1、 1/25 2022 年年 8 月月 29 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：核心优势、产业链及相关公司深度核心优势、产业链及相关公司深度梳理梳理 随着新能源汽车赛道爆发，碳化硅市场进入蓬勃发展阶段。碳化硅作为目前半导体产业最热门的赛道之一，吸引了众多半导体大厂以及初创新锐力量参与其中。中国当下的智能汽车变革浪潮，为碳化硅行业的发展带来了新的机遇和新的挑战。那么，碳化硅行业有怎样的发展历程？核心优势又有哪些？产业链构成那么，碳化硅行业有怎样的发展历程？核心优势又有哪些？产业链构成及相关公司都有哪些值得关注的？及相关公司都有哪些值得关注的？当

2、前市场空间及预期前景又是怎样的呢？通过下文分条缕析的分析相信我们能够对碳化硅行业窥知一二。当前市场空间及预期前景又是怎样的呢？通过下文分条缕析的分析相信我们能够对碳化硅行业窥知一二。一、一、碳化硅碳化硅发展发展历史历史及半导体材料演变及半导体材料演变 1.碳化硅发展历程碳化硅发展历程 碳化硅是由美国人艾奇逊在 1891 年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂，1893 年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，也就是大家常说的艾奇逊炉，一直沿用至今。自碳化硅被发现后数十年，发展进程一直较为缓慢。直到科锐（现更名为 Wolf speed）成立并开

3、始碳化硅的商业化，碳化硅行业在此后 25 年开始进入快速发展阶段。2.半导体材料演变半导体材料演变 半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料。核心分为以下三代：1)1)第一代元素半导体材料：第一代元素半导体材料：硅（Si）和锗(Ge)；为半导体最常用的材料，起源于 20 世纪 50 年代，奠定了微电子产业的基础。2/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 2)2)第二代化合物半导体材料：第二代化合物半导体材料：砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等；是 4G 时代的大部分通信设备的材料，起源于 20 世纪 90 年代，奠定了信息产业的基础。3)3

4、)第三代宽禁带材料：第三代宽禁带材料：碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝（ALN）、氧化镓（Ga2O3）等，近 10年世界各国陆续布局、产业化进程快速崛起。其中，碳化硅（SiC）为第三代半导体材料核心。核心用于功率+射频器件，适用于 600V 以上高压场景，包括光伏、风电、轨道交通、新能源汽车、充电桩等电力电子领域。9WuYeX9UvXgVuUcVbRcMaQtRoOnPoMlOnNwOfQoMxO7NnMqQNZnOrQuOtPmN 3/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 二、碳化硅核心优势二、碳化硅核心优势 第三代半导体性能突出，高功率

5、、高频高压高温场景优势明显。以碳化硅、氮化镓为代表的新一代宽禁带半导体材料，相较于传统的硅基半导体，禁带宽度大，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等特点，可以在减少能量损失的同时极大地降低材料使用体积。在高频、高压、高温等工作场景中，第三代半导体材料具有易散热、小体积、低能耗、高功率等明显优势。第三代半导体经典的应用是碳化硅。碳化硅，是一种无机物，化学式为 SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。在 C、N、B 等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，

6、可以称为金钢砂或耐火砂。SiC 碳化硅是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一：由碳元素和硅元素组成的一种化合物半导体材料。相比传统的硅材料（Si），碳化硅（SiC）的禁带宽度是硅的 3 倍；导热率为硅的 4-5 倍；击穿电压为硅的 8-10 倍；电子饱和漂移速率为硅的 2-3 倍。核心优势体现在：1.耐高压特性耐高压特性 更低的阻抗、禁带宽度更宽，能承受更大的电流和电压，带来更小尺寸的产品设计和更高的效率；2.耐高频特性耐高频特性 SiC 器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，能有效提高元件的开关速度（大约是 Si 的 3-10 倍），适用于更高频率和更快的开关速度；3.耐高温特性耐高

7、温特性 SiC 相较硅拥有更高的热导率，能在更高温度下工作。4/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 碳化硅功率器件具有高电压、大电流、高温、高频率、低损耗等独特优势，将极大提高现有使用硅基功率器件的能源转换效率，未来将主要应用领域有电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通、智能电网等。新能源产业推动需求爆发，第三代半导体材料迎来发展良机。随着第一、二代半导体材料工艺接近物理随着第一、二代半导体材料工艺接近物理极限，第三代半导体材料极限，第三代半导体材料成为产业发展的重要方向。成为产业发展的重要方向。第三代半导体材料广泛应用在 5G 基建、新能源汽车充

8、电桩、特高压及轨道交通等“新基建”各领域核心射频、功率器件中，产业迎来巨大的发展机遇，根据 Yole 数据显示，预计到 2023 年，全球碳化硅材料渗透率有望达到 3.75%，预计到 2025 年，SiC器件市场规模将达到 32 亿美元，年均复合增长率超 30%。三、碳化硅产业链三、碳化硅产业链 SiC 产业链包括上游的衬底和外延环节、中游的器件和模块制造环节，以及下游的应用环节。其中衬底的制造是产业链技术壁垒最高、价值量最大环节，是未来 SiC 大规模产业化推进的核心。5/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 1.衬底衬底 衬底价值量占比 46%，

9、为最核心的环节。由 SiC 粉经过长晶、加工、切割、研磨、抛光、清洗环节最终形成衬底。其中 SiC 晶体的生长为核心工艺，核心难点在提升良率。根据下游应用领域不同可分为导电型和半绝缘型衬底，分别用于功率和射频器件领域。6/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 SiC 衬底设备主要包括：长晶炉、切片机、研磨机、抛光机、清洗设备等。与传统晶硅设备具相通性、但工艺难度更高，设备+工艺合作研发是关键。（1）衬底设备：）衬底设备：1）长晶炉 主要由衬底制造厂商自研开发，可基本实现国产化（与传统晶硅级长晶炉有相同性，炉子结构不是非常复杂），市场没有形成商业性的独

10、立第三方企业。因为长晶环节主要用的 PVT（物理气相传输）的技术路线，温度很高，不可实施监控，难点不在设备本身，而是在工艺本身。因为基本上每家衬底厂商工艺不一样，也是各家的核心机密所在，只有衬底制造企业内部通过对“设备+工艺”合作研发效率更高。主要设备厂商包括：Wolfspeed,Aymont,Aixtron，LHT，中国电科二所，山东天岳，天科合达，中科院硅酸盐所，中国电科四十六所等。2）切片机 碳化硅的切割和传统硅的切割方式相似，但因为碳化硅属于硬质材料（莫氏硬度达 9.5，除金刚石以外世界上第二硬的材料），切割难度非常大，切一刀可能需几百个小时，对系统设备的稳定性很高，国内设备很难满足这

11、个要求。目前日本高鸟的切片机设备（金刚石多线切割机）占据 80%以上市场份额。其他公司包括 MeryerBurger、NTC、中国电科四十五所、湖南宇晶、苏州郝瑞特等。7/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 3）研磨、抛光、SMT设备 和传统硅机台基本类似，主要差别在于研磨盘和研磨液。国内外主要企业包括：日本不二越、韩国 NTS、美国斯德堡、中电科四十五所、湖南宇晶、苏州赫瑞特等。制造流程：碳化硅衬底属于技术密集型行业。通常以高纯碳粉、高纯硅粉为原料合成碳化硅粉，在特殊温场下，采用成熟的物理气相传输法（PVT 法）生长不同尺寸的碳化硅晶锭，经过多道

12、加工工序产出碳化硅衬底。（2）核心工艺流程包括：核心工艺流程包括：1）原料合成 将高纯的硅粉+碳粉按配方混合，在 2,000以上的高温条件下于反应腔室内进行反应，合成特定晶型和颗粒度的碳化硅颗粒。再经过破碎、筛分、清洗等工序，制得满足晶体生长要求的高纯度碳化硅粉原料。2）晶体生长 晶体生长为碳化硅衬底制造最核心工艺环节。目前市场主流工艺为 PVT 气相传输法（固-气-固反应），液相法，未来可能的工艺方向。3）晶体加工 晶体加工主要包括：切磨抛、清洗工艺：晶锭加工、晶棒切割、切割片研磨、研磨片抛光、抛光片清洗。将碳化硅晶棒最终形成衬底。“产学研用”为国内碳化硅衬底发展的重要推进动力。国内高校和科

13、研单位对 SiC 单晶的研究始发于2000 年前后，主要包括中科院物理所、山东大学、上海硅酸盐所、中电集团 46 所、西安理工大学、西安电子科技大学等。孕育出天科合达、天岳先进等国内碳化硅衬底领先企业。2.外延外延 外延价值量占比 23%。本质是在衬底上面再覆盖一层薄膜以满足器件生产的条件。具体分为：导电型SiC 衬底用于 SiC 外延，进而生产功率器件用于电动汽车以及新能源等领域。半绝缘型 SiC 衬底用于氮化镓外延，进而生产射频器件用于 5G 通信等领域。3.器件制造器件制造 价值量占比约 20%（包括设计+制造+封装）。产品包括 SiC 二级管、SiCMOSFET、全 SiC 模块（Si

14、C二级管和 SiC MOSFET 构成）、SiC 混合模块（SiC 二级管和 SiCIGBT 构成）。8/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 4.应用应用 半绝缘碳化硅器件主要用于 5G 通信、车载通信、国防应用、数据传输、航空航天。导电型碳化硅器件主要用于电动汽车、光伏发电、轨道交通、数据中心、充电等基础建设。四、四、相关公司相关公司 国内企业积极入局全产业链，大力投资扩产。碳化硅产业链过去受 wolf speed、ST 意法、英飞凌等海外厂商高度垄断，但随着第三代半导体行业景气度逐渐升高，国内企业积极入局产业链各阶段并已在全球第三代半导体市场占

15、据一定市场份额。据 CASA Research 不完全统计，截至 2020 年底，国内有超过 170 家从事第三代半导体电力电子和微波射频的企业，而 2018 年尚不足 100 家，覆盖了从上游材料的制备（衬底、外延）、中游器件设计、制 9/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 造、封测到下游的应用，基本形成完整的产业链结构。建议关注产业链各环节中具有核心竞争力的优质厂商。相关公司有：1.三安光电：最大三安光电：最大 SiC 投资，投资，IDM 现有工厂叠加衬底自供布局现有工厂叠加衬底自供布局 三安光电具备全国第一条碳化硅垂直整合产业链，在碳化硅下游

16、市场取得多点突破。2019 年，三安集成与美的成立第三代半导体联合实验室，聚焦 GaN、SiC 功率器件芯片与 IPM 应用电路相关研发；2020 年，公司收购北电新材，拓展碳化硅衬底和外延市场；2021 年，湖南三安半导体基地投产，总投资 160 亿元，配套 6 英寸碳化硅达产产能 36 万片/年，预计达产后实现销售额 120 亿元/年，2021 年底产能 3k 片/月，预计 2022 年年底达产，此外，公司碳化硅 MOSFET 工业级产品已处于客户验证阶段，碳化硅 MOSFET 车规级产品已处于车企六片设计与测试阶段；2021 年，公司已完成 650V 到1700VSiC 二极管的产品线布

17、局，累计出货达百万余颗；2022 年，公司与理想汽车共同出资组建苏州斯科半导体有限公司，聚焦碳化硅车规芯片模组设计与生产，计划形成 240 万只/年半桥生产线。2.斯达半导：斯达半导：SiC 车规主驱模块性能领先，加码布局碳化硅功率芯片车规主驱模块性能领先，加码布局碳化硅功率芯片 斯达半导近期多次加码布局碳化硅功率芯片。2021 年 8 月公司宣布投资 5 亿元在 SiC 芯片研发及产业化项目；2021 年 3 月公司宣布投资 20 亿元与高压特色工艺功率芯片和 SiC 芯片研发及产业化项目。斯达微电子目前在 600V/650V、1200V、1700V 等中低压 IGBT 芯片已经实现国产化。

18、拟采用先进技术和设备，实施 SiC 芯片研发及产业化项目，产品由企业自主研发，各项指标均达到国外同类产品技术要求，部分指标优于进口产品。公司用于新能源汽车的车规级 SiC 模块获国内外多家著名车企和 Tier1 客户的项目定点，将对公司 2022-2022 年车规级 SiC 模块销售增长提供推动力。3.天岳先进：天岳先进：SiC 衬底提升速度快，获得大规模订单，有望进入车规应用衬底提升速度快，获得大规模订单，有望进入车规应用 天岳先进掌握碳化硅衬底制作核心技术，批量供应下游核心客户。2021 年，公司募投项目“碳化硅半导体材料项目”投入建设，聚焦 6 英寸导电型碳化硅衬底材料生产，计划 202

19、2 年第三季度实现第一期项目投产，预计 2026 年达产且达产产能为 30 万片/年；2022 年 4 月，公司发布公告披露公司已通过IATF16949：2019 车规级认证，公司有望进入车规领域，进一步拓展碳化硅产品在汽车领域的应用市场；2022 年 7 月，公司发布关于签订重大合同公告，公司获得约 14 亿元 6 英寸导电型碳化硅衬底产品超大订单，充分彰显公司领先优势。4.时代电气：奋力迈进时代电气：奋力迈进 SiC 自主研发道路，高压电驱平台突破自主研发道路，高压电驱平台突破 公司建有 6 英寸双极器件、8 英寸 IGBT 和 6 英寸碳化硅的产业化基地，掌握了具有核心自主知识产权的 M

20、OSFET 芯片及 SBD 芯片的设计与制造技术，构建了全套特色先进碳化硅工艺技术的 4 英寸及 6 英寸兼容的专业碳化硅芯片制造平台，全电压等级 MOSFET 及 SBD 芯片产品可应用于新能源汽车、轨道交通、工业传动等多个领域。2021 年，公司推出碳化硅大功率电驱平台 C-Power220；2022 年 4 月，公司实施碳化硅芯片生产线技术能力提升建设项目，总投资 4.62 亿元，将公司平面栅碳化硅 MOSFET芯片技术能力提升至沟槽栅碳化硅 MOSFET 芯片研发能力，现有 4 英寸碳化硅芯片线提升至 6 英寸碳化硅芯片线，产能也将从 1 万片/年的提升到 2.5 万片/年。5.士兰微

21、：士兰微：IDM 龙头，快速上量龙头，快速上量 SiC 芯片生产线芯片生产线 10/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 公司作为 IDM 龙头厂商，具有 12 英寸特色工艺产线，目前已加大 SiC 器件研发投入，快速上量 SiC 芯片生产线，大力发展车规级 SiC 功率半导体。2021 年，公司 SiC 功率器件中试线通线，目前已完成车规级 SiC MOSFET 器件研发，即将进行客户验证并投入量产；2022 年 7 月，公司拟投资 15 亿元建设 SiC功率器件生产线，聚焦于新能源汽车电动模块车规级 SiC 功率器件生产，计划形成年产产能 14.

22、4 万片 6英寸 SiC 功率器件芯片生产线。此外，公司在厦门士兰明镓公司所建设的 6 英寸 SiC 功率器件芯片生产线预计将于 2022 年三季度实现通线。6.东尼电子：东尼电子：SiC 衬底产能迅速扩张，加速国产化进程衬底产能迅速扩张，加速国产化进程 公司从 2017 年开始储备研发碳化硅项目，由叶国伟博士和张忠杰博士牵头，技术由企业自主研发并已获得认可，打样送检结果良好。2021 年，公司总投资 4.69 亿元，聚焦碳化硅半导体材料生产，计划达产 12 万片/年，目前已有 50 余台长晶炉完成安装调试，约 100 台长晶炉正在安装调试阶段，上述长晶炉及配套切磨抛设备全部安装完成后，预计形

23、成 6 万片/年的产能。7.露笑科技露笑科技:碳化硅衬底产能加速扩张碳化硅衬底产能加速扩张 公司是国内最早研发 6 英寸 SiC 晶圆的单位之一，已掌握碳化硅单晶晶体生长、切割、研磨、抛光、清洗等整体解决技术和工艺方案。2021 年，公司募投“第三代功率半导体(碳化硅)产业园项目”和“和大尺寸碳化硅衬底片研发中心项目”，计划形成产能 24 万片/年生产线；2022 年，公司 6 英寸碳化硅衬底芯片已形成销售，预计年底产能达 5000 片/月，2023 年产能达 20 万片/年。8.北方华创:SiC 长晶炉设备领域龙头 主要从事半导体基础产品的研发、生产、销售和技术服务，主要产品为电子工艺装备和

24、电子元器件，是国内主流高端电子工艺装备供应商，也是重要的高精密电子元器件生产基地。经过多年的发展，公司在电子工艺装备及电子元器件领域构建了坚实的技术基础，形成了以共性核心技术为基础、产品种类多、应用领域广的平台型业务体系，打造了专业的技术和管理团队，具有较强的核心竞争能力。8 寸碳化硅长晶炉已完成研发，并进入客户端，碳化硅长晶炉设备订单饱满，预计 2022 年出货将超500 台，已成为国内主流客户的首选产品。五、五、相关政策相关政策 近年来，中国碳化硅行业受到各级政府的高度重视和国家产业政策的重点支持。国家陆续出台了多项政策，鼓励碳化硅行业发展与创新，关于做好 2022 年享受税收优惠政策的集

25、成电路企业或项目、软件企业清单制定工作有关要求的通知中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035年远景目标纲要基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023 年）等产业政策为碳化硅行业的发展提供了明确、广阔的市场前景，为企业提供了良好的生产经营环境。具体情况列示如下：11/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 六、六、市场空间与预期市场空间与预期 1.高压高功率领域优势突出，高压高功率领域优势突出，SIC 功率器件市场广阔功率器件市场广阔 碳化硅功率器件替代优势明显，在高压高功率领域性能强劲。功率器件是电力电子行业的重要基础元器件

26、之一，作用是实现对电能的处理、转换和控制，主要包括功率二极管、功率三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT 等。碳化硅功率器件具有高电压、大电流、高温、高频率、低损耗等独特优势，根据科锐和应用材料公司官网数据显示，相较于硅基功率器件，碳化硅基 MOSFET 尺寸可以减少为同电压硅基 MOSFET 的十分之一，能量损耗可以减少为同开关频率硅基 IGBT 的 30%。12/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 SiC 功率器件下游应用广泛，市场快速放量。得益于优异的能源转换效率，碳化硅功率器件在电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通、智能电网、家电等领域均

27、有广泛应用前景。根据 Yole 数据显示，全球碳化硅功率器件市场规模预计将从 2021 年 10.9 亿美元增长至 2027 年 62.97 亿美元，年均复合增长率达 34%，其中新能源车（主逆变器和充电机）、光伏及储能系统贡献了主要增量。新能源车将由从2021 年 6.85 亿美元增长至 2027 年 49.86 亿美元，为最大增量领域；光伏及储能预计增长至 2027 年4.58 亿美元；此外轨道交通领域预计也会为功率器件市场贡献超过 1 亿美元的增量空间。（1）电动车领域新应用不断出现，汽车厂商积极启用碳化硅战略）电动车领域新应用不断出现，汽车厂商积极启用碳化硅战略 电动汽车行业是市场空间

28、巨大的新兴市场，随着电动汽车的发展，对功率半导体器件需求量日益增加。电动车规模上量 800V 高压快充平台，平台搭载碳化硅共同发力。随着续航问题逐渐成为电动车发展的重心，高压快充已是大势所趋，利于充电性能和整车运行效率大幅提升的 800V 快充平台加速布局，其研发对电机的绝缘性和耐高温性提出了较高要求，相比于已达到材料极限的硅基 IGBT，碳化硅凭借其体积小、耐高温和耐高压的优势，更有利于提升空间利用率与功率效率，具有更高综合效益。800V 高压快充平台发展受重，推动汽车续航与整车效率提高。电动车加速渗透对汽车续航能力和充电速率提出了较高要求，相比于 400V 平台，800V 高压平台更契合时

29、代发展需求。新能源车销量持续提升，碳化硅市场空间广阔。伴随着各地政府补贴、退税等政策扶持以及不断改进完善的充电基础设施，全球新能源汽车的销量和占比均在持续上升，2021 年新能源车销售 650 万辆，同比增长 109%，占比全球汽车销售总量为 9%，预计到 2025 年，新能源汽车销量将超过 2100 万辆，其中，新能源汽车领域碳化硅渗透率有望超 20%。而随着新能源汽车销量的增长和碳化硅功率器件对碳化 13/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 硅晶圆的需求也在不断提高，据集邦咨询数据，预计到 2025 年，全球电动车市场对 6 英寸碳化硅晶圆的需

30、求为 169 万片。（2）光电储能领域中应用优势明确，碳化硅器件渗透率快速提升）光电储能领域中应用优势明确，碳化硅器件渗透率快速提升 光伏、风电和储能逆变器曾普遍采用硅器件，经过 40 多年的发展，转换效率和功率密度等已接近理论极限。基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统 10%左右，却是系统能量损耗的主要来源之一。碳化硅器件可应用于风电整流器、逆变器、变压器，降低能损和提高效率的同时可以使得质量和成本分别减少25%和 50%。储能产业链发展布局，碳化硅市场空间进一步打开。随着光电、风电等具有间接性、波动性等特点的可再生资源占比逐步提升，社会对能源稳定性提出了更高要求，储能成为解决能源波动性问题

31、和电力系统供需匹配问题的关键，具有巨大市场潜力，碳化硅储能逆变器使系统效率提升 3%，功率密度提升 50%，并减少了无源器件的体积和成本，在储能领域得以广泛应用。根据 Trend Force 预测显示，2021 年全球储能新增装机规模达 29.6GWh，2025 年有望达 362GWh。根据 IHS 预测，2020 年全球储能逆变器达到 12.7GWh，2018-2022 年全球储能逆变器市场规模预计为 63GWh。14/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 需求预测：预计到 2025 年，全球风电、光伏、储能总计新增装机量将增长至 687GWh，对

32、应功率器件市场规模大约为 255 亿元，SiC 功率器件渗透率 50%，对应等效 6 英寸晶圆需求量 89 万片。假设至2025 年 6 英寸碳化硅晶圆 0.5 万元/片，对应碳化硅晶圆市场空间 44.5 亿元。2.供给缺口仍然广阔，产业链迎来国产化良机供给缺口仍然广阔，产业链迎来国产化良机（1）衬底制造难度大，海外巨头垄断供给）衬底制造难度大，海外巨头垄断供给 碳化硅晶片制造工艺难度大，研发时间长，存在较高的技术门槛和人才门槛。目前，碳化硅晶片产业格局呈现美国全球独大的特点。根据 Yole 数据，海外厂商占有全球碳化硅衬底产量的 86%以上，仅 Wolf speed 公司就占据了 45%的市

33、场份额，排名第二的 Rohm 公司也有 20%的市场份额，国内企业仅有天科合达和天岳先进分别占据了 5%和 3%。15/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 （2）供给缺口仍然广阔，产业链迎来国产化良机）供给缺口仍然广阔，产业链迎来国产化良机 据统计，2021 年全球碳化硅晶圆产能约为 40-60 万片，有效产能仅 20-30 万片，其中，新能源汽车和光伏占碳化硅市场 77%，相比碳化硅晶圆需求，存在巨大的供给缺口。预计 2025 年，全球 6 英寸碳化硅晶圆产能预测约 242 万片，全球 6 英寸碳化硅晶圆需求保守预测约为 365 万片，其中车用碳

34、化硅晶圆需求占比约 60%，光伏、储能等代表行业碳化硅晶圆需求占比约 40%，仍存在 123 万片的供给缺口。面对下游应用领域扩张和客户国产化需求的快速增长，国内相关企业正在积极布局扩产应对。目前国产碳化硅器件已成功进入多家整车厂的在售车型，如比亚迪半导体研发的 SiC MOSFET 功率器件已自供于比亚迪汉车型，斯达半导与 Cree 合作开发的 1200VSiC 模块得到宇通客车认可并装车。吉利合资子公司芯粤能研发的碳化硅主驱模块也成功应用于旗下车型 Smart 精灵。未来随着产能扩张和规模效应带来的成本优势，碳化硅产业链有望迎来国产化良机。16/25 2022 年年 8 月月 29 日日

35、行业行业|深度深度|研究报告研究报告 3.各环节技术壁垒高，国产替代正当其时各环节技术壁垒高，国产替代正当其时（1）碳化硅产业链环环紧扣，核心环节高度垄断）碳化硅产业链环环紧扣，核心环节高度垄断 以衬底和外延为核心，碳化硅产业链路径明晰。碳化硅产业链主要分为衬底、外延、器件和应用四大环节，衬底材料是产业链的基础，外延材料是器件制造的关键，器件是产业链的核心，应用是产业发展的动力。产业上游利用原材料通过物理气相升华法等方法制成衬底材料，再利用化学气相沉积法等方法生长外延材料，产业中游基于上游材料制成射频器件、功率器件等器件，最终应用于下游 5G 通信、电动汽车、轨道交通等。其中，衬底和外延共占产

36、业链成本 60%，是产业链主要价值所在。目前，碳化硅供应链主要由 Wolf speed、英飞凌等海外厂商垄断，呈现美欧日三足鼎立格局，但随着我国第三代半导体产业的迅速发展，国产碳化硅产品已逐渐打入世界市场。17/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 （2）衬底为核心技术难点，国产化契机已至）衬底为核心技术难点，国产化契机已至 碳化硅衬底工艺复杂，制作难度大。但是衬底据主要价值量，但国内厂商占比低。SiC 衬底占据产业链主要价值量，占比 47%，预期未来随着产能扩张和良率提升，有望降至 30%。SiC衬底分为导电型衬底和半绝缘型衬底，其中导电型衬底主要

37、应用于功率类场景，两者的大部分市场份额均在海外厂商手中。2020 年全球导电型碳化硅衬底市场中，Wolf speed 一家独占了 62%的市场份额，CR3 高达 89%，国内份额最大的企业天科合达仅占 4%。18/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 碳化硅衬底市场竞争加剧，各厂商加速布局。碳化硅器件需求快速增长，衬底材料作为产业链核心环节受制于技术难度大、生产周期长等因素，成为限制产业链产能的关键，海内外厂商均重点规划加大投入以抢占衬底市场份额。国外垄断厂商不断整合资源扩大产能以巩固优势地位，Wolfspeed 全球首座、最大且唯一的 8 英寸碳化

38、硅晶圆厂已投入生产，此外，Wolfspeed 投资 10 亿美元建造采用最先进技术的自动化 8 英寸碳化硅生产工厂和材料超级工厂，预计 2024 年完工后将带来 30 倍产能扩充。II-VI 将在美国伊斯顿建设约 30 万平方英尺的工厂以扩大 6 英寸和 8 英寸衬底和外延产量，预计 6 英寸衬底在2027 年前产能达 100 万片/年，计划 8 英寸衬底在 2024 年投入量产。国内厂商潜心研发奋起直追不断提升市场地位，天岳先进投资 20 亿元建设上海“碳化硅半导体材料项目”，聚焦于 6 英寸导电型碳化硅衬底材料生产，计划于 2026 年达产且达产产能为 30 万片/年，目前，天岳先进已获得

39、 13.93 亿元的导电型碳化硅衬底合同订单。露笑科技募集资金约 25.67 亿元投资碳化硅项目，计划达产产能为 24 万片/年，目前，露笑科技已获得超 15 万片衬底需求。19/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 （3）外延质量对器件影响大，中国企业相继布局）外延质量对器件影响大，中国企业相继布局 高压领域控制难，质量对器件影响较大。碳化硅外延片，是指在原有碳化硅衬底上生长了一层有一定要求的、与衬底晶相同的单晶薄膜（外延层）的碳化硅片。20/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 外延设备国外垄断，中企入

40、局晶片生产。外延设备被行业四大龙头企业 Axitron、LPE、TEL 和 Nuflare所垄断，中国 SiC 外延技术发展起步较晚，难以进入技术壁垒较高的外延设备领域，故以外延晶片生产为主要切入方向。目前，碳化硅外延晶片市场呈现出双寡头垄断格局，海外厂商占据主要市场。外延占 SiC 产业链主要价值，各厂商加大投入打响产能争夺战。国外垄断厂商 wolfspeed 购买 Aixtron外延设备，投资超 10 亿美金以期扩大 SiC 晶圆生产产能。为缩小技术差距并抢占市场份额，中国厂商紧跟国际前沿技术加速布局。目前中国超过数十家已布局规划 SiC 外延晶片的生产，据报道，天域半导体计划购置 94.

41、7 亩建设碳化硅外延材料研发及产业化项目，聚焦于 6 英寸和 8 英寸碳化硅外延晶片生产线建设，预计 2025 年实现营收 8.7 亿元，计划 2028 年项目达产且达产产能 100 万片/年。瀚天天成二期项目已竣工，聚焦于 6 英寸碳化硅外延晶片生产，计划 2023 年达产且达产产能为 20 万片/年，预计达产可实现产值 24 亿元，同时将继续建设三期项目，计划产能达 140 万片/年。21/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告（4）宽禁带半导体带来新的挑战，封装技术迭代升级）宽禁带半导体带来新的挑战，封装技术迭代升级 传统封装基于硅基，三代半导体

42、材料具有全新设计。若将传统硅基封装结构用于宽禁带半导体功率器件时，会在频率、散热、可靠性等方面带来新的问题与挑战。SiC 功率器件对寄生电容和寄生电感更加敏感。相比于 Si 器件 SiC 功率芯片的开关速度更快，这会对驱动电压的波形带来过冲和震荡，引起开关损耗的增加，严重时甚至会引起功率器件的误开关。此外 SiC 功率器件工作温度更高，对散热的要求也更高。宽禁带半导体功率封装领域研发出多种不同结构。传统 Si 基功率模块封装不再适用。针对传统 Si 基功率模块封装存在寄生参数过高，散热效率差的问题，SiC 功率模块封装在结构上采用了无引线互连（wireless interconnection）

43、和双面散热（double-side cooling）技术，同时选用了导热系数更好的衬底材料，并尝试在模块结构中集成去耦电容、温度/电流传感器以及驱动电路等，研发出了多种不同的模块封装技术。22/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 （5）器件价差缩小，国产加速替代）器件价差缩小，国产加速替代 器件制造存在技术壁垒，生产成本高。碳化硅器件是通过 CVD 在碳化硅衬底上叠层外延膜，经过清洗、氧化、光刻、刻蚀、去光阻、离子注入、化学气相沉积沉淀氮化硅、抛光、溅镀、后加工等步骤后在SiC 单晶基板上形成元件结构所得。其中，SiC 功率器件主要包括 SiC 二

44、极管、SiC 晶体管和 SiC 功率模块。受制于上游材料生产速度慢、良品率低等原因，碳化硅器件具有较高制造成本。此外，碳化硅器件制造具有一定技术难度。23/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 沟槽型碳化硅功率器件具有更大制造难度。根据器件结构的不同，碳化硅功率器件主要可以分为平面型器件和沟槽型器件。平面型碳化硅功率器件具有较好的单位一致性，制作工艺简单，但易产生 JFET 效应，具有较高的寄生电容和通态电阻。相较于平面型器件，沟槽型碳化硅功率器件单位一致性较低，具有更复杂的制作工艺，但沟槽结构有利于增加器件单位密度，不易产生 JFET 效应，有利于

45、解决沟道迁移率低等问题，具有导通电阻小、寄生电容小、开关能耗低等优良性能，具有显著的成本优势和性能优势，已成为碳化硅功率器件发展的主流方向。价差缩小，SiC 加速替代。根据 Mouser 和 Digi-Key 的公开报价，SiCMOSFET 在 2022 的平均价格较2020 年下降了 11%，与 Si 器件价差也缩小至 2.5-3 倍之间，加快替代速度，构成正向循环。国内企业逐步切入，器件存在突围机会。随着技术突破和成本的下降，SiC 功率器件市场规模快速上升。因为 SiC 器件对稳定性要求较高，需要较长的验证周期，因此中国厂商切入进程较慢，还未形成一定规模的市占率，但存在国产厂商如士兰微、

46、斯达、华润微、安世等已实现器件规模生产并在功率 MOSFET、IGBT 单管、IGBT 模块等部分领域跻身全球前十。随着上游衬底和外延的不断突破，下游器件厂商同样存在超车机会。（5）供需缺口不断扩大，海内外积极投资扩产供需缺口不断扩大，海内外积极投资扩产 随着碳化硅器件在工业、汽车、光伏等各领域不断渗透，碳化硅器件的市场需求不断扩大，具有巨大市场发展潜力，各厂商加大投资投产进程以抢占市场先机。24/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 七、七、发展前景发展前景 25/25 2022 年年 8 月月 29 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 1

47、.政策利好行业发展政策利好行业发展 近年来从国家到地方相继制定了一系列产业政策来推动碳化硅衬底产业的发展。中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要提出集中电路设计工具、重点装备和高纯靶材等关键材料研发，集中电路先进工艺和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、微机电系统（MEMS）等特色工艺突破，先进存储技术升级，碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展。2.新能源汽车爆发带动行业发展新能源汽车爆发带动行业发展 汽车动力系统在发生三大变化，动力来源从内燃机演变为电动机，功率半导体材料从硅转向碳化硅，碳化硅在 800V 主电机控制器应用是大势所趋。目前整个车规级碳化硅行业发展

48、前景非常好，碳化硅需求井喷式的爆发，广州、深圳等很多地方都在发展碳化硅产业。3.产业链逐步完善带动行业发展产业链逐步完善带动行业发展 不断突破衬底材料、外延、芯片和封装测试瓶颈，开发新工艺和新技术，加速实现 6 英寸 SiC 衬底和外延材料的产业化转移，降低材料的缺陷密度、提高产品良率和降低成本。推动建设国际一流的 SiC 和Foundry，加速建设能够充分发挥第三代半导体材料和器件性能的先进封装线。参考资料参考资料 1.兴业证券-碳化硅行业深度报告：多应用驱动供给缺口巨大，碳化硅产业链加速国产替代 2.海通证券-通信行业深度研究：碳化硅，冉冉升起的第三代半导体 3.浙商证券-碳化硅行业深度报告：碳化硅衬底，新能源车+光伏需求即将兴起，国产替代有望突破 4.中商产业研究院-2022 年中国碳化硅行业市场前景及投资研究报告 免责声明：以上内容仅供学习交流，不构成投资建议。慧博慧博官网官网：https:/https:/ 电话：电话：-18661866 邮箱：邮箱：