1、 1/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 行业研究报告 慧博智能投研 碳化硅碳化硅（SiC）行业深度：市场空间、未来行业深度：市场空间、未来展望、产业链及相关公司深度梳理展望、产业链及相关公司深度梳理 近年来，随着 5G、新能源等高频、大功率射频及电力电子需求的快速增长，硅基半导体器件的物理极限瓶颈逐渐凸显，如何在提升功率的同时限制体积、发热和成本的快速膨胀成为了半导体产业内重点关注的问题，以碳化硅为首的第三代半导体材料在这一趋势下逐渐从科研走向产业化，并成为替代部分硅基功率器件的明确趋势。然而，目前行业仍存在一些挑战和改进的空间。未来需要对产业链各
2、环节进行优化和改进。下面，我们将从半导体材料的发展过程入手，介绍碳化硅作为第三代半导体材料的优势，同时对半导体器件进行分类。此外，我们将对碳化硅产业链各环节进行深入梳理，分析国内外的发展状况，并展望未来的发展趋势。通过这些信息，希望能够为大家了解碳化硅行业提供帮助。目录目录 一、概述.1 二、行业现状及市场空间.4 三、相关政策.7 四、产业链分析.8 五、未来展望.30 六、相关公司.31 七、参考研报.36 一、一、概述概述 1、半导体材料发展过程半导体材料发展过程 根据研究和规模化应用的时间先后顺序，业内将半导体材料划分为三代。第一代半导体（间接带隙第一代半导体（间接带隙&窄带隙）：窄带
3、隙）：1950 年起，以硅（Si）为代表的半导体材料取代了笨重的电子管，推动了以集成电路为核心的微电子产业迅速发展。硅材料属于间接带隙（电子跃迁至导带时需要改变动量，光利用率低）且带隙窄（不耐压），适用于低压、低频、中功率集成电路，在光电子领域和高频高功率器件方面受限。第二代半导体（直接带隙第二代半导体（直接带隙&窄带隙）：窄带隙）：1990 年起，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表的半导体材料崭露头角，属于直接带隙且具有相对宽的带隙，载流子速度更快、噪音更低。其适用于制作高速、2/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 高频、大功率以及发光电
4、子器件，但受限于材料本身，难以满足更高功率、更高电压、更高频率的器件需求。第三代半导体（直接带隙第三代半导体（直接带隙&宽带隙）：宽带隙）：近年来，以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）为代表的半导体材料备受关注。碳化硅作为第三代宽禁带半导体材料的代表，在禁带宽度、击穿电场、热导率、电子饱和速率、抗辐射能力等关键参数方面具有显著优势，满足了现代工业对高功率、高电压、高频率高功率、高电压、高频率的需求，主要被用于制作高速、高频、大功率及发光电子元器件。2、SiC 作为第三代半导体材料优势明显作为第三代半导体材料优势明显 SiC 作为第三代半导体材料具备诸多显著优势：（1）耐高压：）耐高压：SiC
5、材料相比于 Si 材料具有 10 多倍的击穿场强，因此可以通过更低的电阻率和更薄的漂移层实现更高的击穿电压，相同的耐压值下，SiC功率模块导通电阻/尺寸仅为 Si 的 1/10，功率损耗大幅减少。（2）耐高频：）耐高频：SiC 材料不存在电流拖尾现象，能够提高元件的开关速度，是硅（Si）开关速度的 3-10倍，从而适用于更高频率和更快的开关速度。（3）耐高温：）耐高温：SiC 材料具有禁带宽度大(约 Si 的 3 倍)、热导率高(约 Si 的 3.3 倍），熔点高(2830，约 Si-1410的两倍)的特点，因此 SiC 器件在减少电流泄露的同时大幅提高工作温度。3/36 2023 年年 9月
6、月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 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、抗辐照功率半导体器件的理想材料。3、碳化硅器件定义及分类碳化硅器件定义及分类 生产碳化硅器件
7、主要包括衬底、外延、器件制造（设计、制造、封测）三大环节。生产碳化硅器件主要包括衬底、外延、器件制造（设计、制造、封测）三大环节。按照电阻性能的不同分为导电型碳化硅功率器件和半绝缘型碳化硅基射频器件：（1）导电型碳化硅功率器件导电型碳化硅功率器件 功率器件又被称为电力电子器件，是构成电力电子变换装置的核心器件。电力电子器件是对电能进行变换和控制，所变换的“电力”功率可大到数百 MW 甚至 GW，也可以小到数 W 甚至 1W 以下。电力电子装置正是实现电能高质量高效转换、多能源协调优化、弱电与强电之间控制运行、交流与直流之间能量互换、自动化高效控制等的重要手段，也是实现节能环保、提高电能利用效率
8、的重要保障。导电型碳化硅功率器件导电型碳化硅功率器件主要是通过在导电型衬底上生长碳化硅外延层，得到碳化硅外延片后进一步加工制成，品种包括造肖特基二极管（SBD）、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极性晶体管）等，主要用于电动汽车、光伏发电、轨道交通、数据中心、充电等基础建设。目目前前碳化硅二极管、碳化硅二极管、MOSFET 已经开始商业化应用。已经开始商业化应用。（2）半绝缘型碳化硅基射频器件半绝缘型碳化硅基射频器件 射频器件在无线通讯中扮演信号转换的角色，是无线通信设备的基础性零部件，主要包括功率放大器、滤波器、开关、低噪声放大器、双工器等。4/36 2023
9、年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 半绝缘型碳化硅基射频器件半绝缘型碳化硅基射频器件是通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层，制得碳化硅基氮化镓外延片后进一步制成，包括 HEMT（高电子迁移率晶体管）等氮化镓射频器件，主要用于 5G 通信、车载通信、国防应用、数据传输、航空航天。碳化硅、氮化镓材料的饱和电子漂移速率分别是硅的 2.0、2.5倍，因此碳化硅、氮化镓器件的工作频率大于传统的硅器件。然而，氮化镓材料存在耐热性能较差的缺点，而碳化硅的耐热性和导热性都较好，可以弥补氮化镓器件耐热性较差的缺点，因此业界采取半绝缘型碳化硅做衬底，在衬底上生长氮化镓外延层后制造
10、射频器件。二、行业现状及市场空间二、行业现状及市场空间 1、全球碳化硅器件市场格局由海外巨头主导全球碳化硅器件市场格局由海外巨头主导 海外企业由于占据先发优势，在技术进展与产能规模上具备一定垄断地位。根据数据，市场份额由海外巨头意法半导体、Wolfspeed、罗姆、英飞凌、三菱电机、安森美等厂商垄断，其中最大的碳化硅器件商为意法半导体，是特斯拉车载碳化硅器件的主要供应商，市占率达到 40%，其次是英飞凌，市占率22%。全球 TOP6 占据 95%以上的市场份额。5/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 2、海外技术禁运，加速宽禁带半导体器件的国产替代进
11、程海外技术禁运，加速宽禁带半导体器件的国产替代进程 由于宽禁带半导体的军事用途使得国外对中国实行技术禁运和封锁，国内 SiC 产业的持续发展对核心技术国产自主化、实现供应链安全可控提出了迫切的需求。自主可控趋势加速了宽禁带半导体器件的国产替代进程，为宽禁带半导体行业带来了发展新机遇。在宽禁带半导体领域，下游应用企业已在调整供应链，支持国内企业。数家国内宽禁带半导体企业的上中游产品陆续获得了下游用户验证机会，进入了多个关键厂商供应链，逐步开始了以销促产的良性发展。3、下游需求不断扩大，百亿市场空间可期下游需求不断扩大，百亿市场空间可期 未来随着碳化硅器件在新能源汽车、能源、工业、通讯等领域渗透率
12、提升，碳化硅器件市场规模有望持续扩大，其中新能源车和光伏为重要领域。（1）新能源汽车：）新能源汽车：SiC 器件主要应用在 PCU（动力控制单元，如车载 DC/DC）和 OBC（充电单元），相比于 Si 器件，SiC 器件可减轻 PCU 设备的重量和体积，降低开关损耗，提高器件的工作温度和系统效率；OBC充电时，SiC 器件可以提高单元功率等级，简化电路结构，提高功率密度，提高充电速度。（2）光伏发电领域：）光伏发电领域：SiC材料具有更低的导通电阻、栅极电荷和反向恢复电荷特性，使用 SiC-Mosfet 或 SiC-Mosfet 与 SiC-SBD 结合的光伏逆变器，可将转换效率从 96%提
13、升至 99%+，能量损耗降低 50%+，设备循环寿命提升 50 倍。新能源汽车是未来第一大应用市场。新能源汽车是未来第一大应用市场。2027 年全球导电型 SiC 功率器件市场规模有望达 63 亿美元，2021-2027 年 CAGR 达 34%；2027 年新能源汽车导电型 SiC 功率器件市场规模有望达 50 亿美元，占比高达 79%。全球已有多家车企的多款车型使用全球已有多家车企的多款车型使用 SiC。2018 年特斯拉率先在 Model3 上搭载 SiC，从此拉开了碳化硅大规模上车序幕，蔚来、比亚迪、吉利、现代汽车等车企纷纷跟进，特斯拉凭借先发优势以及 Model3、ModelY 等主
14、力车型热销，一直是 SiC 装车的主力担当。随着比亚迪汉 EV、蔚来 ES6、理想 L9 等热门车型的陆续上市，SiC装车量得到进一步扩大。据 Clean Technica，2023 年 1-5 月 SiC 车型超 100万辆。从行业趋势看，从行业趋势看，SiC 上车是大势所趋。上车是大势所趋。特斯拉曾在 2023 年 3 月初的投资者大会上表示，将减少 75%的SiC 用量，一度引发 SiC 未来发展前景不明的猜测，但近期全球汽车市场却用实际行动表达了对 SiC的支持，如全球第四大汽车集团 Stellantis 宣布，已与多家供应商签订包括 SiC 在内的半导体合作协议，6/36 2023
15、年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 总价值超 80亿元；博格华纳博格华纳向安森美安森美 SiC 产品下定金额超 72 亿元；瑞萨电子瑞萨电子也与 Wolfspeed 签署了一份为期 10年的碳化硅晶圆供应协议等。光伏第三代半导体功率器件市场前景广阔。光伏第三代半导体功率器件市场前景广阔。光伏电站直流端电压等级逐渐从 1000V 提升至 1500V，未来有望再提升至 2000V。大电压环境下碳化硅功率器件的性能优势凸显。伴随光伏逆变器出货量的快速增长以及碳化硅功率器件渗透率的提升，光伏碳化硅功率器件市场将迅速成长。根据 CASA 数据，2021年中国光伏领域第三代功率
16、半导体的渗透率超过 13%，市场规模约 4.78 亿元，同比增长 56%，预计2026 年光伏用第三代半导体市场空间将接近 20 亿元，五年 CAGR 超过 30%。随着随着 5G 建设的加速，半绝缘型碳化硅器件市场有望持续增长。建设的加速，半绝缘型碳化硅器件市场有望持续增长。半绝缘型碳化硅器件主要用于 5G 基站、卫星通信、雷达等方向，随着 5G 建设的加速，尤其是 MassiveMIMO 技术的推广，半绝缘型碳化硅基氮化镓器件市场规模将不断扩大。根据 YOLE 的数据，2020 年封装的氮化镓射频器件市场规模约为8.91 亿美元，其中超过 99%都是采用碳化硅衬底，到 2026 年，这部分
17、市场规模有望增长至 22.22 亿美元，年复合增速 17%。7/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 三、相关三、相关政策政策 近年来，国家陆续出台政策文件，大力支持行业发展，鼓励企业深入布局，第三代半导体碳化硅（近年来，国家陆续出台政策文件，大力支持行业发展，鼓励企业深入布局，第三代半导体碳化硅（SiC）蓬勃发展。蓬勃发展。国家持续出台相关政策支持第三代半导体发展，2016 年 7 月，国务院关于印发“十三五”国家科技创新规划的通知明确发展第三代半导体芯片；2019 年 11 月工信部将第三代半导体产品写入重点新材料首批次应用示范指导目录，2019
18、年 12月，在长江三角洲区域一体化发展规划纲要中明确要求加快培育布局第三代半导体产业，推动制造业高质量发展；2020 年 7 月为鼓励企业积极发展集成电路，国家减免相关企业税收；2021 年 3 月，十四五规划中特别提出第三代半导体要取得发展；2021 年 8 月，工信部将第三代半导体纳入“十四五”产业科技创新相关发展规划。8/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 四、产业链分析四、产业链分析 从工艺流程上看，首先由碳化硅粉末通过长晶形成晶碇，然后经过切片、打磨、抛光得到碳化硅衬底；衬底经过外延生长得到外延片；外延片经过光刻、刻蚀、离子注入、沉积等步骤
19、制造成器件。目前目前 SiC MOSFET 的应用受到成本高昂限制，据中科院数据，同一级别下的应用受到成本高昂限制，据中科院数据，同一级别下 SiC MOSFET 的价格比的价格比Si 基基 IGBT 高高 4 倍。倍。碳化硅衬底、外延成本分别占整个器件的 47%、23%，合计约 70%，后道的器件设计、制造、封测环节仅占 30%。这与硅基器件成本构成截然不同，硅基器件生产成本主要集中在后道的晶圆制造约 50%（碳化硅器件制造也包含晶圆制造，但成本占比相对较小），衬底成本占比仅为 7%。SiC 产业链价值量倒挂的现象说明上游衬底厂商掌握着核心话语权，是国产化突破的关键。产业链价值量倒挂的现象说
20、明上游衬底厂商掌握着核心话语权，是国产化突破的关键。1、衬底、衬底 衬底定义：沿特定的结晶方向将晶体切割、研磨、抛光，得到具有特定晶面和适当电学、光学和机械特性，用于生长外延层的洁净单晶圆薄片。9/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 从电化学性质差异来看，碳化硅衬底材料可以分为导电型衬底（电阻率区间从电化学性质差异来看，碳化硅衬底材料可以分为导电型衬底（电阻率区间 1530mcm）和半绝缘）和半绝缘型衬底（电阻率高于型衬底（电阻率高于 105cm）。）。这两类衬底经外延生长后分别用于制造功率器件、射频器件等分立器件。其中，半绝缘型碳化硅衬底主要应用于
21、制造氮化镓射频器件、光电器件等。通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层，制得碳化硅基氮化镓外延片，可进一步制成 HEMT 等氮化镓射频器件。导电型碳化硅衬底主要应用于制造功率器件。与传统硅功率器件制作工艺不同，碳化硅功率器件不能直碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅衬底上，需在导电型衬底上生长碳化硅外延层得到碳化硅外延片，并在外延层上制造肖接制作在碳化硅衬底上，需在导电型衬底上生长碳化硅外延层得到碳化硅外延片，并在外延层上制造肖特基二极管、特基二极管、MOSFET、IGBT 等功率器件。等功率器件。大尺寸衬底有效摊薄成本，成为行业趋势。大尺寸衬底有效摊薄成本，成为行业趋势。目前碳化硅衬底主流
22、尺寸是 4/6 寸，其中半绝缘型碳化硅衬底以 4 寸为主，导电型碳化硅衬底以 6 寸为主。大尺寸可以摊薄单位芯片的成本，当衬底从 6寸扩大到8 寸时，可切割出的碳化硅芯片(32mm2)数量有望从 448 颗增加到 845 颗，增加了 75%。目前国际上龙头企业的碳化硅衬底正从 6 寸往 8 寸发展，国际龙头 Wolfspeed、II-VI 以及国内龙头天岳先进天岳先进等都已成功研发 8英寸衬底产品。（1）衬底市场份额衬底市场份额 海外龙头起步较早，长期垄断海外龙头起步较早，长期垄断 SiC 衬底市场，衬底市场，CR3 达达 80%。海外龙头企业在碳化硅领域起步较早，其中 Wolfspeed 和
23、 II-VI 公司在研发和产业化方面领先国内数十年，例如 Wolfspeed/II-VI 的 6寸半绝缘型碳化硅衬底量产时间早于国内天岳先进天岳先进 15/10年。根据 Yole 数据，2020 年海外厂商的 SiC衬底CR3 达 78%，其中 Wolfspeed 市占率 45%，罗姆罗姆（收购 SiCrystal）市占率 20%，位居第二；国内龙头天科合达天科合达、天岳先进仅为 3%、3%。导电型衬底导电型衬底 Wolfspeed 一家独大，绝缘型衬底天岳先进入围前三。一家独大，绝缘型衬底天岳先进入围前三。2020年全球导电型 SiC衬底依旧被 Wolfspeed、II-VI、罗姆垄断，CR
24、3 高达 90%，其中 Wolfspeed 市占率高达 62%，一家独大；半绝缘型衬底中天岳先进表现亮眼，市占率约 30%，仅次于全球龙头 II-VI、Wolfspeed 的 35%、33%。10/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 （2）国内衬底企业技术水平明显落后于国外企业国内衬底企业技术水平明显落后于国外企业 海外企业已领先 6寸碳化硅衬底供应，并开始供应 8 寸衬底。中国企业在单晶衬底方面以 4 英寸为主，国内企业已具备 6 寸 SiC 衬底量产能力，正积极布局 8寸。设备、人才短缺导致国内衬底良率偏低。设备、人才短缺导致国内衬底良率偏低。半
25、导体行业是技术密集型行业，国内人才和技术水平相对缺乏，且宽禁带半导体关乎国家军事安全，受到海外严格出口限制。因此由于设备、人才短缺，国内 SiC 衬底良率较低，国内龙头天岳先进、天科合达天岳先进、天科合达的良率只有 50%，而海外 Wolfspeed 的良率已达 85%左右，这导致国内碳化硅功率半导体器件的价格较高昂，且市场渗透率较低。11/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 天科合达、天岳先进天科合达、天岳先进 6寸衬底参数对标海外。国内企业的大尺寸碳化硅衬底的量产进度仍与海外龙头有较大差距，但在 6寸衬底的技术参数上，国内龙头天科合达、天岳先进与
26、海外 Wolfspeed、II-VI 不存在明显差距。（3）碳化硅衬底市场规模预测碳化硅衬底市场规模预测 预计预计 2027 年全球导电型碳化硅衬底市场规模将增至年全球导电型碳化硅衬底市场规模将增至 21.6 亿美元。亿美元。受下游民用领域的持续景气，如新能源汽车与光伏，导电型 SiC 衬底市场规模不断扩容。根据 Yole 数据，2018年，全球导电型 SiC 衬底市场规模为 1.7 亿美元，2020 年增长至 2.8 亿美元，复合增长率为 26%。预计 2027 年全球导电型碳化硅衬底市场规模将增长至 21.6亿美元。预计预计 2026 年全球半绝缘型年全球半绝缘型 SiC 衬底市场规模将增
27、至衬底市场规模将增至 4.33 亿美元。亿美元。受益于 5G 基建加快布局和全球地缘政治动荡，半绝缘型 SiC 衬底市场增长空间巨大。根据 Yole 数据，2021 年全球半绝缘型 SiC 衬底市场规模约为 2.1 亿美元，预计 2026 年将增至 4.33 亿美元。（4）碳化硅衬底的生产流程碳化硅衬底的生产流程 碳化硅衬底的生产流程包括长晶、切片、研磨和抛光环节。长晶：核心环节长晶：核心环节，通过物理气相传输法（PVT）在高温高压的条件下，将碳化硅原料气化并沉积在种子晶上，形成碳化硅单晶锭。需要精确控制各种参数，如温度、压力、气流、硅碳比等，以保证晶体的质量和纯度。12/36 2023 年年
28、 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 切片：将碳化硅单晶锭沿着一定的方向切割成薄片。切片：将碳化硅单晶锭沿着一定的方向切割成薄片。由于碳化硅的高硬度和脆性，切割过程需要使用特殊的工具，如钻石线或多线切割机。切割过程会造成晶片表面的刀痕和损伤层，需要后续的研磨和抛光处理。研磨：去除切割造成的表面缺陷和控制晶片厚度。研磨：去除切割造成的表面缺陷和控制晶片厚度。根据研磨的目的和精度，可以分为粗磨和精磨两个阶段。研磨过程需要使用高硬度的磨料，如碳化硼或金刚石粉。抛光：提高晶片表面光洁度和平整度。抛光：提高晶片表面光洁度和平整度。抛光也可以分为粗抛和精抛两个阶段。粗抛主要采用机械抛
29、光方式，使用较小粒径的硬磨料，如 B4C 或金刚石等。精抛主要采用化学机械抛光（CMP）方式，利用化学腐蚀和机械磨损协同作用，实现晶片表面的全局平坦化。1）长晶长晶 碳化硅晶体生长的主流方法是物理气相传输（碳化硅晶体生长的主流方法是物理气相传输（PVT）。）。碳化硅单晶炉的长晶方式（晶体制备方法）主要包括物理气相传输（Physical Vapor Transport,PVT）、高温化学气相积淀（HTCVD）及液相外延（LPE）。由于设备简单，操作易控制，运行成本低等优点，物理气相传输（PVT）是最成熟的制备方法。国外厂商 Wolfspeed、II-VI、SiCrystal，国内厂商天岳先进、天
30、科合达、晶盛机电天岳先进、天科合达、晶盛机电均选择 PVT法制备碳化硅晶体。PVT 碳化硅单晶炉的晶体生长过程。碳化硅单晶炉的晶体生长过程。（1）将高纯碳化硅粉料置于单晶炉内的石墨坩埚底部，并将碳化硅籽晶粘结在坩埚盖内部。（2）通过电磁感应加热或电阻加热的方式令坩埚内的温度升高至 2000以上，并在坩埚内形成轴向温度梯度，使籽晶处的温度略低于粉料处。（3）碳化硅粉料分解成硅原子、SiC2 分子以及 Si2C 分子等气相物质，在温度梯度的驱动下从高温区（粉料）向低温区（籽晶）输送，在籽晶的碳面上按照籽晶的晶型进行有规律的原子排列，使晶体逐渐增厚，进而生长成碳化硅晶锭。13/36 2023 年年
31、9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 工艺难点在于温度控制，热场材料仍依赖进口。工艺难点在于温度控制，热场材料仍依赖进口。碳化硅晶体生长需在 2,000以上的高温环境中进行，高于传统硅片制备所需的温度要求，生长条件非常苛刻，且生长过程不可见。为保证晶体生长品质需要通过热场精确调控生长温度和压力。热场是 PVT 碳化硅单晶炉中最关键的部分，热场设计决定了温度控制的精度。热场分为保温材料和坩埚，PVT 生产工艺中热场材料主要采用细结构石墨。保温材料主要采用石墨软毡、硬毡，纯度要求5ppm。坩埚主要采用高纯度石墨，纯度要求100K/mm），容易翘曲；热壁 CVD 克服了这些缺点，
32、改变加热方式、增加绝热材料（如石墨），温场/流场更均匀，温度梯度显著降低(90W/mK），可将非常厚的铜金属（厚度可达 0.8mm）焊接到相对薄的氮化硅陶瓷上，载流能力较高；且氮化硅陶瓷基板的热膨胀系数与第 3代半导体衬底 SiC晶体接近，使其能够与 SiC 晶体材料匹配更稳定，因此成因此成为为 SiC 半导体导热基板材料首选，特别在半导体导热基板材料首选，特别在 800V 以上高端新能源汽车中应用中不可或缺。另外，目前以上高端新能源汽车中应用中不可或缺。另外，目前以硅基材料为主的以硅基材料为主的 IGBT 模块在具有高导热性、高可靠性、高功率等要求的轨道交通、工业级、车规模块在具有高导热性、
33、高可靠性、高功率等要求的轨道交通、工业级、车规级领域正逐渐采用级领域正逐渐采用 AMB 陶瓷衬板替代原有的陶瓷衬板替代原有的 DBC 陶瓷衬板。陶瓷衬板。中国中国 AMB 陶瓷基板主要依赖进口，国内厂商加速扩产，国产替代进行时。陶瓷基板主要依赖进口，国内厂商加速扩产，国产替代进行时。AMB 基板比较领先的企业包括美国罗杰斯、德国贺利仕科技集团、日本日立新材、日本电化株式会社、韩国金刚高丽化学等。受益于 SiC 功率模块新机遇，部分国际企业已在计划对 AMB 进行扩产，如东芝高新材料公司已于去年开设大分工厂，开始生产氮化硅陶瓷基板；今年 2 月，罗杰斯官宣扩大德国埃申巴赫工厂 AMB 基板产能。
34、在国际企业积极扩产之时，中国本土也涌现出了一批 AMB 基板生产商包括博敏电子、富乐华、德汇电子、同欣电子、芯舟电子、华清电子等，国产 AMB 基板厂商有望随着扩产加速国产替代，实现快速成长。30/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 4、总结、总结 在高电压、大功率的电力系统升级的大背景下，碳化硅器件逐步替代部分硅基功率器件是较为明确的趋势，关键痛点在于供应稳定性和价格，这需要整个产业链从衬底、外延、器件到模块封装各个环节实现良率提升、产能扩大、产线稳定等的优化和改进。从当前产业状况而言，需求远大于产业链供给能力，对于上下游的合作需求更为迫切。从海内
35、外核心玩家的布局情况和订单情况来看，具备 1、稳定衬底供应来源；2、较强器件设计与制造能力；3、较强资金能力，等三个条件的企业更容易获得客户的信任和青睐，因此全产业链整合、原材料+IDM 等模式的企业具备优势。五、未来展望五、未来展望 1、预计预计 SiC 器件在高电压场景中先具备替代优势器件在高电压场景中先具备替代优势 从安森美的功率器件原厂价格对比来看，目前其 650V SiC MOSFET 价格比同电压的硅基 IGBT 单管要贵 3.2 倍，而 1200V SiC MOSFET比同电压的 IGBT 单管价格差距就缩小至 2.2 倍。这反映在高电压等级下，SiC 器件的价格与硅基的差距更小
36、。预计在高电压场景下，SiC已出现替换硅基器件的优势。华为预计 2025 年前 SiC 价格逐渐于硅持平。华为在数字能源 2030中指出，以 SiC为代表的第三代半导体功率芯片和器件能够大幅提升各类电力电子设备的能量密度，提高电能转换效率，降低损耗，渗透率将在未来全面提升；SiC 的瓶颈当前主要在于衬底成本高，预计未来 2025 年前，其价格会逐渐降为硅持平。2、2025 年年 SiC 成本预计下降成本预计下降 20%+碳化硅器件降本主要通过三大途径：1）降低衬底成本，主要通过 8 寸向 12 寸升级、持续优化热场设计来实现；2）在设计、器件制造、封装各个环节改进技术，具体涉及缩小元胞尺寸、改
37、进栅氧淡化工艺等方向；3）设计更小尺寸芯片，使得单位晶圆产出更高。根据 PGC，假设以 2021 年 6 寸 SiC MOSFET1200V/100A的成本为 1个单位，则至 2025年成本有望降至 0.8以下，而 8 寸的成本有望降至 0.68 附近。2021 年 SiC MOSFET 为 Si 器件成本的 3倍，到 25 年有望降至 2.5 倍附近，而业界通常认为 2-2.5 倍是碳化硅大规模渗透的成本临界点，故当前及未来 2 年处于 SiC 爆发的前夜。31/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 六、相关公司六、相关公司 1、东尼电子：专注超微细
38、合金线材，推动金刚线技术持续改造东尼电子：专注超微细合金线材，推动金刚线技术持续改造 专注于超微细合金线材及其他金属基复合材料的应用研发、生产与销售。东尼电子成立于 2008 年 1 月，主要产品为超微细导体、复膜线等电子线材，并在传统切割钢线的基础上实现了超细金刚石切割线的应用研发，产品类型不断丰富并逐步向高附加值的新兴领域扩展。公司超微细导体、复膜线目前主要应用于消费类电子产品，并逐步向新能源汽车、医疗器械、智能机器人等领域拓展；金刚石切割线则主要应用于硅和蓝宝石等硬脆材料切割领域。公司近五年归母净利润波动较大，消费电子板块为公司最主要营业收入来源，光伏板块营业收入占比逐年提高，产能持续上
39、涨。金刚线经过持续技术改造，订单量增加。引进日本钨丝技术，自主研发光伏领域钨丝金刚线。经过多年的研发，公司已经掌握了超微细合金线材相关的全套设计技术、工艺制作技术、检测测试技术、精密制造技术等核心技术，具有独立开发新款产品的能力。在微细合金线材生产的关键技术拉丝技术方面，公司已有能力将铜材及合金材料拉需直径仅为 0.016 毫米的细丝，相当于人头发丝 1/5，且在大长度拉拔后仍能保持材料具有高度的稳定性及一致性，目前国内仅有极少数企业可以达到这一技术水平。金刚线产品方面，公司已经取得了金刚线相关专利，且不断对金刚石切割线产品进行技术设备改造，并且引进日本钨丝技术，着力研究钨丝金刚线。32/36
40、 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 东尼电子子公司东尼半导体于 2023 年 1 月与下游客户 T 签订采购合同，约定东尼半导体 2023 年向该客户交付 6 英寸碳化硅衬底 13.5 万片，含税销售金额合计人民币 6.75 亿元。根据公告，公司 5 月份开始交付。公司 1Q23 碳化硅业务收入达 2563万元，毛利率 2.87%，净利率为-43.61%。2、三安光电：具备三安光电：具备 SiC 全产业链一体化布局全产业链一体化布局 三安光电成立于 2000 年，主营 LED 外延片、芯片、-族化合物半导体材料、微波通讯集成电路与功率器件、光通讯元器件等
41、业务，2014 年进军半导体行业，2017 年收购 Norstel 布局碳化硅衬底，于2019 年向 ST出售 Norstel55%的股份。2020年成立全资子公司湖南三安，从事碳化硅半导体产品的研发，产业链包括长晶、衬底制作、外延生长、芯片制备与封装，2022 年半年报披露月产能 6000 片，产能目前逐步爬坡，预计 2025 年达产，规划配套年产能 36 万片。公司 6 月 7 日公告，湖南三安与意法半导体将共同设立一家专门从事碳化硅外延、芯片生产的合资代工公司-三安意法半导体重庆有限公司，合资公司预计投入总金额为 32 亿美元。本次合作体现了公司碳化硅业务在国际市场的实力。根据公告，新的
42、 SiC 制造厂计划于 2025 年完成阶段性建设并逐步投产，2028 年达产，规划达产后生产 8寸碳化硅晶圆 4 万片/月。同时，三安光电将利用自有 SiC 衬底工艺，单独建造和运营一个新的 8英寸 SiC 衬底制造厂，以满足该合资厂的衬底需求。该合资厂将采用 ST的SiC 专利制造工艺技术，专注于为 ST生产 SiC 器件，湖南三安持股比例为 51%，意法半导体持股比例为 49%。33/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 根据年报，公司 2022 年底湖南三安碳化硅产能 1.2 万片/月，目前产能爬坡至 1.5 万片/月。湖南三安二期工程将于 2
43、023 年贯通，达产后配套年产能将达到 3万片/月，销售收入正随着产能释放实现。3、天岳先进：半绝缘型碳化硅衬底龙头，产能逐步向导电型切换天岳先进：半绝缘型碳化硅衬底龙头，产能逐步向导电型切换 天岳先进专注于碳化硅单晶衬底的研发、生产和销售，当前公司的主要产品包括 2-6 英寸的半绝缘型衬底和导电型衬底，较早在国内实现了 4英寸半绝缘型碳化硅衬底的产业化，同时完成了 6 英寸导电型碳化硅衬底的研发并开始小批量销售，当前在 8 英寸衬底方面研究进展顺利。上海临港工厂预计 2023 年内投产，2026 年全部达产后年产导电型碳化硅晶锭 2.6 万块，对应导电型碳化硅衬底年产能将超 30 万片。近年
44、来天岳先进市占率大幅提升，在半绝缘型碳化硅衬底市场中市占率达 30%，仅次于 Wolfspeed、II-VI，进入全球第一梯队。净利润波动较大。2020-2022 年，公司净利润分别是-6.42、0.90和-1.75 亿元，2021 年净利润为正，主要系行业景气度较高、公司经营规模扩大、盈利能力增强。2022 年净利润为负，主要系产线、设备调整等导致临时性产能下滑，以及公司为新建产能投产所招聘的人员数量较大，导致薪酬支出大幅上升，对净利润影响较大。4、德龙激光：聚焦激光加工设备，推出碳化硅激光切割设备德龙激光：聚焦激光加工设备，推出碳化硅激光切割设备 半导体领域进入门槛高、周期长，德龙激光向下
45、游封测段稳固半导体领域进入门槛高、周期长，德龙激光向下游封测段稳固 SiC 晶圆划片业务。晶圆划片业务。半导体领域设备调试、验证周期较长，至少需要 6-12 个月，且晶圆厂商通常在产能扩展时才考虑设备更新迭代，设备进入难度极高。德龙激光 2018年开始进入 SiC 领域，公司研发的应力诱导切割方法擅长切割超硬和超脆材料，并顺利用该方法实现了 SiC 晶圆的高品质快速切割，切割截面均匀度较传统机械方法有明显的改善。德龙激光研发的德龙激光研发的 Inducer-5560 型型 SiC 晶圆划片设备具备多重工艺优势。晶圆划片设备具备多重工艺优势。针对主流 6 寸 SiC晶圆，最大切割速度为 500m
46、m/s，工艺成熟，可针对航天航空、电力电子等行业微波器件以及功率器件的 SiC晶圆片进行切割。34/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 德龙激光向上游拓展德龙激光向上游拓展 SiC 晶锭切片业务，晶锭切片业务，SiC 晶锭切片设备已取得头部客户批量订单。晶锭切片设备已取得头部客户批量订单。2023 年 5 月公司公告称，已完成 SiC 晶锭切片技术的工艺研发与测试验证，并取得了头部客户的批量订单，标志德龙激光正式领跑国内激光划片设备市场。德龙激光利用短脉冲激光有效解决激光切割热熔、残渣堆积，无后续研磨抛问题，提升 SiC 晶锭利用率。SiC 晶锭价值
47、量较高，通过缩短相邻切片的间隙，将显著提升SiC 晶锭利用效率，从而降低生产成本。德龙激光选用超短脉冲激光器，将激光聚焦到材料内部，从内部打断材料的分子键，穿透力强且有效避免热效应的影响，减少因热熔、残渣堆积带来的切割道口损失，且无需后续二次研磨加工，在确保良率的情况下显著提升单锭产出片数。大大族激光基础器件技术领先，持续强化并确立公司在激光市场的主导地位。族激光基础器件技术领先，持续强化并确立公司在激光市场的主导地位。公司生产销售的芯片封测类相关设备包括晶圆切割设备、焊线设备、IC 打标设备以及检测、分选、编带设备等，行业装备深耕应用，并持续加大对基础器件以及专用设备业务的研发和投入，推动公
48、司业务实现高质量增长。大族激光自主研发并生产了国内首台第三代半导体 SiC 晶圆激光内部改质切割设备，率先打破国外技术垄断。自 2015年开始，大族激光配合半导体行业客户需求，该技术已形成批量销售，填补了国内市场空白。35/36 2023 年年 9月月 25 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 大族激光采用全新激光切片（大族激光采用全新激光切片（QCB）技术全方位提升）技术全方位提升 SiC 切割效切割效果。果。QCB 切片技术利用高能量密度的脉冲激光，在晶锭或晶圆一定深度的目标平面内，实现非线性吸收为主的无损精准扫描。通过精确的光学设计，扫描激光能够在目标平面引导出基面方向扩展的裂纹
49、阵列；最后利用第三代半导体晶体学上的基面滑移机制来实现高精度、低损伤的晶圆剥离。大族激光研发的 SiC 晶锭激光切片机正在客户处做量产验证。公司最新发布的两款设备 SiC晶锭激光切片机（HSET-S-LS6200）、SiC超薄晶圆激光切片机（HSET-S-LS6210），采用全新 QCB 技术，以切割 2cm 厚度的晶锭，分别产出最终厚度 350um、175um 和 100um的晶圆为例，该技术可在原来传统线切割的基础上提升分别为 40，120和 270的产能，预计将给业内带来革命性突破。5、高测股份：深耕高硬脆材料切割，耗材设备同步推动高测股份：深耕高硬脆材料切割，耗材设备同步推动 高测股份
50、主要从事高硬脆材料切割设备与耗材的研发、生产与销售。高测股份主要从事高硬脆材料切割设备与耗材的研发、生产与销售。高测股份成立于 2006 年，产品主要应用于光伏行业硅片制造环节。公司的主要品类有切割设备与切割耗材，切割设备包括单/多晶截断机、单/多晶开方机、磨倒一体机、金刚线切片机等；切割耗材为金刚线。公司持续研发新品，推进金刚线切割技术在光伏硅材料、半导体硅材料、蓝宝石材料、磁性材料等更多高硬脆材料加工领域的产业化应用。2022 年底，高测股份升级推出年底，高测股份升级推出 GC-SCDW8300 型碳化硅切片机。型碳化硅切片机。该产品是一款使用金刚线切割半导体碳化硅晶锭的专用加工设备，可加
51、工晶锭直径兼容 6寸、8 寸，最大加工长度 300mm，对比砂浆切割提升 1 倍以上产能，出片率较竞品提升 5%以上，截至 2023 年 7 月，已在行业形成销售。GC-SCDW8300 型碳化硅切片机可以提升切割效率及出片率。加工时间20h，对比砂浆切割提升 1 倍以上产能；最大线速可达 3000m/min，处于行业领先水平；采用 0.14mm 及以下金刚线切割，出片率较竞品提升 5%以上；进口全同步电气控制系统，响应时间可达 0.4ms；全同步伺服系统配备更稳定可靠的断电保护方案，供电异常时设备停机不断线概率提升至 95%以上。GC-SCDW8300 型碳化硅切片机可以降低生产成本。采用碳
52、化硅切片专用金刚线，单片线耗700m；使用水基切割液，绿色环保，综合切割成本降低 30%以上。36/36 2023 年年 9月月 25 日日行业行业|深度深度|研究报告研究报告 公司碳化硅专用金刚线是碳化硅材料切片的专用线材，具有稳定性高、切割效率高、不易断线等优势。得益于特有的自动化控制系统，可做到更小的砂量波动，保证切割产品的一致性，砂量分布均匀，切割效率高；生产过程在高清监控设备下运行，可追溯；特殊处理工艺，金刚线韧性好，不易断线，耐磨性好。公司已经实现 40m、38m、36m 及 34m线型金刚线批量销售，并实现 33m线型金刚线批量测试，同时积极开展更细线型及钨丝金刚线的研发测试，推
53、动行业切割工艺持续进步。七、参考研报七、参考研报 1.东吴证券-SiC行业深度报告：SiC东风已来，关注衬底与外延环节的材料+设备国产化机遇【勘误版】2.亿渡数据-2022 中国 SIC 碳化硅器件行业深度研究报告3.国泰君安-碳化硅行业专题：第三代半导体明日之星，“上车+追光”跑出发展加速度4.国泰君安-碳化硅设备行业深度报告：多技术并行，碳化硅衬底切片设备加速国产化5.国金证券-半导体行业年度报告（深度）：看好需求复苏+创新成长+国产替代方向6.中泰证券-汽车半导体行业系列报告：电动化智能化双轮驱动，车载半导体拾级而上7.东莞证券-电子行业碳化硅专题报告：SiC材料特性优异，新能源汽车、光伏驱动行业成长免责声明：以上内容仅供学习交流，不构成投资建议。
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