碳化硅行業(yè)深度報(bào)告：新材料定義新機(jī)遇SiC引領(lǐng)行業(yè)變革

碳化硅行業(yè)深度報(bào)告：新材料定義新機(jī)遇，SiC引領(lǐng)行業(yè)變革1碳化硅：第三代半導(dǎo)體突破性材料1.1優(yōu)質(zhì)的新型半導(dǎo)體襯底材料半導(dǎo)體材料根據(jù)時(shí)間先后可以分為三代。第一代為鍺、硅等普通單質(zhì)材料，其特點(diǎn)為開(kāi)關(guān)便捷，一般多用于集成電路。第二代為砷化鎵、磷化銦等化合物半導(dǎo)體，主要用于發(fā)光及通訊材料。第三代半導(dǎo)體主要包括碳化硅、氮化鎵等化合物半導(dǎo)體和金剛石等特殊單質(zhì)。憑借優(yōu)秀的物理化學(xué)性質(zhì)，碳化硅材料在功率、射頻器件領(lǐng)域逐漸開(kāi)啟應(yīng)用。第三代半導(dǎo)體耐壓性較好，是大功率器件的理想材料。第三代半導(dǎo)體主要是碳化硅和氮化鎵材料，SiC的禁帶寬度為3.2eV，GaN的禁帶寬度為3.4eV，遠(yuǎn)超過(guò)Si的禁帶寬度1.12eV。由于第三代半導(dǎo)體普遍帶隙較寬，因此耐壓、耐熱性較好，常用于大功率器件。其中碳化硅已逐漸走入大規(guī)模運(yùn)用，在功率器件領(lǐng)域，碳化硅二極管、MOSFET已經(jīng)開(kāi)始商業(yè)化應(yīng)用?；谏鲜鎏匦裕蕴蓟铻橐r底制成的功率器件相比硅基功率器件在性能方面更加具有優(yōu)勢(shì)：（1）更強(qiáng)的高壓特性。碳化硅的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)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(dǎo)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(lái)功率密度的顯著提升，同時(shí)降低對(duì)散熱系統(tǒng)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(dǎo)通電阻，導(dǎo)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(guān)斷過(guò)程中不存在電流拖尾現(xiàn)象，開(kāi)關(guān)損耗低，大幅提高實(shí)際應(yīng)用的開(kāi)關(guān)頻率。根據(jù)ROHM的數(shù)據(jù)，相同規(guī)格的碳化硅基MOSFET導(dǎo)通電阻是硅基MOSFET的1/200，尺寸是是硅基MOSFET的1/10。對(duì)于相同規(guī)格的逆變器來(lái)說(shuō)，使用碳化硅基MOSFET相比于使用硅基IGBT系統(tǒng)總能量損失小于1/4。碳化硅優(yōu)良的頻率、散熱特性，使得其在射頻器件上也得到廣泛應(yīng)用。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(tǒng)的硅器件。然而，氮化鎵材料存在耐熱性能較差的缺點(diǎn)，而碳化硅的耐熱性和導(dǎo)熱性都較好，可以彌補(bǔ)氮化鎵器件耐熱性較差的缺點(diǎn)，因此業(yè)界采取半絕緣型碳化硅做襯底，在襯底上生長(zhǎng)氮化鎵外延層后制造射頻器件。按照電學(xué)性能的不同，碳化硅襯底可分為半絕緣型碳化硅襯底和導(dǎo)電型碳化硅襯底兩類(lèi)，這兩類(lèi)襯底經(jīng)外延生長(zhǎng)后分明用于制造功率器件、射頻器件等分立器件。其中，半絕緣型碳化硅襯底主要應(yīng)用于制造氮化鎵射頻器件、光電器件等。通過(guò)在半絕緣型碳化硅襯底上生長(zhǎng)氮化鎵外延層，制得碳化硅基氮化鎵外延片，可進(jìn)一步制成HEMT等氮化鎵射頻器件。導(dǎo)電型碳化硅襯底主要應(yīng)用于制造功率器件。與傳統(tǒng)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(dǎo)電型襯底上生長(zhǎng)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。外延工藝是指在碳化硅襯底的表面上生長(zhǎng)一層質(zhì)量更高的單晶材料，如果在半絕緣型碳化硅襯底上生長(zhǎng)氮化鎵外延層，則稱(chēng)為異質(zhì)外延；如果在導(dǎo)電型碳化硅襯底表面生長(zhǎng)一層碳化硅外延層，則稱(chēng)為同質(zhì)外延。外延層的生長(zhǎng)可以消除襯底生長(zhǎng)中的某些缺陷，生長(zhǎng)的外延層質(zhì)量相對(duì)較好。碳化硅晶體生長(zhǎng)的過(guò)程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生缺陷、引入雜質(zhì)，導(dǎo)致襯底材料的質(zhì)量和性能都不夠好。而外延層的生長(zhǎng)可以消除襯底中的某些缺陷，使晶格排列整齊。例如襯底缺陷中的BPD（基平面位錯(cuò)）約95%轉(zhuǎn)化為T(mén)ED（貫穿刃型位錯(cuò)），而B(niǎo)PD可導(dǎo)致器件性能退化，TED基本不影響最終碳化硅器件的性能。1.2碳化硅功率器件性能優(yōu)異由于碳化硅材料具有高禁帶寬度、高飽和電子漂移速度、高擊穿強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，碳化硅是功率器件理想的制造材料。當(dāng)前碳化硅材料功率器件主要分為二極管和晶體管，其中，二極管主要包括肖特基二極管（SBD）、結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管（JBS）、PiN功率二極管（PiN）；晶體管主要包括金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JFET）、雙極型晶體管（BJT）、晶閘管。碳化硅MOSFET主要分為平面結(jié)構(gòu)和溝槽結(jié)構(gòu)。平面型碳化硅MOSFET的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、單元的一致性較好、雪崩能量比較高；缺點(diǎn)是當(dāng)電流被限制在靠近P體區(qū)域的狹窄的N區(qū)中流過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生JFET效應(yīng)，增加通態(tài)電阻，且寄生電容較大。溝槽型碳化硅MOSFET是將柵極埋入基體中，形成垂直的溝道，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是可以增加單元密度，沒(méi)有JFET效應(yīng)，溝道晶面實(shí)現(xiàn)最佳的溝道遷移率，導(dǎo)通電阻比平面結(jié)構(gòu)要明顯的降低；缺點(diǎn)是由于要開(kāi)溝槽，工藝變得復(fù)雜，且單元的一致性較差，雪崩能量比較差。溝槽型碳化硅MOSFET專(zhuān)利壁壘較高。目前國(guó)際上量產(chǎn)平面型碳化硅MOSFET的碳化硅廠商主要有Wolfspeed、意法半導(dǎo)體、Microsemi、羅姆等，國(guó)內(nèi)量產(chǎn)的有APS、瀚薪、派恩杰、清純半導(dǎo)體等Fabless廠商。而目前可量產(chǎn)的SiC溝槽結(jié)構(gòu)較為稀缺，全球量產(chǎn)溝槽型碳化硅MOSFET的僅有羅姆的雙溝槽結(jié)構(gòu)、英飛凌的半包溝槽結(jié)構(gòu)、日本住友的接地雙掩埋結(jié)構(gòu)等。相比平面型MOSFET，溝槽型碳化硅MOSFET在成本和性能上都具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。以羅姆的第三代碳化硅MOSFET（第一代溝槽型碳化硅MOSFET）為例，其芯片面積僅為羅姆第二代平面型碳化硅MOSFET的75%，且同一芯片尺寸下其導(dǎo)通電阻降低了50%。而羅姆的第二代溝槽型碳化硅MOSFET相比第一代溝槽型碳化硅MOSFET導(dǎo)通電阻亦可再降低40%。1.3星辰大海，藍(lán)海市場(chǎng)空間廣闊最早商業(yè)化碳化硅產(chǎn)品的是美國(guó)的CREE公司，其發(fā)展歷史具有較強(qiáng)的代表性。碳化硅的產(chǎn)業(yè)化基本可分為三個(gè)階段，第一階段是碳化硅LED的誕生及商業(yè)化，第二階段是射頻器件的商業(yè)化，第三部分是功率器件的商業(yè)化。2002年CREE推出商用肖特基二極管、2011年推出商用碳化硅MOSFET是行業(yè)兩個(gè)重要的發(fā)展節(jié)點(diǎn)。2019年特斯拉在Model3新能源汽車(chē)上應(yīng)用碳化硅MOSFET產(chǎn)品更是將行業(yè)熱情進(jìn)一步推向高點(diǎn)。CREE的碳化硅器件項(xiàng)目2021年前主要由旗下子公司W(wǎng)olfspeed負(fù)責(zé)，目前CREE已經(jīng)出售LED業(yè)務(wù)，并更名為Wolfspeed，主營(yíng)業(yè)務(wù)變更為碳化硅射頻及功率器件。碳化硅在射頻、功率器件領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)增長(zhǎng)空間廣闊。根據(jù)碳化硅行業(yè)全球龍頭廠商Wolfspeed的預(yù)測(cè)，受新能源汽車(chē)及發(fā)電、電源設(shè)備、射頻器件等需求驅(qū)動(dòng)，2026年碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到89億美元，其中用于新能源汽車(chē)和工業(yè)、能源的SiC功率器件市場(chǎng)規(guī)模為60億美元，用于射頻的SiC器件市場(chǎng)規(guī)模為29億美元。碳化硅在功率及射頻器件領(lǐng)域具備較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，具備較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，有望在新能源汽車(chē)、工業(yè)和能源、射頻市場(chǎng)逐步完成對(duì)硅基器件的替代。根據(jù)YOLE的預(yù)測(cè)，碳化硅的市占率有望在2024年突破10%。第三代半導(dǎo)體戰(zhàn)略意義重大，世界各個(gè)國(guó)家和地區(qū)均在努力推進(jìn)發(fā)展工作。歐洲的SPEED計(jì)劃、MANGA計(jì)劃，美國(guó)的SWITCHES計(jì)劃、NEXT計(jì)劃，日本的新一代功率電子項(xiàng)目都是意在通過(guò)政府資助和企業(yè)加強(qiáng)投資的方式推動(dòng)新一代化合物半導(dǎo)體落地的計(jì)劃，背后都具有明顯的戰(zhàn)略意圖。第三代半導(dǎo)體的重要性各國(guó)都已明確，中國(guó)早在2016年的“十三五”規(guī)劃中就將碳化硅和半導(dǎo)體照明列入重點(diǎn)項(xiàng)目，隨后科技部、發(fā)改委等四部門(mén)又將碳化硅襯底技術(shù)列入重點(diǎn)突破領(lǐng)域。我國(guó)亦在大力推動(dòng)碳化硅行業(yè)發(fā)展，國(guó)資不斷支持國(guó)內(nèi)廠商立項(xiàng)融資。2018年國(guó)內(nèi)碳化硅相關(guān)的投資項(xiàng)目簽署額僅50億元，到2020年已達(dá)463億元，且其中有接近90%的項(xiàng)目有政府參與，表明了國(guó)家對(duì)該領(lǐng)域的大力支持。1.4碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值集中于上游襯底和外延碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈主要包括襯底、外延、器件設(shè)計(jì)、器件制造、封測(cè)等。從工藝流程上看，碳化硅一般是先被制作成晶錠，然后經(jīng)過(guò)切片、打磨、拋光得到碳化硅襯底；襯底經(jīng)過(guò)外延生長(zhǎng)得到外延片。外延片經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)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(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值集中于上游襯底和外延環(huán)節(jié)。根據(jù)CASA的數(shù)據(jù)，襯底約占碳化硅器件成本的47%，外延環(huán)節(jié)又占據(jù)23%，制造前的成本占據(jù)全部成本的70%。而對(duì)于Si基器件來(lái)說(shuō)，晶圓制造占據(jù)50%的成本，硅片襯底僅占據(jù)7%的成本，碳化硅器件上游襯底和外延價(jià)值量凸顯。由于碳化硅襯底及外延價(jià)格相對(duì)硅片較為昂貴，碳化硅功率器件現(xiàn)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(chē)、能源、工業(yè)等領(lǐng)域的強(qiáng)勁需求有望帶動(dòng)碳化硅滲透率快速提升。碳化硅襯底的尺寸不斷增大，當(dāng)前國(guó)際主流尺寸為6英寸，正在向8英寸邁進(jìn)。自從1991年第一塊商用碳化硅襯底誕生，目前全球主要廠商的襯底尺寸已達(dá)到6英寸。而全球碳化硅領(lǐng)域龍頭CREE公司（現(xiàn)更名為Wolfspeed）已于2015年推出了8英寸碳化硅襯底，并于2022年4月宣布其位于美國(guó)紐約州莫霍克谷

（MohawkValley）的全球最大8英寸碳化硅制造設(shè)施正式開(kāi)業(yè)。單片襯底面積的增長(zhǎng)有利于制造成本的下降，同時(shí)器件制造過(guò)程中襯底邊緣的浪費(fèi)也將下降。根據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù)，一片6英寸碳化硅襯底可以產(chǎn)出448顆die，邊緣損失為14%；而一片8英寸碳化硅襯底可產(chǎn)出845顆die，邊緣損失下降至7%，襯底利用率更高。中國(guó)企業(yè)在單晶襯底方面以4英寸為主，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了6英寸導(dǎo)電性碳化硅襯底和高純半絕緣碳化硅襯底。其中天科合達(dá)和天岳先進(jìn)為主的碳化硅晶片廠商發(fā)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。2SiC引領(lǐng)行業(yè)變革，新需求快速涌現(xiàn)2.1新能源汽車(chē)占據(jù)碳化硅最大下游應(yīng)用市場(chǎng)按照電學(xué)性能的不同，碳化硅襯底可分為半絕緣型碳化硅襯底和導(dǎo)電型碳化硅襯底兩類(lèi)，這兩類(lèi)襯底經(jīng)外延生長(zhǎng)后主要用于制造功率器件、射頻器件等分立器件。其中，半絕緣型碳化硅襯底主要應(yīng)用于制造氮化鎵射頻器件。通過(guò)在半絕緣型碳化硅襯底上生長(zhǎng)氮化鎵外延層，制得碳化硅基氮化鎵外延片，可進(jìn)一步制成HEMT等氮化鎵射頻器件。導(dǎo)電型碳化硅襯底主要應(yīng)用于制造功率器件。與傳統(tǒng)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(dǎo)電型襯底上生長(zhǎng)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。導(dǎo)電型襯底在功率器件中得到廣泛應(yīng)用，下游市場(chǎng)包括新能源汽車(chē)、光伏、高鐵、工業(yè)電源等領(lǐng)域。導(dǎo)電型碳化硅襯底主要應(yīng)用于制造功率器件，功率器件是電力電子行業(yè)的重要基礎(chǔ)元器件之一，廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備的電能轉(zhuǎn)化和電路控制等領(lǐng)域，涉及經(jīng)濟(jì)與生活的方方面面。碳化硅功率器件以其優(yōu)異的耐高壓、耐高溫、低損耗等性能，較好地契合功率器件的要求，因而在近年被快速推廣應(yīng)用，例如新能源汽車(chē)、光伏發(fā)電等領(lǐng)域。碳化硅功率器件目前主要應(yīng)用于逆變器中。逆變器是一種將直流信號(hào)轉(zhuǎn)化為高壓交流電的裝置，在傳統(tǒng)硅基IGBT逆變器中，其基本原理為利用方波電源控制IGBT的開(kāi)關(guān)，使得原來(lái)的直流電路輸出方波高電壓，經(jīng)過(guò)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(jī)和無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速，是新能源發(fā)電、不間斷電源、電動(dòng)汽車(chē)、軌道交通、白色家電、電力配送等領(lǐng)域不可或缺的功率轉(zhuǎn)換裝置。汽車(chē)是碳化硅功率器件最大的下游應(yīng)用市場(chǎng)。根據(jù)YOLE的數(shù)據(jù)，2021年全球碳化硅功率器件市場(chǎng)規(guī)模為10.90億美元，其中應(yīng)用于汽車(chē)市場(chǎng)的碳化硅功率器件市場(chǎng)規(guī)模為6.85億美元，占比約為63%；其次分別是能源、工業(yè)等領(lǐng)域，2021年市場(chǎng)規(guī)模分別為1.54億、1.26億美元，占比分別為14.1%、11.6%。未來(lái)隨著碳化硅器件在新能源汽車(chē)、能源、工業(yè)等領(lǐng)域滲透率不斷提升，碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模有望持續(xù)提升。根據(jù)Yole的預(yù)測(cè)，2027年全球碳化硅功率器件市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)62.97億美元，2021-2027年CAGR達(dá)34%；其中汽車(chē)市場(chǎng)碳化硅功率器件規(guī)模有望達(dá)49.86億美元，占比達(dá)79.2%，汽車(chē)仍為碳化硅功率器件下游第一大應(yīng)用市場(chǎng)。碳化硅在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域主要用于：主驅(qū)逆變器、車(chē)載充電系統(tǒng)(OBC)、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(車(chē)載DC/DC)和非車(chē)載充電樁。根據(jù)全球碳化硅領(lǐng)域龍頭廠商Wolfspeed公司的預(yù)測(cè)，到2026年汽車(chē)中逆變器所占據(jù)的碳化硅價(jià)值量約為83%，是電動(dòng)汽車(chē)中價(jià)值量最大的部分。其次為OBC，價(jià)值量占比約為15%；DC-DC轉(zhuǎn)換器中SiC價(jià)值量占比在2%左右。此外，電動(dòng)汽車(chē)充電樁也是SiC器件的一大應(yīng)用領(lǐng)域。碳化硅MOSFET在電動(dòng)汽車(chē)主驅(qū)逆變器中相比Si-IGBT優(yōu)勢(shì)明顯，雖然當(dāng)前SiC器件單車(chē)價(jià)格高于Si-IGBT，但SiC器件的優(yōu)勢(shì)可降低整車(chē)系統(tǒng)成本：（1）由于碳化硅MOSFET相比硅基IGBT功率轉(zhuǎn)換效率更高，根據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù)，采用碳化硅MOSFET的電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航距離相比硅基IGBT可延長(zhǎng)5-10%，即在同樣續(xù)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(xiàn)圈、電容小型化，電驅(qū)尺寸得以大幅減少，而可聽(tīng)噪聲的降低可以減少電機(jī)鐵損。（3）碳化硅MOSFET可承受更高電壓，在電機(jī)功率相同的情況下可以通過(guò)提升電壓來(lái)降低電流強(qiáng)度，從而使得束線(xiàn)輕量化，節(jié)省安裝空間。車(chē)載充電機(jī)(OBC)為電動(dòng)汽車(chē)的高壓直流電池組提供了從基礎(chǔ)設(shè)施電網(wǎng)充電的關(guān)鍵功能，通過(guò)使用車(chē)載充電器可將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電對(duì)電池進(jìn)行充電，OBC是決定了充電功率和效率的關(guān)鍵器件。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電機(jī)來(lái)說(shuō)，碳化硅MOSFET相比Si基器件同樣具有系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：

（1）更低的系統(tǒng)成本。雖然SiC器件相較于Si基器件價(jià)格較貴，但是使用SiC器件的OBC可以節(jié)省磁感器件和驅(qū)動(dòng)器件成本，從而降低系統(tǒng)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(tǒng)提升2個(gè)點(diǎn)。（3）更大的功率密度。使用SiC器件的系統(tǒng)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(zhuǎn)換器是轉(zhuǎn)變輸入電壓并有效輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器。車(chē)載DC/DC轉(zhuǎn)換器可將動(dòng)力電池輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，主要給車(chē)內(nèi)動(dòng)力轉(zhuǎn)向、水泵、車(chē)燈、空調(diào)等低壓用電系統(tǒng)供電。未來(lái)隨著電動(dòng)汽車(chē)電池電壓升至800V高壓平臺(tái)，1200V的SiCMOSFET有望被廣泛應(yīng)用于DC-DC轉(zhuǎn)換器中：

（1）首先，OBC與DC-DC等功率器件集成化趨勢(shì)明顯，22KW車(chē)載充電機(jī)中，DC-DC轉(zhuǎn)換器與OBC有望集成。（2）其次，雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器中，SiC的高速恢復(fù)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(tái)的新車(chē)須配有額外DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行升壓，進(jìn)一步增加對(duì)DC-DC的需求。全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量不斷增長(zhǎng)，頭部廠商逐漸采用碳化硅器件。根據(jù)工信部的數(shù)據(jù)，2021年全球新能源車(chē)銷(xiāo)量為675萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)108%；其中，中國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)持續(xù)突破，2021年銷(xiāo)量達(dá)352萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)160%以上。特斯拉是業(yè)界首個(gè)在電動(dòng)汽車(chē)中采用碳化硅主驅(qū)逆變器模塊的車(chē)企，2018年，特斯拉在Model3中首次將IGBT模塊換成了SiC模塊。當(dāng)前越來(lái)越多的車(chē)廠正在轉(zhuǎn)向在電驅(qū)中使用碳化硅MOSFET器件，目前除特斯拉Model3外，還有比亞迪漢EV、比亞迪新款唐EV、蔚來(lái)

ES7、蔚來(lái)ET7、蔚來(lái)ET5、小鵬G9、保時(shí)捷Tayan和現(xiàn)代ioniq5等車(chē)型已經(jīng)在電驅(qū)中采用了碳化硅器件。在光伏發(fā)電領(lǐng)域，由于使用SiC器件可以降低光伏發(fā)電系統(tǒng)損耗，未來(lái)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(chǎng)規(guī)模有望不斷提升。在光伏發(fā)電應(yīng)用中，基于硅基器件的傳統(tǒng)逆變器成本約占系統(tǒng)10%左右，卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來(lái)源之一。而根據(jù)天科合達(dá)招股書(shū)顯示，使用碳化硅材料，可將轉(zhuǎn)換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升50倍。根據(jù)CASA預(yù)測(cè)，在2025年，碳化硅功率器件占比將達(dá)到50%，相比2020年增長(zhǎng)40個(gè)百分點(diǎn)，并將持續(xù)擴(kuò)大占比。此外，碳化硅材料可以顯著提升列車(chē)牽引系統(tǒng)節(jié)能效果，符合軌道交通大容量、輕量化和節(jié)能型牽引變流裝置的應(yīng)用需求，有望在軌道交通中得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，由于碳化硅抗高溫高壓高頻的特性，完美切合智能電網(wǎng)發(fā)展需求，被應(yīng)用在固態(tài)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(tǒng)等應(yīng)用方面推動(dòng)智能電網(wǎng)的發(fā)展和變革。雖然2018年碳化硅在軌道交通的應(yīng)用占比僅為2%，但CASA預(yù)測(cè)在2030年碳化硅在軌道交通功率器件的應(yīng)用占比將達(dá)30%，滲透率不斷提升。2.2汽車(chē)高壓平臺(tái)升級(jí)，800V時(shí)代SiC成為剛需800V快充系統(tǒng)推動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)升級(jí)。新能源汽車(chē)行業(yè)一個(gè)亟待解決的問(wèn)題就是

“里程焦慮”，提升充電速度就需要提升充電樁的輸出功率，則需要提升充電電壓或電流。根據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù)，當(dāng)前我國(guó)商用的主流快充充電樁的功率為100~150KW，電動(dòng)汽車(chē)充電400KM里程所需的時(shí)間為40~27分鐘。若充電樁采用350KW大功率快充系統(tǒng)，400KM里程所需充電時(shí)間可大大縮短至12~15分鐘。提升充電功率可以通過(guò)提高電流或者電壓兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，如果通過(guò)提升電流來(lái)增大充電功率，會(huì)帶來(lái)以下問(wèn)題：（1）根據(jù)功率計(jì)算公式，電流的提升會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功率損耗增大；（2）電流增大，根據(jù)焦耳定律系統(tǒng)發(fā)熱會(huì)加劇，冷卻系統(tǒng)成本增高；（3）所需線(xiàn)束更粗，線(xiàn)束重量將增大。因此提升電壓以實(shí)現(xiàn)大功率快充成為行業(yè)的多數(shù)選擇。電動(dòng)汽車(chē)升級(jí)800V平臺(tái)，Si-IGBT模塊面臨挑戰(zhàn)。雖然使用硅基IGBT的功率模塊同樣可以做到1000V以上的耐受電壓，但其仍存在以下缺點(diǎn)：（1）400V的Si-IGBT模塊將不再適用，即使換成耐高壓的Si-IGBT，其在800V高電壓平臺(tái)上仍然存在著損耗高、效率低、體積大的缺點(diǎn)；（2）800V平臺(tái)上所用Si-IGBT數(shù)量要明顯大于400V平臺(tái)，車(chē)內(nèi)空間更加緊張。此時(shí)，SiC器件由于自身高耐壓性、低損耗、高功率密度、高熱導(dǎo)率等優(yōu)勢(shì)，成為800V時(shí)代新能源汽車(chē)的剛需。如果采用碳化硅系統(tǒng)，800V電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)效率將得到顯著提升。根據(jù)PCIMEurope的研究，按照WLTC工況測(cè)試，基于750V硅基IGBT模塊及1200V碳化硅模塊仿真，400V電壓平臺(tái)下，1200V碳化硅模塊相比于750V硅基IGBT模塊，整車(chē)損耗可降低6.9％；然而在800V高壓平臺(tái)下，整車(chē)損耗可降低7.6％。此外，由于碳化硅器件功率密度更大，采用碳化硅器件的電動(dòng)汽車(chē)、充電樁可以在較小的體積內(nèi)達(dá)到較大的功率，從而節(jié)省車(chē)內(nèi)空間，減輕車(chē)身重量。為了提升電動(dòng)汽車(chē)充電速度、緩解里程焦慮，越來(lái)越多的整車(chē)廠布局800V高壓平臺(tái)。保時(shí)捷Taycan是全球首款量產(chǎn)的800V高壓平臺(tái)車(chē)型，并將最大充電功率提升至350KW。此外，奧迪e－tronGT、現(xiàn)代Ioniq5和起亞EV6都采用了800V高壓平臺(tái)。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的車(chē)企亦紛紛向800V高壓平臺(tái)邁進(jìn)。2021年，比亞迪、吉利、極狐、廣汽、小鵬等都陸續(xù)發(fā)布了搭載800V平臺(tái)的車(chē)型，其中小鵬、比亞迪等800V高壓車(chē)型有望2022年量產(chǎn)。800V平臺(tái)的推廣有望推動(dòng)SiC器件在電動(dòng)汽車(chē)中的滲透率快速提升。對(duì)于直流快速充電樁來(lái)說(shuō)，充電電壓升級(jí)至800V同樣帶來(lái)充電樁中的SiC功率器件需求大增。電動(dòng)汽車(chē)直流快速充電樁繞過(guò)安裝在電動(dòng)汽車(chē)上的車(chē)載充電機(jī)，直接為電池提供大功率直流充電。相比傳統(tǒng)Si和IGBT器件，基于SiC的器件由于具有工作溫度更高、導(dǎo)通損耗更小、漏電流更低、浪涌耐受能力更強(qiáng)、最大額定電壓更高，以及整體功率密度更高的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)更好的充電性能。2.3半絕緣型碳化硅襯底廣泛應(yīng)用于射頻器件領(lǐng)域同屬于第三代半導(dǎo)體的氮化鎵同樣擁有良好的寬帶隙特性，同時(shí)其兼具第二代半導(dǎo)體的高頻特性，是制造半導(dǎo)體射頻器件的良好材料。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(lèi)型。其中，砷化鎵器件已在功率放大器上得到廣泛應(yīng)用，硅基LDMOS器件也已在通訊領(lǐng)域應(yīng)用多年，但其主要應(yīng)用于小于4GHz的低頻率領(lǐng)域。碳化硅基氮化鎵射頻器件同時(shí)具備了碳化硅的高導(dǎo)熱性能和氮化鎵在高頻段下大功率射頻輸出的優(yōu)勢(shì)，隨著信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)流量、更高工作頻率和帶寬等需求的不斷增長(zhǎng)，氮化鎵器件在基站中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。氮化鎵射頻器件正在取代LDMOS在通信宏基站、雷達(dá)及其他寬帶領(lǐng)域的應(yīng)用。根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，至2025年，功率在3W以上的射頻器件市場(chǎng)中，砷化鎵器件市場(chǎng)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(jù)射頻器件市場(chǎng)約50%的份額。在應(yīng)用方面，5G通信推動(dòng)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(diǎn)對(duì)微波射頻器件提出了更高要求，對(duì)目前采用的砷化鎵和硅基LDMOS器件提出了挑戰(zhàn)。不同于砷化鎵和硅基LDMOS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(xiàn)良好、能抗高溫高壓，具有高功率處理能力，已逐步成為5G時(shí)代較大基站功率放大器的候選技術(shù)。伴隨全球氮化鎵射頻器件市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)，半絕緣型碳化硅襯底市場(chǎng)預(yù)有望持續(xù)增長(zhǎng)。半絕緣型襯底主要用于5G基站、衛(wèi)星通信、雷達(dá)等方向，隨著5G建設(shè)的加速，尤其是MassiveMIMO技術(shù)的推廣，碳化硅基氮化鎵器件市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。根據(jù)YOLE的數(shù)據(jù)，2020年封裝的氮化鎵射頻器件市場(chǎng)規(guī)模約為8.91億美元，其中超過(guò)99%都是采用碳化硅襯底，到2026年，這部分市場(chǎng)規(guī)模有望增長(zhǎng)至22.22億美元，年復(fù)合增速17%。3國(guó)際巨頭壟斷行業(yè)，各環(huán)節(jié)產(chǎn)能緊缺持續(xù)3.1全球襯底產(chǎn)能緊缺，SiC與IGBT雙雄并驅(qū)當(dāng)前新能源汽車(chē)、光伏、儲(chǔ)能等領(lǐng)域?qū)iC器件需求強(qiáng)勁，其中新能源汽車(chē)將消耗掉全球大部分SiC襯底產(chǎn)能，全球襯底產(chǎn)能持續(xù)緊缺。以特斯拉

Model3為例，根據(jù)特斯拉Model3主驅(qū)逆變器拆解來(lái)看，其中包括六個(gè)模塊，每個(gè)模塊由4個(gè)SiC小模塊并聯(lián)，型號(hào)為意法半導(dǎo)體的STGK026。拆開(kāi)封裝來(lái)看，每顆SiC小模塊有2個(gè)SiC裸晶（Die），因此該逆變器共有48顆電壓/電流規(guī)格為650V/100A的SiCMOSFET芯片，單芯片的面積約33平方毫米。一片6英寸SiC襯底面積約17663平方毫米，根據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù)，生產(chǎn)32平方毫米大小SiCMOSFET過(guò)程中6英寸襯底邊緣損耗為14%，我們假設(shè)60%的器件制造良率，則單片6英寸襯底可產(chǎn)出約276個(gè)良品，則單片6英寸襯底可供應(yīng)約5.75輛新能源車(chē)的主驅(qū)逆變器。根據(jù)中研網(wǎng)數(shù)據(jù)，2022年全球新能源乘用車(chē)的銷(xiāo)量有望達(dá)到1000萬(wàn)輛左右，若主驅(qū)逆變器全部采用SiCMOSFET，則共需約174萬(wàn)片6英寸SiC襯底。而目前全球SiC襯底總年產(chǎn)能約在40萬(wàn)~60萬(wàn)片等效6英寸，SiC襯底產(chǎn)能持續(xù)緊缺，SiCMOSFET與Si-IGBT將在未來(lái)長(zhǎng)期并駕齊驅(qū)。由于當(dāng)前碳化硅行業(yè)仍處于較為初期階段，碳化硅襯底本身生產(chǎn)效率低、良率低，襯底、外延、器件制造等環(huán)節(jié)產(chǎn)能仍然緊缺，導(dǎo)致碳化硅器件價(jià)格較硅基器件較高。以特斯拉

Model3為例，其主驅(qū)動(dòng)逆變器采用了48個(gè)SiCMOSFET，總成本約為5000元，是硅基IGBT的3~5倍。隨著全球碳化硅襯底產(chǎn)能不斷增長(zhǎng)，供給不斷增加，我們假設(shè)碳化硅器件價(jià)格保持年降10%的速度，新能源汽車(chē)主驅(qū)逆變器中碳化硅模塊的滲透率保持每年5ppts的增速，則我們測(cè)算2026年全球新能源汽車(chē)主驅(qū)逆變器中SiC器件市場(chǎng)規(guī)模約為44億美元。新能源汽車(chē)OBC中對(duì)SiCMOSFET的需求亦有較大增長(zhǎng)。對(duì)于800V高壓平臺(tái)，新能源汽車(chē)需配置11KW以上的雙向OBC。根據(jù)Wolfspeed的數(shù)據(jù)，22KW雙向OBC中需使用14顆SiCMOSFET，其中AC-DC側(cè)需要6顆，DCDC側(cè)需要8顆。由于主驅(qū)逆變器中使用的SiCMOSFET相較于OBC中的SiCMOSFET規(guī)格較高，因此汽車(chē)OBC中的SiC器件滲透率有望超過(guò)主驅(qū)逆變器，我們假設(shè)2026年新能源汽車(chē)OBC中SiC器件滲透率為70%，且單車(chē)價(jià)值量年降10%，則我們測(cè)算2026年全球新能源汽車(chē)OBC中SiC器件市場(chǎng)規(guī)模約為9億美元。新能源汽車(chē)、光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能等應(yīng)用對(duì)全球碳化硅器件的需求大增，而襯底供應(yīng)商擴(kuò)產(chǎn)緩慢，每輪擴(kuò)產(chǎn)需要至少一年半到兩年，產(chǎn)能的釋放滯后于需求的快速增長(zhǎng)。根據(jù)天科合達(dá)招股書(shū)的披露，從規(guī)劃建廠到竣工驗(yàn)收并投產(chǎn)需要8個(gè)季度，當(dāng)前供給端的擴(kuò)產(chǎn)速度無(wú)法滿(mǎn)足需求端的增長(zhǎng)，導(dǎo)致襯底產(chǎn)能較為緊缺。3.2國(guó)際巨頭壟斷SiC行業(yè)，國(guó)產(chǎn)廠商逐步破局Wolfspeed是全球最大的導(dǎo)電型碳化硅襯底制造商，根據(jù)2021年11月Wolfspeedinvestorday披露數(shù)據(jù)，2020年其導(dǎo)電型襯底市占率約為62%；第二名是美國(guó)Ⅱ-Ⅵ公司，市占率14%；第三名是SiCrystal，市占率13%。前三名市占率之和接近90%。Wolfspeed公司的前身為Cree公司，2019年3月，Cree公司宣布將照明產(chǎn)品業(yè)務(wù)部CreeLighting出售給家族企業(yè)IDEALINDUSTRIES，CreeLighting包括商業(yè)應(yīng)用、工業(yè)應(yīng)用及消費(fèi)者用LED照明燈具、光源和照明解決方案業(yè)務(wù)。Cree完成照明和LED業(yè)務(wù)的出售后，完全轉(zhuǎn)型為一家專(zhuān)注于寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)品的公司。2021年10月，公司名稱(chēng)從Cree,Inc.更改為Wolfspeed，Wolfspeed擁有從襯底到器件的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，是全球SiC行業(yè)的龍頭。半絕緣型襯底方面，全球市場(chǎng)依然是Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ等海外公司主導(dǎo)，但國(guó)內(nèi)廠商天岳先進(jìn)迎來(lái)突破。根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2020年Wolfspeed在半絕緣型SiC襯底市場(chǎng)的占有率為32%，Ⅱ-Ⅵ為35%，整體看仍然是西方巨頭壟斷的市場(chǎng)。國(guó)產(chǎn)SiC襯底廠商天岳先進(jìn)市占率提升迅速，2019年公司的市占率僅18%，但2020年已達(dá)30%。隨著天岳先進(jìn)產(chǎn)能進(jìn)一步擴(kuò)充，市占率有望進(jìn)一步提升。全球碳化硅器件市場(chǎng)格局仍由海外巨頭主導(dǎo)。根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2021年全球SiC功率器件市場(chǎng)規(guī)模為10.90億美元，市場(chǎng)份額由海外巨頭意法半導(dǎo)體、Wolfspeed、羅姆、英飛凌、三菱電機(jī)、安森美等廠商壟斷，全球TOP6占據(jù)99%的市場(chǎng)份額。SiC行業(yè)市場(chǎng)空間廣闊，全球巨頭紛紛規(guī)劃大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)。Wolfspeed在紐約州北部開(kāi)始運(yùn)營(yíng)新的8英寸SiC晶圓廠。博世正在德國(guó)增加近40000平方英尺的新SiC專(zhuān)用潔凈室。Rohm在日本開(kāi)設(shè)了一家新工廠，目標(biāo)是在未來(lái)五年內(nèi)將SiC制造量提高5倍。英飛凌剛剛開(kāi)始在馬來(lái)西亞建設(shè)新的SiC工廠。東芝計(jì)劃到2024年將SiC產(chǎn)量提高3倍，到2026年提高10倍。未來(lái)隨著全球巨頭產(chǎn)能擴(kuò)張，SiC器件有望加速應(yīng)用于下游市場(chǎng)。4新需求帶來(lái)新機(jī)遇，技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)新未來(lái)4.1技術(shù)革新帶來(lái)產(chǎn)能提升，襯底仍存降本空間對(duì)于碳化硅行業(yè)來(lái)說(shuō)，目前襯底、器件制造產(chǎn)能受限是行業(yè)的主要瓶頸。一塊碳化硅外延片制造過(guò)程主要包括：籽晶制造、晶棒制造、切片拋光、外延層生長(zhǎng)四個(gè)部分，各個(gè)環(huán)節(jié)的長(zhǎng)晶速率、良率等均有較大提升空間。與硅晶圓相比，碳化硅襯底的生長(zhǎng)速率慢、制備難度大，降本較為困難。目前SiC襯底制造商生長(zhǎng)SiC單晶的方法主要有：物理氣相傳輸法(physicalvaportransport，PVT)、高溫化學(xué)氣相沉積(hightemperaturechemicalvapordeposition，HTCVD)法和高溫溶液生長(zhǎng)(hightemperaturesolutiongrowth，HTSG)法。PVT法是將純度較高的SiC粉末直接加熱升華，然后在籽晶上生長(zhǎng)。PVT法長(zhǎng)晶效率較低，一般來(lái)說(shuō)，硅棒拉晶2-3天即可拉出約2m長(zhǎng)的8英寸硅棒，而碳化硅卻需要約7天的時(shí)間才能生長(zhǎng)約2cm。目前全球大部分SiC襯底廠商使用的都是PVT法。另一種氣體法是化學(xué)氣相沉積法，這種方法是直接加熱碳烴和硅烴化合物反應(yīng)生產(chǎn)碳化硅，并建立特殊的溫度梯度，使得發(fā)生反應(yīng)后的氣態(tài)碳化硅生長(zhǎng)在籽晶上。這種方法優(yōu)點(diǎn)是可以制成一體化設(shè)備，而且省去了提純碳化硅粉末的過(guò)程。缺點(diǎn)和物理氣相傳輸法一樣，成本高且襯底缺陷多。碳化硅襯底對(duì)晶型要求高，需要在生長(zhǎng)過(guò)程中精準(zhǔn)控制硅碳比、生長(zhǎng)溫度梯度、晶體生長(zhǎng)速率以及氣流氣壓等各種參數(shù)，才能生長(zhǎng)出完美晶體。碳化硅有250多種同分異構(gòu)體，其中可以為我們所利用的是4H-SiC晶型，而這種同分異構(gòu)體合成條件較為苛刻，需要在特定的溫度和分壓條件下進(jìn)行（分壓條件即氣體Si和C的占比）。而PVT法合成碳化硅時(shí)附帶反應(yīng)較多，會(huì)生成很多種附帶產(chǎn)品，且石墨坩堝壁也可能與氣體產(chǎn)生反應(yīng)。如果不能很好地利用溫度控制分壓，很可能導(dǎo)致生成的晶錠上出現(xiàn)諸多的缺陷。由于合成時(shí)間較長(zhǎng)，很小的缺陷都可能會(huì)在生長(zhǎng)過(guò)程中被放大，良率也會(huì)隨之降低，成本就會(huì)隨之變高。爐內(nèi)不同位置的壓強(qiáng)也與溫度變化有關(guān)，良好的溫度控制可以減少不理想的分壓波動(dòng)，減少不需要的異構(gòu)體的產(chǎn)生，以起到提升良率的作用。溫場(chǎng)同時(shí)還要保障下方的碳化硅能夠升華到上方籽晶處凝華，不會(huì)在環(huán)境中形成獨(dú)立的凝聚核破壞生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。由于采用PVT升華法生長(zhǎng)SiC單晶存在生長(zhǎng)速度慢、缺陷密度高、擴(kuò)徑困難等問(wèn)題，部分企業(yè)開(kāi)始研發(fā)溶液法SiC晶體生長(zhǎng)方法。高溫溶液法的基本原理是利用Si和C元素在高溫溶液中的溶解、再析出來(lái)實(shí)現(xiàn)SiC單晶的生長(zhǎng)。該方法可以在更低的溫度下（低于2000℃）實(shí)現(xiàn)SiC在近熱力學(xué)平衡狀態(tài)下生長(zhǎng)，且生長(zhǎng)的晶體具有質(zhì)量高、成本低、易擴(kuò)徑、易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的p型摻雜等優(yōu)勢(shì)，有望成為繼PVT法之后制備尺寸更大、結(jié)晶質(zhì)量更高且成本更低的SiC單晶的方法。日本住友此前宣布他們利用溶液法生長(zhǎng)6英寸SiC襯底可做到幾乎無(wú)缺陷，可用面積達(dá)到99%以上；此外，相比PVT法，溶液法長(zhǎng)晶速度提高了5倍左右。未來(lái)若溶液法大規(guī)模商用，則SiC襯底有望持續(xù)降本。而在襯底加工環(huán)節(jié)，切割是整個(gè)環(huán)節(jié)的最大產(chǎn)能瓶頸所在。現(xiàn)有的SiC晶圓切片方法大多使用金剛石線(xiàn)鋸，然而，由于碳化硅的高硬度，加工時(shí)間較長(zhǎng)，需要大量的金剛石線(xiàn)鋸來(lái)批量生產(chǎn)硅片。目前，當(dāng)用金剛石線(xiàn)鋸切割碳化硅晶錠時(shí)，多達(dá)40%的晶錠以SiC粉塵的形式成為廢料，由于在切片過(guò)程中有大量的材料丟失，單個(gè)晶錠生產(chǎn)出的晶圓數(shù)量就較少，這是制造SiC功率器件成本高昂的一個(gè)主要因素。由于切片效率問(wèn)題，許多國(guó)外企業(yè)采取更為先進(jìn)的激光切割和冷分離技術(shù)，激光切割技術(shù)則是通過(guò)激光處理在內(nèi)部形成改性層從碳化硅晶體上剝離出晶片。2016年DISCO開(kāi)發(fā)了新的激光切片技術(shù)KABRA，據(jù)DISCO稱(chēng)，KABRA技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要有：1）處理時(shí)間大大縮短，現(xiàn)有工藝需要3.1小時(shí)才能切出一片6英寸SiC晶圓，而采用KABRA技術(shù)僅需要10分鐘；2）不再需要研磨過(guò)程，因?yàn)榉蛛x后的晶圓波動(dòng)可以控制；3）生產(chǎn)的晶圓數(shù)量比現(xiàn)有工藝增加了1.4倍。2018年，英飛凌收購(gòu)了碳化硅晶圓切割領(lǐng)域的新銳公司Siltectra，進(jìn)入上游襯底領(lǐng)域。Siltectra擁有半導(dǎo)體材料新切割技術(shù)——冷切（COLDSPLIT），該技術(shù)能將SiC襯底的良率提高90%，在相同碳化硅晶錠的情況下，它可以提供3倍的材料，可生產(chǎn)更多的器件，最終SiC器件的成本可以降低20-30%。4.2器件制造技術(shù)尚需積累，國(guó)內(nèi)廠商加速追趕SiC器件制造的工藝環(huán)節(jié)與硅基器件基本類(lèi)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(guò)程中需要特定的設(shè)備以及開(kāi)發(fā)特定的工藝，無(wú)法與過(guò)去的硅制程設(shè)備、工藝完全通用，因此當(dāng)前SiC晶圓制造產(chǎn)能緊缺。SiC晶圓制造特定工藝與Si工藝的一些差異點(diǎn)主要在于：

（1）光刻對(duì)準(zhǔn)。由于SiC晶圓是透明的，因此CD-SEM和計(jì)量測(cè)量變得復(fù)雜，光刻對(duì)準(zhǔn)、設(shè)備傳送取片等難度較大。（2）蝕刻工藝。由于SiC在化學(xué)溶劑中呈現(xiàn)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(cè)壁斜率的控制、蝕刻速率、側(cè)壁粗糙度等都需要重新開(kāi)發(fā)。（3）高溫大劑量高能離子注入工藝。由于SiC器件的特性，SiC擴(kuò)散溫度遠(yuǎn)高于硅，傳統(tǒng)的熱擴(kuò)散在碳化硅中并不實(shí)用，摻雜時(shí)只能采用高溫離子注入的方式。（4）超高溫退火工藝。高溫離子注入會(huì)破壞材料本身的晶格結(jié)構(gòu)，因此需要在惰性氣體中高溫退火來(lái)恢復(fù)結(jié)構(gòu)，通常退火溫度高達(dá)1600-1700度，使SiC表面再結(jié)晶并電激活摻雜劑。（5）高質(zhì)量柵極氧化層生長(zhǎng)。較差的SiC/氧化硅界面質(zhì)量會(huì)降低MOSFET反轉(zhuǎn)層的遷移率，導(dǎo)致閾值電壓不穩(wěn)定，因此需要開(kāi)發(fā)鈍化技術(shù)，以提高SiC/氧化硅界面質(zhì)量。SiC晶圓制造特定工藝帶來(lái)特定設(shè)備的需求，主要包括高溫離子注入機(jī)、高溫退火爐、SiC減薄設(shè)備、背面金屬沉積設(shè)備、背面激光退火設(shè)備、SiC襯底和外延片表面缺陷檢測(cè)和計(jì)量。其中，是否具備高溫離子注入機(jī)是衡量碳化硅產(chǎn)線(xiàn)的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。SiC器件制造需求大增，國(guó)內(nèi)廠商加速追趕國(guó)際龍頭。傳統(tǒng)功率器件制造商與新興SiC器件制造商紛紛入局，時(shí)代電氣、斯達(dá)半導(dǎo)、揚(yáng)杰科技、華潤(rùn)微、士蘭微、積塔半導(dǎo)體、中芯紹興等傳統(tǒng)功率器件廠商紛紛加大SiC器件制造產(chǎn)線(xiàn)的研發(fā)、投資力度；長(zhǎng)飛先進(jìn)、泰科天潤(rùn)、基本半導(dǎo)體、世紀(jì)金光、中科漢韻、瞻芯等新興SiC器件制造商也異軍突起；三安集成亦大力投資長(zhǎng)沙SiC超級(jí)工廠。4.3SiC功率模塊放量在即，AMB基板迎來(lái)機(jī)遇陶瓷基板按照工藝主要分為DBC、AMB、DPC、HTCC、LTCC等基板，國(guó)內(nèi)常用陶瓷基板材料主要為氧化鋁、氮化鋁和氮化硅，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(dǎo)熱率較高，主要采用DBC和AMB工藝；

氮化硅可靠性較為優(yōu)秀，主要采用AMB工藝。AMB工藝生產(chǎn)的陶瓷襯板主要運(yùn)用在功率半導(dǎo)體模塊上作為硅基、碳化基功率芯片的基底。DBC襯板應(yīng)用場(chǎng)景受限，AMB襯板性能優(yōu)勢(shì)明顯。由于AMB氮化硅基板有較高熱導(dǎo)率（>90W/mK），可將非常厚的銅金屬（厚度可達(dá)0.8mm）焊接到相對(duì)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(shù)與第3代半導(dǎo)體襯底SiC晶體接近，使其能夠與SiC晶體材料匹配更穩(wěn)定，因此成為SiC半導(dǎo)體導(dǎo)熱基板材料首選，特別在800V以上高端新能源汽車(chē)中應(yīng)用中不可或缺。另外，目前以硅基材料為主的IGBT模塊在具有高導(dǎo)熱性、高可靠性、高功率等要求的軌道交通、工業(yè)級(jí)、車(chē)規(guī)級(jí)領(lǐng)域正逐漸采用AMB陶瓷襯板替代原有的DBC陶瓷襯板。乘借SiC功率模塊上車(chē)東風(fēng)，AMB基板市場(chǎng)規(guī)模有望實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。根據(jù)GUII數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2026年全球陶瓷襯板市場(chǎng)規(guī)模達(dá)100億美元以上，分工藝來(lái)看，AMB基板市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增速最快，2020-2026年CAGR為25.5%，2026年市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)16.4億美元。我國(guó)AMB陶瓷基板主要依賴(lài)進(jìn)口，國(guó)內(nèi)廠商加速擴(kuò)產(chǎn)，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)行時(shí)。AMB基板比較領(lǐng)先的企業(yè)包括美國(guó)羅杰斯、德國(guó)賀利仕科技集團(tuán)、日本日立新材、日本電化株式會(huì)社、韓國(guó)金剛高麗化學(xué)等。受益于SiC功率模塊新機(jī)遇，部分國(guó)際企業(yè)已在計(jì)劃對(duì)AMB進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)，如東芝高新材料公司已于去年開(kāi)設(shè)大分工廠，開(kāi)始生產(chǎn)氮化硅陶瓷基板；今年2月，羅杰斯官宣擴(kuò)大德國(guó)埃申巴赫工廠AMB基板產(chǎn)能。在國(guó)際企業(yè)積極擴(kuò)產(chǎn)之時(shí)，我國(guó)本土也涌現(xiàn)出了一批AMB基板生產(chǎn)商包括

博敏電子、富樂(lè)華、德匯電子、同欣電子、芯舟電子、華清電子等，國(guó)產(chǎn)AMB基板廠商有望隨著擴(kuò)產(chǎn)加速?lài)?guó)產(chǎn)替代，實(shí)現(xiàn)快速成長(zhǎng)。5投資分析5.1行業(yè)投資分析：國(guó)產(chǎn)廠商崛起，星星之火正起燎原之勢(shì)以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體材料是繼硅材料之后最有前景的半導(dǎo)體材料之一。與硅材料相比，以碳化硅晶片為襯底制造的半導(dǎo)體器件具備高功率、耐高壓、耐高溫、高頻、低能耗、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于新能源汽車(chē)、5G通訊、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，需求快速增長(zhǎng)。第三代半導(dǎo)體行業(yè)是我國(guó)“新基建”戰(zhàn)略的重要組成部分，并有望引發(fā)科技變革并重塑?chē)?guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局。隨著SiC需求的不斷增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)襯底廠商不斷擴(kuò)大投資產(chǎn)能，下游企業(yè)也以簽長(zhǎng)約方式確保上游材料穩(wěn)定供應(yīng)。根據(jù)碳化硅芯觀察的統(tǒng)計(jì)，截至2022年7月市場(chǎng)上在建、產(chǎn)能爬坡及規(guī)劃的產(chǎn)能情況來(lái)看，碳化硅襯底規(guī)劃投資超400億元，未來(lái)遠(yuǎn)期規(guī)劃年產(chǎn)能超600萬(wàn)片，國(guó)內(nèi)碳化硅廠商正起燎原之勢(shì)。5.2重點(diǎn)公司5.2.1

三安光電：深蹲發(fā)力，SiC一體化龍頭前景廣闊三安光電是國(guó)內(nèi)LED行業(yè)的龍頭企業(yè)，2019-2021年?duì)I業(yè)收入分別為74.60，84.54，125.72億元，2022年上半年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收67.62億元，相比去年同期增長(zhǎng)10.60%。公司旗下業(yè)務(wù)主要包括LED、通訊射頻和SiC功率器件業(yè)務(wù)，公司是全球極少數(shù)擁有從碳化硅襯底到器件、封測(cè)全產(chǎn)業(yè)鏈布局的公司。其中碳化硅相關(guān)的業(yè)務(wù)主要包括碳化硅功率器件、碳化硅射頻器件，碳化硅基氮化鎵器件主要用在基站射頻領(lǐng)域，碳化硅功率器件主要用于新能源汽車(chē)、光伏、儲(chǔ)能等領(lǐng)域。2014年起三安光電全面進(jìn)軍化合物半導(dǎo)體行業(yè)。公司通過(guò)收購(gòu)Norstel、多年技術(shù)研發(fā)，獲得了碳化硅襯底制造技術(shù)。根據(jù)三安光電規(guī)劃，湖南三安碳化硅全鏈整合超級(jí)工廠總規(guī)劃年產(chǎn)能超過(guò)50萬(wàn)片，總投資160億元，占地面積1000畝，目前已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能12000片/月6英寸晶圓。2022年9月2日，湖南三安半導(dǎo)體主辦的2022首屆新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新峰會(huì)在長(zhǎng)沙圓滿(mǎn)落幕。作為峰會(huì)亮點(diǎn)，湖南三安發(fā)布了最新的1200V碳化硅MOSFET系列，包含1200V80mΩ/20mΩ/16mΩ，均來(lái)自湖南三安自主可靠的六寸全鏈整合平臺(tái)，碳化硅業(yè)務(wù)有望帶動(dòng)三安光電持續(xù)成長(zhǎng)。5.2.2

天岳先進(jìn)：立足半絕緣型，全面發(fā)力導(dǎo)電型襯底天岳先進(jìn)成立于2010年，是一家國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的寬禁帶半導(dǎo)體（第三代半導(dǎo)體）襯底材料生產(chǎn)商，主要從事碳化硅襯底的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售。公司不僅在2019年和2020年躋身半絕緣型碳化硅襯底市場(chǎng)的世界前三，還成功掌握了導(dǎo)電型碳化硅襯底材料制備的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化能力。目前，公司除半絕緣型碳化硅襯底外，導(dǎo)電型碳化硅襯底材料也已形成小批量銷(xiāo)售。公司收入規(guī)模穩(wěn)定增長(zhǎng)，2019-2021年公司營(yíng)收分別為2.69、4.25、4.94億元，同比分別增長(zhǎng)97.28%、58.18%、16.25%。2022年上半年?duì)I業(yè)收入為1.61億元，同比-34.95%。2019年至2021年，公司歸母凈利潤(rùn)分別為-2.01、-6.42、0.90億元，2022年上半年歸母凈利潤(rùn)為-0.73億元。根據(jù)公司碳化硅半導(dǎo)體材料項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度，公司預(yù)計(jì)2022年第一期建設(shè)完成，2026年三期全部建設(shè)完成并達(dá)產(chǎn)。公司IPO募投項(xiàng)目將新增導(dǎo)電型碳化硅襯底材料產(chǎn)能30萬(wàn)片/年（兼容半絕緣型碳化硅襯底材料），擬投入生產(chǎn)設(shè)備1000余臺(tái)，其中用于晶體生長(zhǎng)的長(zhǎng)晶爐800臺(tái)，該類(lèi)設(shè)備系產(chǎn)能的決定性固定資產(chǎn)因素。至2026年達(dá)產(chǎn)時(shí)，天岳先進(jìn)的單臺(tái)長(zhǎng)晶爐合格導(dǎo)電型碳化硅襯底設(shè)計(jì)產(chǎn)出約為375片/年。天岳先進(jìn)已具備6英寸導(dǎo)電型和半絕緣型襯底的量產(chǎn)能力，公司未來(lái)將向8英寸導(dǎo)電型襯底進(jìn)軍。天岳先進(jìn)于2015年啟動(dòng)6英寸半絕緣型襯底的研發(fā)，2019年完成開(kāi)發(fā)工作，2020年公司啟動(dòng)8英寸導(dǎo)電型襯底的研發(fā)工作。公司已與大客戶(hù)簽訂長(zhǎng)期銷(xiāo)售合同，在手訂單飽滿(mǎn)。2022年7月22日，天岳先進(jìn)發(fā)布公告，2023年至2025年，公司及公司全資子公司上海天岳半導(dǎo)體材料有限公司向合同對(duì)方銷(xiāo)售6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底產(chǎn)品，按照合同約定年度基準(zhǔn)單價(jià)測(cè)算（美元兌人民幣匯率以6.7折算），預(yù)計(jì)含稅銷(xiāo)售三年合計(jì)金額為人民幣13.93億元。公司與大客戶(hù)簽訂長(zhǎng)期銷(xiāo)售合同，表明公司導(dǎo)電型SiC襯底實(shí)力強(qiáng)勁，已獲大客戶(hù)認(rèn)可，待公司上海工廠投產(chǎn)后，導(dǎo)電型SiC襯底產(chǎn)能擴(kuò)張有望帶動(dòng)公司持續(xù)快速成長(zhǎng)。5.2.3天科合達(dá)：全面推進(jìn)6英寸襯底擴(kuò)產(chǎn)天科合達(dá)主營(yíng)業(yè)務(wù)為碳化硅襯底、碳化硅長(zhǎng)晶爐。根據(jù)公司招股說(shuō)明書(shū)，公司營(yíng)收增速較快，從2017年?duì)I收0.23億元迅速增長(zhǎng)到2019年的1.56億元。其中2019年碳化硅襯底收入0.74億元，長(zhǎng)晶爐收入0.24億元。公司從2006年成立開(kāi)始啟動(dòng)碳化硅襯底研發(fā)工作，到2016年完成4寸導(dǎo)電型、半絕緣型和6寸導(dǎo)電型