

7、GW.36 图 43：光伏板块营业收入占比逐年提高.38 图 44：近五年归母净利润波动较大.38 图 45：光伏板块产能近三年持续上涨.38 图 46：精密激光加工设备为主要营收来源.40 图 47：22Q3 归母净利润 3465.96 万，同比下降 60%.40 表目录表目录 表 1：本报告对应行业内重点公司估值表.2 表 2：不同代际半导体材料应用领域不同.7 表 3：SiC 各项性能指标优异.9 表 4：8 英寸碳化硅衬底目前仅 wolfspeed 投产，厂商量产时间集中在2023-2024 年.14 表 5：PVT 法是目前 SiC 衬底主流制备工艺.16 表 6：PVT 仍是目前

8、SiC 衬底的主流制备工艺.17 表 7：液相法研发主要集中在中日韩，我国已有相关设备下线.18 表 8：金刚线切割与游离磨料砂浆切割对比（以硅材料为例）.20 表 9：固结磨料金刚线切割是主流，激光切割逐渐兴起.20 表 10：碳化硅单晶抛光片加工标准.23 表 11：碳化硅相比硅基半导体需要部分特定设备.25 表 12：我们预计 2026 年碳化硅衬底设备市场空间 251.8 亿元，对应48.0 亿元新增设备空间.26 表 13：预计 2026 年新能源车领域新增碳化硅衬底（折合到六英寸）需求将达到 347.3 万片。.28 表 14：预计 2026 年光伏领域新增碳化硅衬底（折合到六英寸

9、）需求将达到 108.4 万片.29 表 15：预计至 2026 年碳化硅衬底产能达 839.2GW.30 表 16：公司主要产品为高硬脆材料切割设备与耗材.35 表 17：公司在切割设备、金刚线、硅片切割技术方面占据行业领先地位 .37 表 18：公司聚焦五大领域，主要生产与销售超微细合金线材及其他金属基复合材料.37 表 19：具有金刚线相关专利.39 表 20：主要从事精密激光加工设备、激光器、激光设备租赁和激光加工服务四类业务.40 表 21：半导体晶圆激光隐形切割设备利用激光实现碳化硅晶圆的切割加工.40 表 22：具有两项碳化硅激光切割相关技术.41 表 23：一项碳化硅激光切割技

10、术项目在研.41 表 24：精密激光加工设备扩产后产能预计新增 380 台.42 1.碳化硅高性能碳化硅高性能+1.1.半导体材料更迭四代，宽禁带材料突破瓶颈半导体材料更迭四代，宽禁带材料突破瓶颈 在高性能和低能耗半导体器件驱动下，半导体材料经历四次更迭。在高性能和低能耗半导体器件驱动下，半导体材料经历四次更迭。半导体材料是制造半导体器件和集成电路的电子材料，是电子信息技术发展的基础。伴随下游应用日趋复杂化和精细化，高性能及低损耗的半导体器件需求成为半导体研究的重要方向，驱动半导体材料经历四次更迭：1）第一代元素半导体材料：硅（）第一代元素半导体材料：硅（Si）、锗（）、锗（Ge）。）。20

11、世纪 50 年代兴起，取代了笨重的电子管，奠定了以集成电路为核心的微电子工业的基础，广泛用于信息处理和自动控制等领域。2）第二代化合物半导体材料：砷化镓（）第二代化合物半导体材料：砷化镓（GaAs）、磷化铟（）、磷化铟（InP）。）。20 世纪90 年代兴起，突破硅在高频高压及光电子领域的局限，开拓了移动通信和以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网产业，多用于发光电子器件以及通信基础设备。3）第三代宽禁带半导体材料：碳化硅（）第三代宽禁带半导体材料：碳化硅（SiC）、氮化镓（）、氮化镓（GaN）等。）等。近 10年逐渐兴起，具备大带隙、大载流子漂移速率、大热导率和大击穿电场四大特性，全面突破材

12、料在高频、高压、高温等复杂条件下的应用极限，适配 5G 通信、新能源汽车、智能物联网等新兴产业，对节能减排、产业转型升级、催生新的经济增长点将发挥重要作用。4）第四代超禁带半导体材料：氧化镓（）第四代超禁带半导体材料：氧化镓（Ga2O3）、氮化铝（）、氮化铝（AlN）、金刚）、金刚石以及锑化镓（石以及锑化镓（GaSb）、锑化铟（）、锑化铟（InSb）等。）等。近 5-10 年被提出，在第三代半导体基础上实现进一步提效降本，以人工智能与量子计算为驱动力，目前处于科研与产业化起步阶段。表表 2：不同代际半导体材料应用领域不同不同代际半导体材料应用领域不同 第一代半导体第一代半导体 第二代半导体第二

13、代半导体 第三代半导体第三代半导体 第四代半导体第四代半导体 代表代表材料材料 硅（Si）、锗（Ge）砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）碳化硅（碳化硅（SiC）、氮化镓（）、氮化镓（GaN）锑化镓（GaSb）、氧化镓（Ga2O3）材料材料性质性质 间接带隙结构，禁带宽度较窄、电子迁移率和击穿电场较低 直接带隙结构，电子迁移率是硅 6 倍，发光效率高 宽禁带、击穿电场高、热导率高、宽禁带、击穿电场高、热导率高、电子饱和率高、抗辐射能力强电子饱和率高、抗辐射能力强 超窄带隙，电子迁移率高；超宽带隙，更高击穿电场等 特点特点分析分析 工艺成熟、成本低廉、自然界储备大 工艺较为成熟、资源稀缺、材料具

14、有毒性 工艺发展中、成本较高、适用于高工艺发展中、成本较高、适用于高电压、高频率场景，减少电力消耗电压、高频率场景，减少电力消耗 科研阶段，工艺良率低、成本高，外部设备禁运 应用应用领域领域 大规模集成电路领域，低亚、低频器件（硅基器件占半导体产品 90%以上）微电子和光电子领域，发光二极管和通信器件等 新能源汽车、新能源汽车、5G 和高速轨道交通和高速轨道交通等新兴领域，光电子和功率电子器等新兴领域，光电子和功率电子器件等件等 探测器、激光器等和特性更突出得功率器件 数据来源：天岳先进招股说明书、环球市场随笔、半导体产业纵横、国泰君安证券研究。高功率高功率+高频率高频率+高温高温+高电压，第

15、三代半导体（高电压，第三代半导体（SiC 和和 GaN）物理性能）物理性能优异。优异。第三代半导体作为宽禁带材料，具有四大特性：大带隙、大载流子漂移速率、大热导率和大击穿电场，做成的器件对应有四高性能：高功率、高频率、高温和高电压，制造的装备系统对应有四小优点：小能耗、小体积、小体重和小成本（暂未实现）。在半导体照明、新一代移动通信、能源互联网、高速轨道交通、新能源汽车、消费电子等领域有广阔的应用前景。8 of 44 SiC 和和 GaN应用各有侧重，应用各有侧重，SiC 为宽禁带核心材料。为宽禁带核心材料。SiC和 GaN 是应用最广、发展最快的第三代半导体材料，光电子领域主要是 GaN 的

16、应用，涉及 LED、LD 及光探测器，热门赛道是 Micro-LED 和深紫外 LED。1)电力电子领域：SiC 适合中高压，GaN 适合中低压，二者在中压领域竞争（650-1200V，汽车和光伏），热门赛道是 SiC SBD、MOSFET 和 GaN HEMT 等。2)微波射频方面：SiC 基 GaN-HEMT 已占据 5G 基站功率放大器半壁江山。现阶段，现阶段，SiC 质量远高于质量远高于 GaN，占据了近，占据了近 90%的第三代的第三代半导体电力电子器件市场。半导体电力电子器件市场。图图 1：第三代半导体具备广阔的应用前景第三代半导体具备广阔的应用前景 图图 2：SiC 功率半导体市

17、场占比远高于功率半导体市场占比远高于 GaN 数据来源：陆敏第三代半导体的自画像 数据来源：CASA、omedia、国泰君安证券研究 SiC 不同晶体结构性能各异，不同晶体结构性能各异，4H-SiC 综合性能最佳。综合性能最佳。SiC由于 C原子和Si 原子结合方式多样，有 200 多种同质异型晶体结构，其中 6H-SiC 结构稳定，发光性能好，适合光电子器件；3C-SiC 饱和电子漂移速度高，适合高频大功率器件；4H-SiC 电子迁移率高、导通电阻低、电流密度高，适合电力电子器件。4H-SiC 是目前综合性能最好、商品化程度最高、技术最成熟的第三代半导体材料，是制造高压、高温、抗辐照功率半导

18、体器件的理想材料。SiC的热、物理、化学性质很稳定的热、物理、化学性质很稳定：热导率84W/(m K)超过铜，约为硅的 3 倍；禁带宽度约为 Si 的 3 倍，击穿电场强度高于 Si一个数量级，饱和电子漂移速度是 Si 的 2.5 倍，2000时导电性与石墨相当；耐腐蚀性非常强，表面 SiO2 薄层防止进一步氧化，室温下几乎可以抵抗任何已知的腐蚀剂。图图 3：碳化硅常见晶格结构碳化硅常见晶格结构 数据来源：国泰君安证券研究 0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%SiC功率器件SiC功率模组GaN功率器件GaN功率模组与系统IC 9 of 44 表表 3：SiC 各项

19、性能指标优异各项性能指标优异 物理特性物理特性 Si GaAs 4H-SiC 6H-SiC 3C-SiC GaN 禁带结构禁带结构 间接间接 直接 直接直接 直接 直接 间接 禁带宽度（禁带宽度（eV）1.1 1.4 3.2 3.0 2.2 3.4 临界击穿电场（临界击穿电场（MV/cm）0.3 0.06 3 5 3 5 电子迁移率（电子迁移率（/)1350 8500 800 400 800 1250 空穴迁移率（空穴迁移率（/)480 400 115 90 320 200 饱和漂移速度（饱和漂移速度（107cm/s）1 2 2 2 2.5 2.5 相对介电常数相对介电常数 11.8 12.8

20、 9.7 10 9.7 9 热导率（热导率（W/cm*K）1.3 0.55 4.9 4.9 3.6 2 数据来源：赵正平宽禁带半导体高频及微波功率器件与电路、CASA、今日半导体、国泰君安证券研究 1.2.SiC 功率器件性能优越，有望实现对硅基器件的替代功率器件性能优越，有望实现对硅基器件的替代 继承继承 SiC 材料优点，材料优点，SiC 器件兼具高性能和低损耗。器件兼具高性能和低损耗。SiC 器件基于 SiC材料，在效能提升和损耗控制上相比硅基器件均有优势，具体体现在：1）更高的耐压性和耐高温性。）更高的耐压性和耐高温性。SiC 材料击穿电场强度是 Si 的 10 余倍，能承受更大的工作

21、区间和功率范围。SiC 热导率约为 Si 的 3 倍，更高的热导率可以带来功率密度的显著提升，同时散热性能更好，散热系统的设计更简单，或者直接采用自然冷却。2）更高的工作频率。）更高的工作频率。SiC 材料饱和电子漂移速率为 Si 的 2.5 倍，导通电阻更低，导通损耗低；SiC 器件（SBD 和 MOSFET）能够克服 IGBT 器件在关断过程的电流拖尾现象，降低开关损耗和系统损耗，大幅提高实际应用的开关频率。3）更低的能耗和更小的尺寸。）更低的能耗和更小的尺寸。SiC 材料击穿电场强，可以更高的杂质浓度和更薄的漂移层，制作导通电阻非常低的耐高压大功率器件。根据Rohm 测算，理论上相同规格

22、 SiC-MOSFET 导通电阻可降为硅基MOSFET 的 1/200，尺寸降低为 1/10；使用 SiC-MOSFET 的逆变器的系统能耗，小于使用同规格 Si-IGBT 逆变器能耗的 1/4。图图 4：第三代半导体击穿电压更高、电阻率更低第三代半导体击穿电压更高、电阻率更低 图图 5：SiC器件相比硅基器件，尺寸更小能耗更低器件相比硅基器件，尺寸更小能耗更低 数据来源：电子工程专辑 数据来源：天科合达招股说明书 SiC材料适用于制造功率器件和射频器件，新能源汽车材料适用于制造功率器件和射频器件，新能源汽车+光伏驱动功率光伏驱动功率器件快速发展。器件快速发展。SiC 衬底可分为导电型衬底和半

23、绝缘型衬底，从电化学性质差异来看，导电型衬底电阻率区间为 1530cm，半绝缘型衬底电阻率高于 105cm。导电型衬底生长 SiC 外延层后可用于制造各类功率 10 of 44 器件，半绝缘型衬底生长 GaN 衬底后可进一步用于制造各类微波射频器件。近几年，由于新能源汽车、光伏、智能电网等行业兴起，拉动 SiC功率器件市场快速增长。SiC功率器件主要包括二极管和晶体管，有望实现对硅基器件的替代。功率器件主要包括二极管和晶体管，有望实现对硅基器件的替代。功率器件主要用于电力电子设备电能管理，由于 Si 硅材料物理性质限制，依靠 Si 器件完善来提高装置和系统性能的潜力有限，而 SiC 功率器件由

24、于出色的高压、高频、高温和低损耗性能，非常具有应用前景。SiC功率器件按类型主要可以划分为功率二极管和功率晶体管，功率二极管有三种类型：肖特基二极管（SBD）、PiN 二极管和结势垒控制肖特基二极管（JBS）；功率晶 体管主要包括金属氧 化物半导体场效应 管（MOSFET）、结型场效应管（JFET）、双极性晶体管（BJT）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）和晶闸管（Thyristor）。二极管、MOSFET 和 IGBT是应用最广泛且性能指标先进的功率半导体，SiC-SBD 于 2001 年开始商用；SiC-MOSFET 于 2010 年开始商用，已经是 SiC 功率器件最大市场；SIC-IGBT

25、 由于研发起步晚，目前尚未实现产业化。图图 6：SiC 主要用于功率器件和微波射频器件主要用于功率器件和微波射频器件 图图 7：SiC功率器件主要包括二极管和晶体管两类功率器件主要包括二极管和晶体管两类 数据来源：天科合达招股说明书 数据来源：半导体材料与工艺设备 SiC-SBD 替代目标为高压（替代目标为高压（600V）的硅基快速恢复二极管（）的硅基快速恢复二极管（Si-FRD）。）。SiC-SBD 与 Si-SBD 结构基本相同，本质是金属和半导体材料接触时，在界面半导体处的能带弯曲形成肖特基势垒，因此 SiC-SBD 继承了 Si-SBD 的优点：TRR 高速性、低恢复损耗、反向电流小、

26、可实现小型化和高频工作等。由于 SiC 材料耐压、耐高温，SiC-SBD 基本不存在温度依赖性，还将 SBD 应用范围从 250V 提升到 1200V，部分产品电压达到1700/3300V。SiC-SBD 仅电子移动产生电流，Si-FRD 利用 PN 结二极管通过电子和空穴（孔）产生电流，关断速度慢、TRR 特性较差且损耗较大。现阶段，SiC-SBD 在部分高压硬开关拓扑的应用中（通信/服务器/工业/汽车 AC-DC 电源换流二极管，变频器/逆变器续流二极管等）对 Si-FRD 形成替代，SiC-PiN 和 SiC-JBS 相比硅基器件耐压性、耐高温性和高频性等更好。英飞凌、罗姆、科瑞和意法半

27、导体产品种类占比达 53%，国内已实现 600V1700VSiC 二极管产品批量销售，代表企业为中电科55 所、泰科天润、世纪金光、国联万众等。图图 8：SiC-SBD 是速度最快的高压肖特基二极管，耐压且损耗低是速度最快的高压肖特基二极管，耐压且损耗低 11 of 44 数据来源：电子发烧友、半导体材料与工艺设备 SiC-MOSFET 替代目标为高压（替代目标为高压（650V）的）的 Si-MOSFET 和和 IGBT。MOSFET 是通过给金属层(M-金属铝)栅极和隔着氧化层(O-绝缘层SiO2)源极施加电压，产生电场来控制半导体(S)导电沟道开关的场效应晶体管（FET）。MOSFET 优

28、点在于开关速度快（几十至几百纳秒）、开关损耗很小、稳定性高，缺点在于高压环境下电阻增大，传导损耗增大。在 650V以上高压下，Si 材料导通电阻很大，因此常采用 IGBT 结构调制电导率以降低导通电阻，缺点是在关断时产生拖尾电流，开关损耗较大。SiC-MOSFET 继承了硅基器件的优异特性，关断损耗和导通损耗很小，同时由于漂移层更薄、导通电阻极低、耐压性更好，不会产生拖尾电流，而且可以实现高频驱动，有利于电路节能和散热设备及被动设备的小型化。目前市场上共有 180 余款 SiC-MOSFET 系列产品，科瑞和罗姆产品占比达 43%，击穿电压 650V1700V，导通电流超过 100A；国内目前

29、处于起步阶段，中电科 55 所、泰科天润、世纪金光、基本半导体、国联万众等企业已推出产品，击穿电压集中在 1200V。图图 9：SiC-MOSFET 对标高压对标高压 Si-MOSFET 和和IGBT 图图 10：SiC-MOSFET开关损耗明显优于开关损耗明显优于 IGBT 数据来源：高远等碳化硅功率器件：特性、测试和应用技术 数据来源：电力电子技术与新能源 IGBT应用非常广泛，应用非常广泛，SiC-IGBT限于研发进度尚未实现产业化。限于研发进度尚未实现产业化。IGBT是 BJT(双极型三极管）和 MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合式半导体，通过电压驱动控制通断（与 MOSFET 原理

30、类似），IGBT 拥有高输入阻抗和低导通压降特点，缺点在于高频开关时损耗增大。IGBT 应用范围一般在耐压 600V 以上，电流 10A 以上频率 1KHz 以上，是电机驱动核心，广泛应用于逆变器、变频器等，在 UPS、开关电源、电车、交流 12 of 44 电机等领域对 GTO、GTR 等形成替代。SiC-IGBT 作为双极器件，在阻断电压增大时，导通电阻增加很小，非常适合高压大功率领域，现阶段由于研发起步晚，SiC-IGBT 尚未实现产业化。图图 11：IGBT应用范围广阔，碳化硅器件适合高压大功率领域应用范围广阔，碳化硅器件适合高压大功率领域 数据来源：第三代半导体联合创新孵化中心、国泰

31、君安证券研究 1.3.价值量集聚于衬底和外延，成本高企制约产能释放价值量集聚于衬底和外延，成本高企制约产能释放 1.3.1.价值量聚焦于衬底和外延，市场规模增长较快价值量聚焦于衬底和外延，市场规模增长较快 碳化硅产业链上下游清晰，衬底和外延是核心环节，价值量占比达碳化硅产业链上下游清晰，衬底和外延是核心环节，价值量占比达70%。SiC 产业链主要包括上游衬底和外延制备、中游器件和模块制作以及下游终端应用。从成本结构上看，根据亿渡数据，传统硅基器件衬底价值量仅 7%左右，核心为晶圆制造设备，占比 50%；与之相比，SiC 器件中衬底约占成本 47%，外延约占 23%，器件制造仅占到 19%。图图

32、 12：材料材料环环节价值量占比高达节价值量占比高达 70%，其中衬底占比，其中衬底占比 47%，外延占比，外延占比 23%数据来源：中商情报网、维科网、今日半导体、万联芯城、国泰君安证券研究 衬底市场规模增长较快，导电型衬底占多数。衬底市场规模增长较快，导电型衬底占多数。碳化硅衬底主要分为导电型衬底和半绝缘性衬底，主要区别在于电阻率不同，导电型衬底电阻率 13 of 44 区间为 1530cm，半绝缘型衬底电阻率高于 105cm。根据 Yole 数据，半绝缘型碳化硅衬底全球市场规模由 2019 年的 1.52 亿美元增长至2021 年的 2.10 亿美元，导电型碳化硅衬底市场规模从 2018

33、 年的 1.70 亿美元增长至 2021 年的 3.80 亿美元，增长较快。得益于下游市场的大量需求，至 2023 年，半绝缘型碳化硅衬底市场将增长至 2.81 亿美元，导电型碳化硅衬底市场将增长至 6.84 亿美元。图图 13：全球半绝缘性全球半绝缘性 SiC 衬底市场规模（亿美元）衬底市场规模（亿美元）图图 14：全球导电型全球导电型 SiC 衬底市场规模（亿美元）衬底市场规模（亿美元）数据来源：Yole、国泰君安证券研究 数据来源：Yole、国泰君安证券研究 1.3.2.衬底扩径有望降低成本，衬底扩径有望降低成本，8 英寸衬底英寸衬底 2024 年集中落地年集中落地 衬底大型化可增加单批

34、次芯片产量和降低边缘损耗，有望降低制造成本。衬底大型化可增加单批次芯片产量和降低边缘损耗，有望降低制造成本。目前，单片 6 英寸碳化硅约 900-1000 美元，而单片 6 英寸硅衬底单价在50 美元以下，相差数十倍，阻碍了碳化硅产业化。碳化硅降本核心在于扩大衬底尺寸、提升长晶速度和生产良率。根据 Wolfspeed 数据，衬底单片尺寸从 6 英寸扩大到 8 英寸时，单批次芯片产量从 448 增长到 845，同时边缘损失率从 14%降低到 7%，大大提高了晶圆利用率。图图 15：晶圆扩径是产业趋势晶圆扩径是产业趋势 图图 16：衬底大型化可提高晶圆利用率衬底大型化可提高晶圆利用率 数据来源：W

35、olfspeed、国泰君安证券研究 数据来源：中商情报网、国泰君安证券研究 成本降低循序渐进，成本降低循序渐进，8英寸衬底预计英寸衬底预计 2024年开始具备优势。年开始具备优势。衬底扩径对生产工艺和设备要求更严格，8 英寸衬底还存在诸多技术问题：首先是8 英寸籽晶的研制，其次要解决大尺寸带来的温场不均匀、气相原料分布和输运效率问题，还要解决应力加大导致晶体开裂问题。衬底尺寸从6 英寸发展到 8 英寸，单位面积成本首先会因为良率问题有所上升，随着技术成熟度上升和竞争加剧而逐渐下降。根据 Wolfspeed 预测，8 英寸衬底于 2024 年全面达产，单位面积制造成本相比 2022 年 6 英寸

36、衬底降1.521.82.12.422.813.263.784.330202021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E1.792.322.83.85.126.849.0712.2116.221.605820202022E2024E2026E 14 of 44 幅超过 60%。根据 PGC Consultancy 的成本预测模型，2023-2024 年碳化硅 8 英寸衬底开始具备经济型；到 2030 年，使用 8 英寸衬底制作的1200V/100A MOSFET 器件的成本相比 2022 年使用 6 英寸制作的同规格器件，有望降低

37、 54%（最好情况降低 57%，最差情况降低 50%）。图图 17：Wolfspeed 预计预计 8 英寸衬底降幅较快英寸衬底降幅较快 图图 18：PGC预计预计 8英寸衬底英寸衬底 2024年具备成本优势年具备成本优势 数据来源：Wolfspeed、国泰君安证券研究 数据来源：电力电子器件技术 国际厂商转向国际厂商转向 8 英寸，国内主流英寸，国内主流 4 英寸，英寸，8 英寸已展开布局。英寸已展开布局。现阶段，国际主流尺寸为 6 英寸，逐渐向 8 英寸发展，尺寸大型化可使边缘损失率降低为 7%，提高衬底利用率。2022 年 4 月 Wolfspeed 在美国纽约州莫霍克谷的全球首条 8 英

38、寸碳化硅制造设施开业。国内由于起步晚、产业化程度低，目前主要尺寸为 4 英寸，天岳先进和天科合达发展迅速，三安光电、露笑科技等也正加大布局力度。表表 4：8 英寸碳化硅衬底目前仅英寸碳化硅衬底目前仅 wolfspeed 投产，厂商量产时间集中在投产，厂商量产时间集中在 2023-2024 年年 国际主流碳化硅企业国际主流碳化硅企业 8 英寸衬底进展英寸衬底进展 国内主流碳化硅企业国内主流碳化硅企业 8 英寸衬底进展英寸衬底进展 企业名称企业名称 研发成功时间研发成功时间 预计投产时间预计投产时间 企业名称企业名称 研发成功时间研发成功时间 预计投产时间预计投产时间 Wolfspeed 2015

39、 2022.04 投产，预计2024 达产 烁科晶体烁科晶体 2020.01 2022.01 小批量量产 罗姆罗姆 2015 2023 天科合达天科合达 2022.11 2023 年小批量量产-2015 2024 晶盛机电晶盛机电 2022.08 2023 年 Q2 小批量量产 意法半导体意法半导体 2021.07 2021.08 首批出货，预计 2023 年量产 天岳先进天岳先进 2022.09-昭和电工昭和电工 2021 2022.09 首批出货 科友半导体科友半导体 2022.12-安森美安森美 2022 2025 中科院物理所中科院物理所 2021.01-英飞凌英飞凌-2023 山东大

40、学山东大学-南砂晶圆南砂晶圆 2022.09-Soitec 2021 2023H2 -数据来源：功率半导体之家、全球半导体观察、微电子制造、国泰君安证券研究 1.3.3.衬底成本高企制约产业化发展，核心在于产能供应不足衬底成本高企制约产业化发展，核心在于产能供应不足 衬底价格昂贵制约发展衬底价格昂贵制约发展(近当前硅片的近当前硅片的 10倍倍)，2023年年 SiC材料渗透率材料渗透率约约 3.75%。根据 EE World 数据，2022 年 SiC 龙头 Wolfspeed 的 6 英寸导电型衬底单片价格约 1000美元，而12 英寸硅片价格仅100美元左右，半绝缘型衬底单价则是同尺寸导电

41、型衬底的 2-3 倍。成本高企严重制约 15 of 44 了 SiC 材料的产业化，根据 Yole 统计，2023 年半导体材料中 90%以上仍然为 Si，而 SiC 的渗透率预计仅为 3.75%。成本高企核心在于优质产能不足和良率较低。成本高企核心在于优质产能不足和良率较低。衬底是碳化硅产业链中技术壁垒最大环节，产业集中度较高，优质产能供应不足。目前，导电型衬底 CR3 高达 89%，Wolfspeed 一家独大，占据 62%市场份额，天科合达发展较快，占比达 4%。半绝缘型衬底 CR3 高达 98%，-、Wolfspeed和山东天岳三分天下。成本高企另一原因在于工艺难度较大，良率较低。Si

42、C 衬底工艺包括原料合成、晶体生长、切抛磨等环节，晶体生长最核心，难点在于长晶速度慢、生长条件严苛、易产生多型夹杂缺陷等；切割环节是制约产能释放的主要瓶颈，难点在于 SiC 硬度高、表面质量和精度要求高等。目前硅片良率可达 90%，而 SiC 方面，Wolfspeed 综合良率约 60%，国内厂商综合良率约 40%，整体偏低。图图 19：2020 年导电型衬底年导电型衬底 CR3 达达 89%图图 20：2020 年半绝缘型衬底年半绝缘型衬底 CR3 达达 98%数据来源：Yole、中商产业研究院、国泰君安证券研究 数据来源：Yole、中商产业研究院、国泰君安证券研究 图图 21：天岳先进衬底

43、良率约天岳先进衬底良率约 70%，晶棒良率约，晶棒良率约 40%数据来源：天岳先进招股说明书、国泰君安证券研究 2.碳化硅工艺难度大，衬底制备是最核心环节碳化硅工艺难度大，衬底制备是最核心环节 衬底制备是最核心环节，难度集中在晶体生长和衬底切割。衬底制备是最核心环节，难度集中在晶体生长和衬底切割。从原材料到碳化硅器件需要经历原料合成、晶体生长、晶体加工、晶片加工、外延Wolfspeed62%-14%SiCrystal13%SK Siltron5%天科合达4%其他2%-35%Wolfspeed33%山东天岳30%其他2%0%10%20%30%40%50%60%70%80%201820192020

44、2021H1晶棒良率衬底良率 16 of 44 生长、晶圆制造和封测等工艺流程。衬底制备是最核心环节，技术壁垒高，难点主要在于晶体生长和切割；外延生长关键环节，影响最终器件性能。SiC 晶圆制造与硅晶圆类似，通过涂胶、显影、光刻、减薄、退火等前道工艺加工成晶圆，经后段工艺制成芯片，用于制造各类器件及模组，通过验证后即可用于汽车、光伏等应用领域。2.1.晶体生长：速度慢可控性差，是衬底制备主要技术难点晶体生长：速度慢可控性差，是衬底制备主要技术难点 SiC衬底是芯片底层材料，主要技术难衬底是芯片底层材料，主要技术难点在于晶体生长。点在于晶体生长。衬底是沿晶体特定结晶方向切割、研磨、抛光，得到的具

45、有特定晶面和适当电学、光学及机械特性，用于生长外延层的洁净单晶圆薄片。SiC 单晶衬底是半导体芯片的支撑材料、导电材料和外延生长基片，主要起到物理支撑、导电等作用。生产碳化硅单晶衬底的关键步骤是晶体生长，也是碳化硅半导体材料应用的主要技术难点，是产业链中技术密集型和资金密集型的环节。SiC 单晶生长方法主要有：物理气相传输法（PVT)、高温化学气相沉积法（HTCVD)和以顶部籽晶溶液生长法(TSSG)为主流的高温溶液生长法（HTSG）。图图 22：碳化硅衬底加工工艺（以天科合达碳化硅衬底加工工艺（以天科合达 PVT法为例）法为例）数据来源：天科合达招股说明书、国泰君安证券研究 表表 5：PVT

46、法是目前法是目前 SiC 衬底主流制备工艺衬底主流制备工艺 物理气相传输法（物理气相传输法（PVT）高温化学气相沉积法（高温化学气相沉积法（HTCVD）顶部籽晶溶液生长法顶部籽晶溶液生长法(TSSG)原理图原理图 原理原理 通过电磁感应方法在 2000以上高温、近真空、低压密闭腔室内加热 SiC 粉料，升华产生Si2C、SiC2、Si2等不同气相组分气体，按照设定热场和温度梯度使组分在籽晶处结晶成圆柱形 SiC 晶锭 在 2000-2500的高温下，从底部导入高纯度的SiH4、C2H4等反应气体，先在高温区生长腔进行反应，形成 SiC 前驱物，再经由气体带动进入低温区籽晶处沉积，生长形成 Si

47、C 晶锭 SiC 常压无熔点常规熔融法失效。HTSG 法目前以 TSSG 为主：Si 和助熔剂置于高纯石墨坩埚、籽晶杆连接冷端并设定温度梯度，待高温溶液中 C 浓度平衡时将籽晶下推与溶液接触并生长SiC 晶体，石墨坩埚也可为晶体生长提供 C 源 生长温度生长温度 2100-2450，350MPa 约 2200 1400-1800 生长速度生长速度 m/h 200-400 300 500 适用晶型适用晶型 4H、6H 4H、6H 4H、6H 优点优点 技术成熟、生长过程简单、设可以实现晶体持续生长 温度要求低、质量高，生长 17 of 44 备成本较低 微管缺陷随技术进步基本可以消除（密度小于

48、0.2cm2）缺陷较少、纯度较高，方便掺杂 无需粉料合成、预处理等，设备投入综合成本较 PVT 较低 的晶体无微管 易扩径、可调控性更强、易实现 p 型掺杂等 缺点缺点 长晶速度慢、可监控参数较少 成品率低、成本高 扩径难度大，阻碍大尺寸发展 位错密度高（102104 cm2），影响器件寿命和性能 温度要求高，反应慢，可监控生长参数少 多种气相物质，生产成本较高 附带反应较多，石墨坩埚也可与气体产生反应 进/排气口易堵塞，稳定性差 生长缓慢，材料要求高，金属杂质难以控制 生长晶体尺寸较小 产业化程度产业化程度 国际主流为 6 英寸，向 8 英寸发展（2022 年 4 月 Wolfspeed 首

49、条8 英寸 SiC 产线投产）；国内产线以 4 英寸为主，6 英寸部分量产 主流尺寸为 4 英寸和 6 英寸；国际已规模化生产，国内产业化程度较低，但已具备条件 主流尺寸为 4 英寸和 6 英寸；国际已实现量产，国内已成功生长 4 英寸单晶，相关设备顺利下线 数据来源：陈小龙高温溶液法生长 SiC 单晶的研究进展（2022）、天岳先进招股说明书、中国粉体网、国泰君安证券研究。PVT法技术成熟、原理简单、成本较低，是应用最广、商业化程度最高法技术成熟、原理简单、成本较低，是应用最广、商业化程度最高的衬底制备方案。的衬底制备方案。目前，Wolfspeed、-、SiCrystal（Rohm 子公司）

50、和天岳先进、天科合达等企业均采用 PVT 法生产 SiC 衬底。主要技术难主要技术难点在于：点在于：1）粉体纯度要求高，主要采用改进自蔓延高温合成法。）粉体纯度要求高，主要采用改进自蔓延高温合成法。PVT法通过SiC粉料的高温分解与结晶来实现单晶生长，粉体杂质含量低于 0.001%。改进自蔓延高温合成法是目前工艺最成熟、使用最广的粉体制备方法。2）长晶速度慢，封闭生长可控性有限。）长晶速度慢，封闭生长可控性有限。硅棒一般 2-3 天可拉出约 2m 长的 8 英寸硅棒，PVT 法下 SiC 7 天才能生长约 2cm 晶体。SiC 良品参数要求高，核心参数包括微管密度、位错密度、电阻率、翘曲度、表

51、面粗糙度等，但生长过程在密闭高温腔体进行，工艺可控性有限。3）晶型多样，易产生多型夹杂缺陷。）晶型多样，易产生多型夹杂缺陷。SiC 单晶有 200 多种晶型，一般仅需一种晶型（如 4H），因此需要精准控制硅碳比、温度梯度、外部杂质引入以及气流气压等，量产性能稳定的高品质 SiC 晶片技术难度大。4）扩径难度很大，）扩径难度很大，扩径可提高晶圆利用率降低制造成本，PVT 法下 SiC扩径难度极大，随着晶体尺寸的扩大，生长难度工艺呈几何级增长。表表 6：PVT仍是目前仍是目前 SiC 衬底的主流制备工艺衬底的主流制备工艺 气相法气相法 液相法液相法 固相法固相法 制备方法制备方法 化学气相沉积法（

52、化学气相沉积法（CVD）等离子体法等离子体法 溶胶溶胶-凝胶法凝胶法 改进的自蔓延高温合成法改进的自蔓延高温合成法 原理图原理图 原理原理 利用高纯气源（纯度在99.9999%以上）如SiH4、SiCl4、CH4、C2H4、CCl4等在高纯石墨件中合成纳米级高纯超细粉体 将 CVD 相同气源气体通入由射频电源激发的等离子体容器中，气体在高速电子碰撞下反应生产高纯粉体 将无机盐或醇盐溶于溶剂（水或醇）形成均匀溶液，得到均匀溶胶，经干燥或脱水转化成凝胶，热处理后得到超细粉体，原用于碳化硅陶瓷，现可用于单晶生长 外加热源条件下，添加活化剂来使高纯固态 Si 源和C 源自发持续进行反应，为避免活化剂引

53、入杂质以保证生成物纯度，进一步提高温度和持续加热来维持反应的进行 18 of 44 优点优点 粉体纯度极高，尤其 N 元素杂志含量很低，可用于生长半绝缘 SiC 单晶 粉体纯度高，粒径分布均匀，可以很好地控制粒径大小 粉体纯度高，原料便宜，过程简单，可用于工业化生产 缺点缺点 粉体粒径太小，原料昂贵，合成效率低 杂质含量较高，过程复杂 粉体粒径分布大，N 元素杂质含量无法控制 数据来源：粉体圈公众号、国泰君安证券研究。HTCVD 法可控性较好，国内已有相关设备下线。法可控性较好，国内已有相关设备下线。HTCVD 法利用硅源和碳源气体的高温化学反应实现单晶生长，优点在于：1）可通过连续供源实现晶

54、体稳定持续生长；2）省去粉料合成过程，可以制成一体化设备。缺点在于 HTCVD 法和 PVT 一样需要高温条件，需要用到多种气体，成本较高，而且生长过程存在多种附带。目前，意法半导体、丰田集团和电装集团等已实现 HTCVD 规模化生产碳化硅晶体，国内江苏超芯星已研制出 HTCVD 碳化硅单晶生长设备。TSSG法有望成为制备大尺寸、高结晶质量且成本更低的衬底制备方法。法有望成为制备大尺寸、高结晶质量且成本更低的衬底制备方法。高温溶液生长法通过 Si 和 C 元素在高温溶液中的溶解、再析过程实现 SiC 单晶生长，其中 TSSG 法由于具有生长温度低、易扩径、晶体质量有高、易实现 p 型掺杂等优点

55、，为业界所看好。目前，液相碳化硅晶体生长的研发主要集中在日本、韩国和中国，主要包括日本住友金属、丰田汽车、三菱电机、东京大学和名古屋大学等，韩国陶瓷工程技术研究所、东义大学、延世大学等，以及中国中科院物理所、北京晶格领域和常州臻晶半导体等。表表 7：液相法研发主要集中在中日韩，我国已有相关设备下线液相法研发主要集中在中日韩，我国已有相关设备下线 时间时间 主体名称主体名称 近期进展近期进展 2021.08 日本住友金属 利用 MPZ（多参数和区域控制）技术，实现 6 英寸英寸 SiC 衬底和外延片生长，相比 PVT 法长晶速度提高 5 倍左右，消除了表面缺陷和基面位错，无缺陷区达无缺陷区达 9

56、9%2021 中科院物理所 陈小龙团队 2016 年开始开展 TSSG 法，成功获得 10mm 厚的 2 英寸 4H-SiC 晶体，近期通过优化高温溶液成分、优化温场等，成功生长 4 英寸的英寸的 4H-SiC 晶体晶体 2022.02 晶格领域 已建成 4-6 英寸英寸液相法碳化硅衬底试验线，具备年产 5400 片产能；扩建项目中试线，项目总投资 4.5 亿元，是中科院物理所科技成果转化项目，分三期落地 2022.03 连城数控 首次研制的液相法碳化硅长晶炉顺利下线，经检验各项性能达到预期目标 2022.10 日本名古屋大学 利用“溶液法+可视化+人工智能”生产出高质量 6 英寸英寸 SiC

57、 单晶衬底单晶衬底，缺陷数量降至原来 1%，计划 2022 年销售样品，2025 年正式量产；目前已实现 7 英寸衬底生成，开始 8 英寸衬底研发 2022.11 常州臻晶 常州臻晶的液相法碳化硅 6 英寸产品预计 2023 年 6-9 月向客户送样，目前已与目标客户达成相关意向，8 英寸产品预计 2025 年推出。数据来源：第三代半导体风向、国泰君安证券研究 2.2.晶体加工：切割是技术难点，研磨抛光提高表面质量晶体加工：切割是技术难点，研磨抛光提高表面质量 由于由于 SiC 材料硬度高、脆性大、化学性质稳定，加工难度大。材料硬度高、脆性大、化学性质稳定，加工难度大。碳化硅晶锭需要借助 X

58、射线单晶定向仪定向再磨平、滚磨成标准尺寸的碳化硅晶棒。晶棒要制成 SiC 单晶片，还需要以下几个阶段：切割粗研细研抛光，简称切抛磨，切抛磨工艺环节难度相对较小，各家差距不大，工艺路线基本一样。SiC 切抛磨工艺的挑战在于：（切抛磨工艺的挑战在于：（1）硬度大）硬度大：SiC 单晶材料莫氏硬度分布在 9.2-9.6 之间，仅比金刚石硬度低 0.5 左右，因此切 19 of 44 割速度慢，切一片要 2 天，且易破碎，一般要损失掉一半左右。（2）化）化学稳定性高：学稳定性高：几乎不与任何强酸或强碱发生反应，室温下能抵抗任何已知的酸性腐蚀剂；（3）加工机理及缺陷扩散的研究欠缺。）加工机理及缺陷扩散的

59、研究欠缺。图图 23：晶体生长后需经历晶体加工和晶片加工晶体生长后需经历晶体加工和晶片加工 数据来源：创力 2.2.1.切割是首道加工工序，固结磨料金刚线切割应用最广切割是首道加工工序，固结磨料金刚线切割应用最广 切割是衬底加工中首要关键的工序，成本占总加工成本切割是衬底加工中首要关键的工序，成本占总加工成本50%以上。以上。切割是碳化硅晶棒第一道加工工序，决定了后续研磨、抛光的加工水平，切片后需要使用全自动测试设备进行翘曲度（Warp）、弯曲度（Bow）、厚度变化（TTV）等面型检测。切割工艺的演进主要经历了：1）传统的内圆锯切割和金刚石带锯。2）目前较多提及且较有效的电火花切割、线锯切割（

60、包括游离磨砂线锯切割和金刚石线锯切割）、激光切割、冷分离工艺等。3）水导激光切割等具备未来应用前景的新型工艺。传统锯切工具缺陷多效率低，不适用于碳化硅晶体切割。传统锯切工具缺陷多效率低，不适用于碳化硅晶体切割。内圆切割机使用环形不锈钢内圆刀片，内刃口镀金刚砂颗粒，周边采用机械方式张紧，切缝宽、翘曲度大、表面质量差、精度低、噪声大而且仅可切割直线表面。金刚石带锯需要频繁停止和换向，切削速度非常低，一般不超过 2 m/s，机械磨损大，维修费用高，而且受限于锯条宽度，切割曲率半径不能太小，只能进行单片切割，不能进行多片切割。传统锯切方式材料损耗大、加工效率低，不适用于工业化碳化硅晶片切割。固结磨料金

61、刚线切割成为主导，但存在损耗率及效率问题。固结磨料金刚线切割成为主导，但存在损耗率及效率问题。20世纪90年代中期，游离磨料砂浆切割取代传统锯切工艺，并随着光伏行业兴起而爆发，逐渐广泛应用于半导体行业。游离磨料砂浆切割利用线锯快速运动，将砂浆中的磨料颗粒带入锯缝达到“滚动-压痕”机制以去除材料，实现了多片同时切割，产率高且耗损率低，已广泛用于单晶和多晶硅切割，缺点是存在切割速度低、精度差、晶片厚度不均匀、砂浆回收难造成环境污染等问题。固结磨料金刚线切割通过电镀、树脂粘结、钎焊或机械镶嵌等方式将金刚石磨粒固结在切割线上，借助金刚线高速运动完成切割，根据金刚线运动方式不同可分为单向式、往复式和环形

62、式，往复式切割单位长度有效利用度高、速度快，成为目前 SiC 晶体切割主流 20 of 44 工艺。图图 24：传统游离磨料砂浆切割方式与新型金刚线切割方式传统游离磨料砂浆切割方式与新型金刚线切割方式 数据来源：高测股份招股说明书、国泰君安证券研究 表表 8：金刚线切割与游离磨料砂浆切割对比（以硅材料为例）金刚线切割与游离磨料砂浆切割对比（以硅材料为例）切割方式切割方式 比较项目比较项目 切割磨损 切割速度 切割辅料 游离磨料砂浆切割 磨料颗粒磨损约为 60m 砂浆切片机线网速度约为 580-900m/min PEG 悬浮液，较难处理 固结磨料金刚线切割 金刚石颗粒磨损约为 20m 金刚线切片

63、机线网速度已达到2,400m/min 及以上 水基切割液，较易处理 对比结果对比结果 相同线径下金刚线切割的硅片产相同线径下金刚线切割的硅片产出可增加约出可增加约 20%金刚线切割速度约为砂浆切割的金刚线切割速度约为砂浆切割的2-4 倍倍 金刚线切割工艺更为环保金刚线切割工艺更为环保 数据来源：高测股份招股说明书、国泰君安证券研究 激光切割逐渐兴起，工艺精细效率更高。激光切割逐渐兴起，工艺精细效率更高。目前针对 SiC材料较为有效的切片方法除了固结磨料金刚线切割，还有电火花切割、激光切割、冷分离工艺等。电火花切割主要利用脉冲放电的电蚀作用进行切割，但存在切缝宽、表面烧伤层厚度大等缺点。激光切割

64、是通过激光处理，在晶体内部形成改性层从碳化硅晶体上剥离出晶片，属于非接触无材料损失加工，并且具有切割断面质量好、切割效率高、清洁安全无污染等优点。冷分离切割利用激光在晶锭内部形成角质层点平面，在上表面涂覆特制分离材料并冷冻，遇冷收缩分离晶圆薄片。表表 9：固结磨料金刚线切割是主流，激光切割逐渐兴起固结磨料金刚线切割是主流，激光切割逐渐兴起 切割方法切割方法 固结磨料金刚线切割固结磨料金刚线切割 激光切割激光切割 冷分离切割冷分离切割 电火花切割电火花切割 原理图原理图 原理原理 通过电镀、树脂粘结、钎焊或机械镶嵌等方式将金刚石磨粒固结在切割线使用特定波长激光束通过透镜聚焦在晶体内部，产生局部改

65、质层（主要由孔使用激光在晶锭内部形成角质层点平面，在上表面涂覆以移动的细线状金属丝作为工作电极，并在金属丝及工件间接通脉冲 21 of 44 上，采用往复式、高线速、摆动切割和可靠的张力控制算法来提高切割功效 洞、高位错密度及裂纹组成），借助外力分离晶圆 特制分离材料并冷冻，遇冷收缩分离晶圆 电流，利用两级间脉冲放电的电蚀作用对工件进行切割加工 切割速度切割速度 2-3m/s（往复式）-8-10m/s 切缝宽度切缝宽度/m 180-250 10 10 100 总厚度变化总厚度变化/m 30 25 1 25 表面质量表面质量 Ra1m，损伤层10m，切割面烧伤重，相变明显 优点优点 成本较低，环

66、境污染小 断面质量好、切割效率高、清洁安全无污染 材料利用率高、节能环保、效率较高 精度和生产率高，可进行曲线加工 缺点缺点 切割效率低、晶片表面损伤层深、线锯磨损快，不适合超薄大尺寸晶片生产 成本较高 成本较高 成本较高，后续加工量大,不适合 SiC 的切割 数据来源：李伦横向超声激励下的金刚石线锯切割 SiC 单晶机理与实验研究、碳化硅单晶衬底加工技术现状及发展趋势碳化硅晶圆切割方法综述、国泰君安证券研究。为提高切片效率，国外企业开始采取更为先进的激光切割技术。为提高切片效率，国外企业开始采取更为先进的激光切割技术。2016年日本 DISCO 开发了新型激光切片技术 KABRA，通过激光连

67、续照射钢锭，在指定深度形成分离层分离晶片，可用于各类 SiC 铸锭。优势主要有：（1）显著提高切割效率，现有工艺 3.1h 才能切割 1 片 6 英寸 SiC 晶圆，而 KABRA 技术仅需 10 分钟。（2）省去研磨过程，因为分离后的晶圆波动可控。（3）晶圆生产数量相比现有工艺增加了 1.4 倍。2018 年 11月，英飞凌以 1.24 亿欧元收购晶圆切割初创企业 Siltectra GmbH，后者开发了冷裂工艺（Cold Split），通过专利激光技术定义分裂范围、涂覆专用聚合物材料、控制系统冷却诱导应力精准分裂材料和研磨清洗等实现晶圆切割。冷裂可将 SiC 产能提升 3 倍以上，每片晶圆

68、损失低至 80m，而且晶圆减薄仅需几分钟，对晶锭采用冷裂工艺可降低损失比例 50%。图图 25：DISCO 开发的新型激光切割工艺开发的新型激光切割工艺 KABRA 图图 26：英飞凌冷裂技术可增产将本英飞凌冷裂技术可增产将本 数据来源：DISCO 官网 数据来源：电子技术设计 水导激光切割等新型工艺提供厚材料、低损伤切割新思路。水导激光切割等新型工艺提供厚材料、低损伤切割新思路。水导激光加工（Laser MicroJet，简称 LMJ）利用导水激光器将激光聚焦并导入微型水柱中，水柱可以在稳定范围内加工，而且长有效工作距离特别适合于厚材料切割。水导激光切割可以利用水流带走热量和切屑，规避传统激

69、光切割两侧热损伤问题。理论上水导激光切割具备应用前景，但现阶段由于技术难度较大，相关设备成熟度不高等，尚不适用于碳化硅晶片制 22 of 44 造。图图 27：水导激光切割提供厚材料、低损伤切割新思路水导激光切割提供厚材料、低损伤切割新思路 数据来源：激光制造网 设备端以金刚线切割机为主，激光切割逐渐发展，国产品牌发展迅速。设备端以金刚线切割机为主，激光切割逐渐发展，国产品牌发展迅速。2016 年以前，光伏切割设备领域占主导地位是以瑞士 Meyer Burger 公司、HCT 公司，日本高鸟、小松 NTC 等为代表的国际厂商；激光切割方面则由日本半导体设备巨头 DISCO 主导。近年来国产品牌

70、发展迅速，国产光伏切割设备已经占据市场主导地位。目前国内碳化硅切割设备主流为金刚线切割设备，主要集中于高测股份、上机数控、连城数控、宇主要集中于高测股份、上机数控、连城数控、宇晶股份等国内企业；激光切割设备目前试产份额较小，主要集中于德龙晶股份等国内企业；激光切割设备目前试产份额较小，主要集中于德龙激光、大族激光等国内企业。激光、大族激光等国内企业。图图 28：本土企业在碳化硅金刚线切割与激光切割本土企业在碳化硅金刚线切割与激光切割工艺方面均有布局工艺方面均有布局 数据来源：Wind、国泰君安证券研究 2.2.2.研磨抛光清洗工序，保障晶片表面质量和精度要求研磨抛光清洗工序，保障晶片表面质量和

71、精度要求 切割片存在损伤层，需要通过磨削、研磨、抛光和清洗环节提高表面质切割片存在损伤层，需要通过磨削、研磨、抛光和清洗环节提高表面质量和精度。量和精度。切割片通常采用砂轮磨削和研磨相结合来去除刀痕及表面损伤层，超声振动辅助磨削和在线电解修整辅助磨削可以提高磨削质量。研磨分为粗磨和精磨，粗磨使用粒径较大磨粒，可有效去除刀痕和变质层；精磨使用粒径较小磨粒，可改善表面光洁度和平整度。抛光进一步消除表面划痕、降低粗糙度和消除加工应力，化学机械抛光工艺（CMP）是实现 SiC 单晶片全局平坦化最有效的方法，是实现加工表面超光滑、无缺陷损伤的关键工艺。抛光后需借助 X 射线衍射仪、原子力显微镜、23 o

72、f 44 表面平整度检测仪、表面缺陷综合测试仪等设备检测各项参数指标来判定晶片等级。随后需在百级超净间内，使用清洗药剂和纯水清洗，去除微尘、金属离子、残留抛光液等沾污物，再借助超高纯氮气和甩干机吹干、甩干，并封装在洁净片盒内。表表 10：碳化硅单晶抛光片加工标准碳化硅单晶抛光片加工标准 指标指标 要求要求 总厚度变化（TTV）25m 绝对弯曲度（Bow）45m 翘曲度（Warp）35m 表面粗糙度（Ra）0.5nm（1010m）数据来源：GB/T 306562014 碳化硅单晶抛光片，国泰君安证券研究 图图 29：切抛磨是保证晶片精度的关键工艺切抛磨是保证晶片精度的关键工艺 图图 30：目前已

73、开发出的三种目前已开发出的三种 CMP 配置配置 数据来源：张玺碳化硅单晶衬底加工技术现状及发展趋势 数据来源：芯 TIP 2.3.外延生长：极大影响器件性能，向低缺陷高耐压发展外延生长：极大影响器件性能，向低缺陷高耐压发展 外延层是晶圆上生长的微米级单晶层，极大影响器件性能。外延层是晶圆上生长的微米级单晶层，极大影响器件性能。SiC器件制作工艺不同于传统硅基器件，不能直接制作在 SiC 单晶材料上，必须基于单晶衬底额外生长特定的一层微米级新单晶，再在外延层上制造器件。外延层主要作用在于消除 SiC 晶体生长和加工过程产生的表面或亚表面缺陷，使晶格排列整齐，大大改善衬底表面质量。SiC 衬底上

74、可异质生长 GaN 外延层，主要用于制造中低压高频功率器件（小于 650V）、大功率微波射频器件以及光电器件；也可同质生长 SiC 外延层，主要用于制造功率器件。由于宽禁带半导体器件几乎都做在外延层上，所以外延层质量对器件性能有很大影响。化学气相沉积法（化学气相沉积法（CVD）工艺可控性强，是外延生长的主要方法。）工艺可控性强，是外延生长的主要方法。外延生长方法包括：蒸发生长法、液相外延生长（LPE）、分子束外延生长（MBE）、化学气相沉积（CVD）。CVD 是同质外延批量生产的主要方法，优势在于可以很好地控制 C/Si 原子比率、反应室温度与压力，精准控制外延层厚度、背景掺杂浓度和掺杂类型。

75、早期 CVD 法采用无偏角衬底方式生产外延，但存在严重的多型夹杂缺陷；台阶控制外延法通过特定偏角斜切衬底，可实现低温条件下（1200）复制衬底的堆垛次序消除多型体共存缺陷。为了提升外延生长速度，TSG 法应运而生，主要 24 of 44 采用采用三氯氢硅(TCS)作为硅源，比起常规的硅源它的外延速率会提高 10 倍以上。图图 31：合适的衬底偏角和温度可提高外延生长效率合适的衬底偏角和温度可提高外延生长效率 数据来源：碳化硅芯观察 随着功率器件制造要求和耐压等级提高，随着功率器件制造要求和耐压等级提高，SiC外延向低缺陷、高厚度方外延向低缺陷、高厚度方向发展。向发展。随着器件耐压等级提升，外延

76、厚度随之增加。在 600V 低压领域，所需外延层厚度约 6 m；在 12001700V 中压领域，所需外延层厚度约 10-15 m；在 10000V 以上高压领域，所需外延层厚度达到 100 m以上。目前中低压外延技术较成熟，可以满足中低压的 SBD、JSB、MOSFET 等器件需求；而高压领域还有不少难关需要攻克，主要体现为缺陷控制方面。目前，Wolfspeed、-、ROHM、英飞凌等国外厂商多为衬底+外延垂直整合模式，国内衬底与外延分属两个不同环节，代表厂商为瀚天天成、东莞天域。外延设备则基本由海外企业垄断，意大利LPE、德国 Aixtron、日本 Nuflare 市场占比高达 87%，国

77、内设备厂家如中电科 55 所、三安集成、苏州希科等产品逐渐得到认可。图图 32：外延生长设备基本由海外企业垄断外延生长设备基本由海外企业垄断 数据来源：今日半导体、国泰君安证券研究 LPE（意）34%Aixtron（德）33%Nuflare（日）20%其他13%25 of 44 2.4.晶圆制造：工艺与硅基类似，需要特定工艺和设备晶圆制造：工艺与硅基类似，需要特定工艺和设备 工艺流程与硅基器件大体类似，材料不同要求特定工艺与设备。工艺流程与硅基器件大体类似，材料不同要求特定工艺与设备。碳化硅器件也包括器件设计、晶圆制造和封测等环节，晶圆制造主要包括涂胶、显影、光刻、清洗、减薄、退火、掺杂、刻蚀

78、、氧化、磨削、切割等前道工艺约三百多道工序。由于材料特性的不同，部分工序需要特定设备和特定工艺，与硅制程设备无法完全通用。主要差异在于：1）光刻对准：）光刻对准：双面抛光的 SiC 晶圆是透明的，光刻工艺难以适应，各设备传送、取片难以定位，CD-SEM 和计量测量变得复杂。2）蚀刻工艺：）蚀刻工艺：SiC 在化学溶液中呈惰性，只有干法刻蚀可行，需重新开发掩膜材料、混合气体、侧壁斜率、蚀刻速率、侧壁粗糙度等。3）掺杂工艺：）掺杂工艺：SiC 扩散温度远高于 Si，高温高能离子注入成为唯一的 SiC制造掺杂方法，但这会破坏材料的晶格结构，所以还需要在 1600的条件下使用高温退火工艺恢复结构，是否

79、具备高温离子注入机是衡量碳化硅生产线的重要标准之一。4）MOSFET栅极氧化：栅极氧化：SiC-MOSFET 器件的栅氧质量直接影响沟道的迁移率和栅极可靠性，导致阈值电压不稳定，需要开发钝化技术，以提高 SiC/SiO2 界面质量。表表 11：碳化硅相比硅基半导体需要部分特定设备碳化硅相比硅基半导体需要部分特定设备 设备名称设备名称 要求要求 高温退火炉 最高温度：1950 高温离子注入机 最高温度：700 SiC 减薄设备 晶圆减薄 背面金属沉积设备 Ti/Cr/W/Mo/TiW/Ni 背面激光退火设备 背面欧姆接触形成 SiC 衬底和外延片表面缺陷检测和计量 与透明晶圆兼容的工作波长（38

80、5nm 带隙）数据来源：芯 TIP，国泰君安证券研究 26 of 44 3.新能源需求拉动，产能放量为设备投资带来增量新能源需求拉动，产能放量为设备投资带来增量 我们认为当前碳化硅市场将是需求激增带来的产能供给扩张，已前瞻布我们认为当前碳化硅市场将是需求激增带来的产能供给扩张，已前瞻布局的设备厂商有望从中实现订单兑现。局的设备厂商有望从中实现订单兑现。根据我们对于供需端的分析，1）需求端：导电性衬底需求受新能源车需求的催生，光伏应用作为第二大应用市场前景广阔，我们测算至 2026 年合计有 455.7 万片的新增潜在市场需求；2）供给端：我们预计伴随国内外各大厂商积极扩产，至 2026年行业合

81、计产能将达到 839.2 万片，为设备厂商带来广阔增量，对应 2026年 251.8 亿元的总设备市场空间和 48.0 亿元新增设备空间，切片机设备按照 14%的价值量占比测算，切片机总市场空间约为 35.3 亿元，新增市场空间为 6.72 亿元。2026 年预计总产能中，导电型衬底若按照 78.9%占比，衬底良率 60%计算，导电型衬底有效产能约为 397.3 万片，相较于需求而言，存在约 58.4 万片的有效产能缺口，对应约 29.2 亿元衬底设备投资空间与 4.1 亿切片机投资空间。表表 12：我们预计我们预计 2026 年碳化硅衬底设备市场空间年碳化硅衬底设备市场空间 251.8 亿元

82、，对应亿元，对应 48.0 亿元新增设备空间亿元新增设备空间 2022 2023E 2024E 2025E 2026E 新能源车衬底需求新能源车衬底需求(万片万片)50.7 93.8 162.4 256.3 347.3 光伏领域衬底需求光伏领域衬底需求(万片万片)34.3 63.7 85.2 98.0 108.4 合计需求合计需求(万片万片)85.0 157.5 247.5 354.4 455.7 碳化硅衬底产能合计碳化硅衬底产能合计(万片万片)218.5 357.8 514.6 679.2 839.2 其中其中:导电衬底有效产能导电衬底有效产能(万片万片)89.0 152.2 227.2 3

83、11.3 397.3 导电衬底供需缺口导电衬底供需缺口 5.3 20.3 43.0 58.4 碳化硅衬底设备总市场空间碳化硅衬底设备总市场空间(亿元亿元)136.0 180.1 217.3 251.8 碳化硅衬底设备新增市场空间碳化硅衬底设备新增市场空间(亿元亿元)52.9 54.9 52.7 48.0 数据来源：Yole，国泰君安证券研究 注：导电型衬底占比根据 Yole 数据测算 3.1.需求端：新能源车需求领航，光伏应用前景广阔需求端：新能源车需求领航，光伏应用前景广阔 耐高压耐高压+耐高温耐高温+低损耗，碳化硅性能优势主要应用于新能源车、光伏领低损耗，碳化硅性能优势主要应用于新能源车、

84、光伏领域。域。目前碳化硅电力电子器件已经开始应用于新能源车和光伏逆变器中，后续有望凭借产业链降本增效，在风能、储能、消费电子等领域得到更广泛的应用，据 Yole 数据，2021 年碳化硅功率器件下游细分市场中，新能源车占比最高，达 62.8%，能源领域应用占比达 14.1%，工业领域和运输领域下游应用占比分别为 11.6%和 7.2%。图图 33：碳化硅功率器件下游应用主要为新能源车和光伏逆变器碳化硅功率器件下游应用主要为新能源车和光伏逆变器 27 of 44 数据来源：Yole，天科合达招股说明书,国泰君安证券研究 应用场景应用场景 1：新能源汽车主驱逆变器需求领航。：新能源汽车主驱逆变器需

85、求领航。同样工况下，相较于硅基功率器件，碳化硅功率器件具备耐高压、耐高温、大功率和高频工作、低损耗等优良性能，率先在新能源车领域得到广泛应用，应用场景主要包括车载电机驱动器、车载充电机（OBC）、DC/DC 转换器以及非车载的充电桩产品。通过搭载碳化硅基的功率半导体器件，新能源车有望实现电力电子器件的小型化、轻量化和高效化，也能够削减冷却系统成本、改善车辆电力消耗、增加整车续航里程，从而降低整车成本。图图 34：碳化硅器件应用于新能源车主驱逆变器、碳化硅器件应用于新能源车主驱逆变器、OBC 和和 DC/DC 转换转换器器 数据来源：ROHM 新能源车应用碳化硅功率器件已具备经济性：新能源车应用

86、碳化硅功率器件已具备经济性：按照单电机的纯电动车主驱 IGBT 器件的价值量约为 1000-1500 元计算，高端车型采用双电机结构，其单车主驱 IGBT 器件价值量为 2000-3000 元。若 SiC MOSFET 价格为 Si IGBT 的三倍，则使用碳化硅器件的新增成本约为 4000-6000 元。据 Wolfspeed 数据，使用 SiC MOSFET 整车可以提升 5%-10%的续航里程。据 Virtual Capitalist 数据，按照新能源车电池 101$/kWh 计算，100kWh 电池成本约 10100$（折合人民币约 70000 元），若通过缩减 5%电池容量则可降低成

87、本 3500 元，同时考虑到冷却系统成本缩减和损耗降低带来的电费成本节省，新能源车应用碳化硅功率器件具备良好的经济性。我们预计我们预计 2026 年新能源车领域新增碳化硅衬底需求（折合到六英寸）年新能源车领域新增碳化硅衬底需求（折合到六英寸）将达到将达到347.3万片万片/年。根据我们上述测算，碳化硅功率器件已具备应用年。根据我们上述测算，碳化硅功率器件已具备应用经济性，经济性，且伴随产业链降本增效，新能源车中碳化硅功率器件渗透率不 28 of 44 断提升，至 2026 年碳化硅在新能源车主驱逆变器中的渗透率有望突破至 30%，而车载充电机、DC/DC 转换器中的碳化硅器件渗透率有望在202

88、6 年达到 70%，为此我们认为新能源车市场是碳化硅衬底需求的主要推动力。预测假设：预测假设：1）根据第三代半导体产业技术创新战略联盟 CASA 报告，到 2026 年车用主逆变器第三代半导体功率器件的渗透率将达到 20%-30%，我们假设2022-2026 年碳化硅功率器件在新能源车主驱逆变器中的渗透率分别为15%/20%/27%/32%/35%，2022-2026 年碳化硅功率器件在新能源车其他车载部件（含车载充电机、DC/DC 转换器）中的渗透率分别为30%/40%/50%/60%/70%。2）以特斯拉 Model 3 作为参考，其主驱逆变器采用了 24 个碳化硅模块，每个碳化硅模块包含

89、 2 个碳化硅裸晶，共计 48 颗 SiC MOSFET。以Wolfspeed 官网 22kW 双向 OBC 拓扑结构为参考，其采用了 14 颗 SiC MOSFET。以 Wolfspeed 官网 6.6kW DC/DC 转换器拓扑结构为参考，其采用了 4 颗 SiC MOSFET。以安森美 25 kW 快速电动汽车充电桩模块为参考，其中用到了 14 颗 SiC MOSFET。3）根据 Wolfspeed 数据，四英寸、六英寸、八英寸碳化硅衬底能够生产32mm2裸晶颗数分别为 199、448、845 颗，所有衬底需求折算为 6 英寸。4）假设 2022-2026 年单车主驱碳化硅裸晶(32mm

90、2)耗量分别为 48、50、54、60、64，新能源车其他部件碳化硅裸晶(32mm2)耗量分别为 18、18、20、25、30。5）假设 2022-2026 年，碳化硅功率半导体器件制造良率缓慢提升，分别为 60%、62%、64%、66%、68%。表表 13：预计预计 2026 年新能源车领域新增碳化硅衬底（折合到六英寸）需求将达到年新能源车领域新增碳化硅衬底（折合到六英寸）需求将达到 347.3 万片。万片。2022 2023E 2024E 2025E 2026E 全球新能源车销量全球新能源车销量(万辆万辆)1082 1515 1894 2216 2438 YOY 61.6%40%25%17

91、%10%SiC 主驱渗透率主驱渗透率 15%20%27%32%35%单车主驱碳化硅裸晶耗量单车主驱碳化硅裸晶耗量 48 50 54 60 64 碳化硅功率器件良率碳化硅功率器件良率 60%62%64%66%68%主驱逆变器衬底需求主驱逆变器衬底需求(万片万片)29.0 54.5 96.3 143.9 179.3 SiC 其他部件渗透率其他部件渗透率 30%40%50%60%70%单车其他部件碳化硅裸晶耗量单车其他部件碳化硅裸晶耗量 18 18 20 25 30 碳化硅功率器件良率碳化硅功率器件良率 60%62%64%66%68%其他部件衬底需求其他部件衬底需求(万片万片)21.7 39.3 6

92、6.1 112.4 168.1 新能源车合计衬底需求新能源车合计衬底需求(万片万片)50.7 93.8 162.4 256.3 347.3 数据来源：CASA，Wolfspeed，安森美，国泰君安证券研究 应用场景应用场景 2：受益于光伏电站电压、电流等级提升，碳化硅器件应用前：受益于光伏电站电压、电流等级提升，碳化硅器件应用前景广阔。景广阔。近年来光伏电站直流侧电压等级逐渐从 1000V 提升到 1500V，未来光伏电站电压等级有望进一步提升至 1700V，系统电流也将逐步达到 20A 的大电流。未来光伏电站高电压、大功率的场景下，若采用硅基IGBT 器件，系统的拓扑结构会更加复杂、且消耗更

93、多的电子器件，逆变 29 of 44 器的体积和重量会进一步增加。通过搭载碳化硅功率器件，光伏逆变器转化效率能从 96%提升至 99%，能量损耗降低一半以上，极大延长设备的使用寿命，降低系统冷却要求，缩小设备的体积，减轻系统的重量。图图 35：阳光电源阳光电源 SG250HX 逆变器已应用英飞凌碳化硅技术逆变器已应用英飞凌碳化硅技术 数据来源：北极星太阳能光伏网 我们预计我们预计 2026年光伏领域新增碳化硅衬底需求（折合到六英寸）将达年光伏领域新增碳化硅衬底需求（折合到六英寸）将达到到108.4万片万片/年。年。据 CASA 预测，碳化硅功率器件在光伏逆变器领域的渗透率有望在 2025 年达

94、到 50%，带来碳化硅衬底需求的快速增长，我们认为光伏市场是碳化硅衬底需求的重要推动力。预测假设：预测假设：1）假设全球新增光伏逆变器需求等于全球新增光伏装机需求，暂不考虑存量光伏逆变器替换的需求。2）根据第三代半导体产业技术创新战略联盟 CASA 报告，2021 年光伏领域第三代半导体渗透率已经达到 13%，我们预计 2022-2026 年光伏逆变器中碳化硅功率器件的渗透率将达到 20%，30%，40%，50%，52%。3）假设 2022-2026 年光伏逆变器平均单价为 0.25/0.22/0.2/0.18/0.18。行业平均毛利率维持为 30%/28%/28%/26%/26%，IGBT

95、器件占 BOM 成本比为 16%。4）假设 SiC MOSFET 价格逐渐下降，2022-2026 年 SiC MOSFET 单价/IGBT 单价分别为 3.5/3.2/3/2.8/2.6。5）假设 2022-2026 年 SiC 器件成本构成中衬底成本占比为 46%、44%、42%、40%、40%。假设 2022-2026 年 SiC 衬底单价分别为 0.6、0.57、0.54、0.5、0.45万元/片。表表 14：预计预计 2026 年光伏领域新增碳化硅衬底（折合到六英寸）需求将达到年光伏领域新增碳化硅衬底（折合到六英寸）需求将达到108.4 万片万片 2022 2023E 2024E 2

96、025E 2026E 全球光伏逆变器总需求全球光伏逆变器总需求(GW)228.5 350 440 500 550 光伏逆变器平均单价光伏逆变器平均单价(元元/W)0.25 0.22 0.2 0.18 0.18 行业平均毛利率行业平均毛利率 30%28%28%26%26%IGBT器件占器件占 BOM成本比成本比 16%16%16%16%16%IGBT器件市场空间器件市场空间(亿元亿元)72.0 99.8 101.4 106.6 117.2 碳化硅器件渗透率碳化硅器件渗透率 20%30%40%50%52%SiC MOSFET/IGBT单价单价 3.5 3.1 2.7 2.3 2 SiC 器件市场空

97、间器件市场空间(亿元亿元)44.8 82.5 109.5 122.5 121.9 30 of 44 SiC 衬底市场空间衬底市场空间(亿元亿元)20.6 36.3 46.0 49.0 48.8 衬底单价衬底单价(万元万元/片片)0.6 0.57 0.54 0.5 0.45 光伏领域衬底需求光伏领域衬底需求(万片万片)34.3 63.7 85.2 98.0 108.4 数据来源：集邦咨询，CPIA，CASA，国泰君安证券研究 3.2.供给端：国内外衬底厂商放量在即，带来巨大设备空间供给端：国内外衬底厂商放量在即，带来巨大设备空间 根据产能梳理，我们预计至根据产能梳理，我们预计至 2026年碳化硅

98、衬底名义产能达年碳化硅衬底名义产能达 839.2 万片，万片，对应设备总市场空间对应设备总市场空间 251.8 亿元，当年市场空间亿元，当年市场空间48.0亿元。亿元。2023-2026年，预计国外龙头企业 Wolfspeed、Coherent 有望凭借先发优势，碳化硅衬底产能将率先突破百万片；国内厂商也在陆续扩产，其中东尼电子、天科合达产能扩张较快。根据 Yole 市场空间预测数据，2026 年全球导电型碳化硅衬底市场规模约占衬底总市场规模的78.9%,假设衬底良率为60%，我们折算出 2026 年导电型衬底有效产能约为 397.3 万片，相比于455.7 万片的需求，仍存在约 58.4 万

99、片的有效供给缺口，对应约 29.2 亿元设备投资空间。2022 年天岳先进上海临港工厂募资项目，每 10 万片衬底产能的设备投资约为 4 亿元。结合 2021 年晶盛机电定增公告，其碳化硅衬底晶片项目中，每 10 万片衬底产能设备投资约为 6 亿元。考虑技术快速迭代带来的设备投资下降，我们估计 2023-2026 年每 10 万片碳化硅衬底设备投资额分别为 3.8/3.5/3.2/3 亿元。参考晶盛机电公告，其年产 40 万片及以上 6 英寸碳化硅衬底晶片项目中，设备购置及安装成本中，晶体生长炉成本占比 50.6%，切片机成本占比 14.3%，原料合成炉成本占比10.1%，粗抛光机成本占比 5

100、.7%；其他支出占比 19.2%图图 36：2023 年每十万片衬底产能设备投资额价值量估计年每十万片衬底产能设备投资额价值量估计 数据来源：晶盛机电，国泰君安证券研究 表表 15：预计至预计至 2026 年碳化硅衬底产能达年碳化硅衬底产能达 839.2GW 2022 2023E 2024E 2025E 2026E Wolfspeed 87.8 107.5 127.2 147.2 167.2 Coherent 20 40 60 80 100 晶体生长炉1.92 亿切片机0.55 亿原料合成炉0.38 亿粗抛光机0.22 亿其他支出0.73 亿 31 of 44 RHOM 10 18 26 34

101、 40 SK Siltron 12 21 31 41 50 安森美安森美 4 8 12 16 20 天岳先进天岳先进 6 10 20 28 36 天科合达天科合达 12 21 40 60 80 东尼电子东尼电子 7 13.5 30 50 70 露笑科技露笑科技 4 20 20 30 35 同光晶体同光晶体 10 10 10 10 10 烁科晶体烁科晶体 4 12 20 30 40 三安光电三安光电 7.2 16.8 26.4 36 46 国宏中能国宏中能 6 7 9 11 11 中科钢研中科钢研 9 9 9 9 9 世纪金光世纪金光 3 5 10 13 17 微芯长江微芯长江 1 10 22

102、25 30 科友半导体科友半导体 4 10 15 20 30 中国电科中国电科 10 15 15 15 15 天达晶阳天达晶阳 0.5 1 5 10 12 博兰特博兰特 0 1 5 10 15 中电化合物中电化合物 1 2 2 4 6 碳化硅衬底产能合计碳化硅衬底产能合计(万片万片)218.5 357.8 514.6 679.2 839.2 碳化硅衬底当年新增产能碳化硅衬底当年新增产能(万片万片)139.3 156.8 164.6 160 十万片衬底产能设备投资十万片衬底产能设备投资(亿元亿元)3.8 3.5 3.2 3 碳化硅衬底设备总市场空间碳化硅衬底设备总市场空间(亿元亿元)136.0

103、180.1 217.3 251.8 碳化硅衬底设备新增市场空间碳化硅衬底设备新增市场空间(亿元亿元)52.9 54.9 52.7 48.0 数据来源：各公司公告，电子发烧友，半导体行业观察，国泰君安证券研究。注：以上截至 2023 年 4 月不完全统计，统计中对部分公司产能进展进行了线性假设(若有出入请以公司公告为准)。1）Wolfspeed：根据 Wolfspeed 2021 年投资者日资料，预计 2022 年公司产能达到 16.7 万平方英尺，按照 6 英寸衬底 176.71 平方厘米折算，年产能规划约为 87.8 万片；预计 2024 年公司产能达到 24.2 万平方英尺，对应 2024

104、 年产能规划约为127.2万片。公司提出 65 亿美元扩产计划，在建项目包括位于北卡罗来纳州占地 445 英亩的碳化硅材料工厂（一期项目预计于 2024 年末竣工）以及 2023 年 2 月宣布的德国萨尔州工厂。我们预计 Wolfspeed 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）为107.5/127.2/147.2/167.2 万片。2）Coherent(原原 II-VI)：2022 年 3 月，II-VI 公司对于宾夕法尼亚州的工厂进行大规模的扩建，总投资额近 64 亿元。我们预计未来 5 年产能至少增加 6 倍，在 2027 年实现年产 100 万片 6 英寸衬底。其 8 英寸

105、 SiC 衬底预计在 2024 年量产。据此我们预计 Coherent 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）为 40/60/80/100 万片。3)RHOM：罗姆计划在 2021-2025 年期间投入 1700-2200 亿日元用于碳化硅扩产，其预计 2025 年产能相较于 2021 年产能提升至 6 倍。其 8 英寸衬底也将于 2023 年量产。我们预计罗姆 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）为 18/26/34/40 万片。32 of 44 4）SK Siltron：2022 年 9 月，SK Siltron 美国密歇根贝城 6 英寸新厂正式建成投产，公司正扩

106、建二期项目，预计 2025 年完工后年产能将跃增至 50 万片，考虑到产能爬坡的因素。我们预计 SK Siltron 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）为 18/26/34/50 万片。5）安森美：安森美：安森美 2021 年收购 GTA T 开始布局衬底。2022 年 7 月，安森美在京畿道富川市投资 10 亿美元，建立一个新的研究中心和晶圆制造厂，拟于 2025 年竣工。2022 年 8 月，安森美在新罕布什尔州哈德逊的碳化硅工厂剪彩落成，该基地将使安森美 2022 年底 SiC 晶圆产能同比增加五倍。2022 年 9 月，安森美在捷克罗兹诺夫扩建的碳化硅工厂落成。据此我们

107、预计安森美 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）8/12/16/20 万片。6）天岳先进：天岳先进：2021 年公司衬底产能约为 6.7 万片，其中半绝缘衬底仍以4 英寸为主。公司 2022 年上市募集资金 20 亿元用于其上海临港新工厂的建设，新工厂建设周期为 6 年，拟于 2026 年实现满产，实现 6 英寸导电型碳化硅衬底年交付超过 30 万片，一期项目原定于 2022 年三季度投产，受疫情影响有所延误。结合公司最新公告，我们预计天岳先进 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）10/20/28/36 万片。7）天科合达：天科合达：公司目前北京大兴一期工厂已经开始

108、进入全面达产阶段，预计 2023 年深圳工厂产能逐渐爬坡，当前正拟募资新建北京大兴 2 期和徐州 2 期的扩产项目。结合公司业绩指引，我们预计天科合达 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）21/40/60/80 万片。8）东尼电子：东尼电子：公司于 2021 年 12 月宣布定增项目，建设周期为 3 年，满产之后实现年产 12 万片产能碳化硅半导体材料。2021 年 1 月，公司与下游客户签订重大销售协议，根据公告内容，我们预计东尼电子 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）13.5/30/60/70 万片。9）露笑科技：露笑科技：公司 2022 年底衬底产能规划为

109、5000 片/月，2023 年 6 英寸导电型衬底产能规划为 20 万片。公司合肥二期项目设计产能为年产10 万片 8 英寸碳化硅衬底，按照项目期两年估计。我们预计露笑科技2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）20/20/30/35 万片。10）同光晶体：同光晶体：2021 年 9 月，同光晶体年产 10 万片 4-6 英寸碳化硅单晶衬底项目投产。我们预计同光晶体 2023-2026 年衬底产能（折合为 6英寸）10/10/10/10 万片。11）烁科晶体：烁科晶体：2022 年末公司月产能约为 8000 片，4 英寸半绝缘为主 6英寸小批量供应、8 英寸导电型小批量生产。公司产能

110、规划到 2025 年实现年产 30 万片的产能。我们预计烁科晶体 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）12/20/30/40 万片。12）三安光电：三安光电：2022 年公司半年报披露其月产能为 6000 片，其湖南三安半导体项目预计 2025 年达产，规划配套年产能 36 万片。我们预计三 33 of 44 安光电 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）16.8/26.4/36/46 万片。13）国宏中能：国宏中能：公司年产 4-6 英寸导电型和半绝缘衬底片 11 万片 SiC 衬底片项目 2021 年 1 月启动试生产，2021 年 6 月项目一期工程投产。我们预

111、计国宏中能 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）7/9/11/11 万片。14）中科钢研：中科钢研：公司目前南通、青岛均有衬底产能，南通工厂设计年产能为 4 英寸 N 型碳化硅晶体衬底片 5 万片、6 英寸 N 型碳化硅晶体衬底片 5 万片、4 英寸高纯度半绝缘型碳化硅晶体衬底片 1 万片。青岛工厂年产能为 5 万片 4 英寸 SiC 晶体衬底片，5000 片 4 英寸高纯度半绝缘型SiC 晶体衬底片。我们预计中科钢研 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）9/9/9/9 万片。15）世纪金光：世纪金光：公司年产 3 万片 6 英寸碳化硅单晶衬底项目已于 2022 年

112、9 月投产。2021 年 7 月，公司宣布将在金华建设年产 22 万片 6-8 英寸碳化硅芯片产线，项目分三期完成建设，按照建设期 6 年估计，我们预计世纪金光 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）5/10/13/17 万片。16）微芯长江：微芯长江：碳化硅项目厂房于 2021 年竣工，该项目预计达产后可实现年产 4 英寸衬底 5 万片、6 英寸衬底 20 万片，我们预计微芯长江 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）10/22/25/30 万片。17）科友半导体：科友半导体：公司 2022 年 6 英寸碳化硅单晶衬底产能约为 4-5 万片，后续预计项目全部达产后可形

113、成年产 10 万片 6 英寸碳化硅衬底的生产能力，2023-2024 年产能规划为 2030 万片碳化硅衬底的产能，公司已经在 8 英寸技术中有所突破。我们预计科友半导体 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）10/15/20/30 万片。18）中国电科：中国电科：2020 年 2 月，中国电科（山西）碳化硅材料产业基地在山西转型综合改革示范区正式投产。项目设计产能为年产 10 万片 4-6 英寸 N 型（导电型）碳化硅单晶晶片、5 万片 4-6 英寸高纯半绝缘型碳化硅单晶晶片。我们预计中国电科 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）15/15/15/15 万片。19）

114、天达晶阳：天达晶阳：公司扩产项目分为两期，第一期为年产 4 英寸碳化硅晶片 1.2 万片，使用单晶生长炉 54 台，第二期年产分别为 4-8 英寸碳化硅晶片 10.8 万片。当前一期项目已经完成。我们预计天达晶阳 2023-2026年衬底产能（折合为 6 英寸）1/5/10/12 万片。20）博兰特：博兰特：2020 年公司 7 月公司年产 15 万片第三代半导体碳化硅衬底项目开工。按照项目期 4 年估计，我们预计博兰特 2023-2026 年衬底产能（折合为 6 英寸）1/5/10/15 万片。21）中电化合物：中电化合物：当前公司衬底产能约为 2 万片，2022 年公司提出拟分两期建成年产 8 万片 4-6 寸碳化硅衬底及外延片、碳化硅基氮化镓 N 外延片生产能力，按照项目期 4 年估计。我们预计中电化合物 2023-2026年衬底产能（折合为 6 英寸）2/2/4/6 万片。34 of 44 此外，优晶、溢泰半导体、晶格领域、超芯星、荃芯半导体等公司均在衬底环节有所布局，但无具体产能规划，未纳入统计范围。