2022碳化硅行業(yè)研究：SiC成本逐步下降,行業(yè)有望迎來爆發(fā)拐點

20222022碳化硅行業(yè)研究： SiC成本逐步 下降，行業(yè) 有望迎來爆發(fā)拐點SiCSiC、頻場景SiC的。碳化硅（SiC）是由碳元素和硅元素組（GaN）都寬禁帶的被稱為第三代半導體SiC寬禁帶寬度從而導致其擊穿電場強度等。受益C的SiC功率器件耐、體積小、功耗低、耐勢。SiC、頻應場景。功率器件可以按MOSFETIGBT也可以按照產(chǎn)品并聯(lián)形態(tài)分為單管或者模組分為CGaNSiC器件和IGBT都650V下工作SiC率更相感抗、容抗下電頻率電容和電感可以下可以更小體積SiC的被元器件和體積更小從而小的體積。SiC襯底、、器件、等環(huán)。SiC是碳和硅在溫下反應得到純度SiC微粉然后將其放在單晶 生長爐中溫SiCSiC、切割、SiC，SiC有一定缺陷不適合在其上直接制造半導器件SiCSiSiCGaNSiC圓本中占比SiC環(huán)節(jié)復雜、耗時SiC圓中所占本比例SiC圓的其他SiC所以在、減薄程中容易比圓的、而得率占本比例大。SiC環(huán)節(jié)SiC襯底高其中導電型襯底占位。按照電阻率的不同C襯底分為導電型和半絕緣型襯底。由于導電型襯底用于做功率器件下游應 用廣泛所以其市場空間也半絕緣型襯底大。展望未Wolfspeed預測 2022年全球 SiC材料的市場空間在7億美元而2026年增到17億美元復合增達到25且用于功率器件的導電性襯底占位。WolfspeedSiCSiCWolfspeedSiCII-VISiCrystal10SKSiltro5SiCWolfspeed、II-VI山東岳三足鼎立格局。考慮到《瓦森納協(xié)定》將SiC等材料對等部分進行出口限制望迎好展。SiC海外差距逐步縮窄SiC線主要尺6部在8線展Wolfspeed8SiC線將2022Q28SiC線SiC線4英主部分6岳進4線海外106差距縮7~10SiC逐步。SiC68展望價降正硅晶圓812展SiC68展晶圓尺可、高產(chǎn)出率，及降低邊緣芯6SiC87SiCSiC價降低，從而打開應用市場。8SiC生產(chǎn)。8SiC晶體生長研制、大尺寸溫8SiC20224202218生產(chǎn)；中國科學院物研所在20224生長出4H86SiC有大長。中國率導體及應用產(chǎn)業(yè)預，預計2020-20254SiC10片5，6英寸晶圓將從8長20；2025-2030加至40。SiC襯底價隨著出而。2021年，先進平均銷價格為 6767元/同比降25?？紤]到目前國產(chǎn)6英寸襯底還未大批生產(chǎn)所以預計還會有降價空間。另一方面，半絕緣型 SiC襯底 由于市場供 應商較少，且下游有部分軍事裝備應用，所以 目前售價較高。當前 SiC襯底售價 較高是良率水平低、晶 圓尺寸小、自動化程度低等多因素導致的。隨著各廠商提 升工藝、往更大尺寸 SiC晶圓發(fā)展，預計 SiC襯底售價將逐 步下行。 SiC外延提升器件參數(shù)穩(wěn)定性 外延是指在 SiC襯底上生長一層或多層外延層。相比 襯底，外延材料厚度、 摻雜濃度均勻性好、片間一致性優(yōu)、 缺陷率低，有效提高了下游產(chǎn)品的一致性和 良率。功率器 件一般對缺陷密度、高度高，所以會使用外延 片行片。目前外延用工藝化相D，用外延以前在 SiC片上生長外延層。外延的對外延度、 、間等參數(shù)的，以外延層的缺陷度小， 提高器件的性性。器件的計，所 的外延參數(shù)。一般，外延的厚度大， 器件 的高。對 600V~6500V的應用，SiC外延層的厚度一 般在 1~40μm。由于 SiC外延有一定難度，所以市場上有一些專門做SiC外延的廠商，如瀚天天成、東莞天域等。目前國產(chǎn) 6寸 SiC外延產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)商用化，8英寸產(chǎn) 品在研。SiCSiC、退火等步驟，相比硅基SiC上的難點，SiC的過程也有一定門檻。因為碳原的原半91pm，小于硅原的原半徑（110pm），所（相比硅與硅原。SiC過程更的溫但SiC使用進行摻雜，然后還SiC帶來了新SiC形態(tài)來看，目前主SiC、晶、SiC和Si、SiC等。目前SiCSiC要SiCMOSFET。新能的SiC的比將進一步大。SiC肖特基相比硅基FRD具備優(yōu)勢，目前發(fā)展 較成熟SiC肖特基（SBD）是最早進的碳化硅品，從2001年英飛凌首先推 出 SiC肖特品以來，經(jīng)歷 20年 的發(fā)展 ，內(nèi) 有家公司量 SiC肖特基系列品。根據(jù) CASAResearch，目前SiC實現(xiàn) 650V-1700V系列批量供貨能力，導通電流最達 50A。SiCMOSFET分為平面型和溝槽型，溝槽型是未來發(fā)展 方向。目前 SiCMOSFET器件產(chǎn)品中存在兩種主流的技術(shù)路 線方案，即平面型和溝槽型 MOSFET。溝槽型 MOSFET通過 將柵極做成溝槽型，減少柵極所占用的面積，從而減少每個 單元的尺寸，達到減少導通電阻的目的。不過由于這種結(jié)構(gòu) 需要開溝槽、工藝復 雜，所以其單元一致性比平面型 MOSFET要差一點。截至 2021年，走平面型 MOSFET技術(shù) 路線的公司主要有 Wolfspeed、安森美等，而走溝槽型路線 的公司 以英飛凌、Rohm為主。由于溝槽型具有更好的性能 表現(xiàn)，預計其是未來發(fā)展方 向。 海外廠商的 SiCMOSFET已經(jīng)過幾輪迭代。自從 2011年 Wolfspeed第一代 SiCMOSFET的推出，海外 10余家 公司量產(chǎn) SiCMOSFET系列產(chǎn)品，其中擊穿 電650-1700V，單導通電流達 100A以。廠商產(chǎn)品的迭 代，目前英飛凌、Rohm的溝槽型產(chǎn)品以將 導通電阻到 10mΩ， 而以 Wolfspeed為代表 的平面型產(chǎn)品的導通電阻。產(chǎn) SiCMOSFET在。SiCMOSFET產(chǎn)品一為 650V120-15m、80-17。比來看，產(chǎn) CMOSFET的導通電阻 和品質(zhì)因素表現(xiàn)差，不過在中。 SiC制造中長晶環(huán)節(jié)具有較壁壘 長晶爐是目前 SiC單晶制備的主要設(shè)備。傳統(tǒng)硅晶棒 SiCSiCPVT轉(zhuǎn)移E、高溫學沉積HT-CVPVTSiC生長研究最、最熟被海外流廠商采而其使設(shè)長除設(shè)之外SiC難點包括：生長速度生長速度約300mm/h碳生長速度約0.4mm/h兩者差近800倍。故而SiC長度一般就幾厘米10厘米一般稱而2-3米長度生長中SiC設(shè)、生長SiC良碳250構(gòu)體作功半導體4H-SiC結(jié)構(gòu)碳生長H型生長窗口小對 溫度壓設(shè)有著嚴苛標準生長精確會得其他結(jié) 構(gòu)的碳體天岳先進 2020年雖較幾年 升但仍處偏低水平反映生產(chǎn)高門檻。切磨拋加工能力。由于 SiC材料硬度大，所以在切磨 拋中容易破碎，造 成良率損失或者更長的加工時間。襯底 良率一般體現(xiàn)單個半導體級晶棒 經(jīng)切片加工后產(chǎn)出合格襯 底的占比。天岳先進 2020年襯底良率在 70， 反映晶棒到 襯底環(huán)節(jié)仍有一定損失。 長晶爐的單臺產(chǎn)能在逐步提升。根據(jù)天岳先進的公告， 2020年其長晶爐的單 臺年產(chǎn)能在 111片襯底，較 2019年的單臺產(chǎn)能增長了 32，反映長晶爐的生產(chǎn) 效逐步 提升。由于半絕緣型襯底的厚度一般較導電型襯底更厚，所 以長晶爐 生長半絕緣型襯底的產(chǎn)能會小于生產(chǎn)導電型襯底。 以天科合達和晶盛機電規(guī)劃的 投資項目為例，其中襯底以 導電型為主，而長晶爐的單臺年產(chǎn)能預計為 300~400片。 SiC芯片制造設(shè)備以 6英寸為主，需要高溫離子注入機 進行摻。在 SiC襯 底制造環(huán)節(jié)，了長晶爐，需要切機、磨機、拋機和設(shè)備SiC晶體 進行加工。在 SiC芯片制造環(huán)節(jié)，了的晶加工的機、機、機，SiC會需要 高溫離子注入機擴散爐） 完成摻。不過由于目 前 SiC晶以 6英寸為主，所以晶產(chǎn)線的投資相對較低。SiC應方興未艾 SiC器件市場高速發(fā)展 SiC20212027CAGR34Yole202110.92027eSiC632021202734507939SiC重下游20274.6、5.5空間。SiCYole2021SiC功率器件同57廠商SiC功率器件收入看1收入前五公司分別STWolfspeed、Rohm、安森這五家頭部企目前都采垂直一式即SiC務(wù)覆蓋從襯底生產(chǎn)器件制造流程SiC器件在部分已經(jīng)開始大出貨SiC都了商電動電驅(qū)650VSiC組已經(jīng)大批量出貨Yole預1200V組產(chǎn)品在未1-2在光伏逆變器中開始上量。新SiC景SiC上領(lǐng)域在新能SiC、載充電和直流壓轉(zhuǎn)換Wolfspeed的預測2026占SiC件市場80以其中最為重。SiC件于中能夠顯著降低子系統(tǒng)體積、重量和成本并提高功率密度；于載充DC/DC，能夠降低開關(guān)損耗、提高極限工作溫度、提升系統(tǒng)效率。除此之外SiC也可以于新能充樁達到減小充樁體積、提高充速度效果。動通過使SiC可以提升效率、增加池續(xù)航。在SiC件優(yōu)勢一方面在于損耗降低和效率提升具體來說：減小SiC件自身芯片面積會減小且其工作頻率高可以節(jié)省外圍動器件SiCIGBT；SiC，也減系統(tǒng)體積。據(jù)STCTIGBT減50以。提升效率增加續(xù)航。ST在一個動車（SiC效率IGBT逆高3.4。一個85kWh池IGBT方案對SiC方案同等續(xù)航池容量只需82.1kWh相當435美池成（按 150$/kWh池成本算。SiCSiCModel3SiCSiC、蔚、小鵬、豐田、奔馳等通過SiC些新實現(xiàn)更小和充機、更高的效、更高密度從而汽驅(qū)、充電速度及考慮到蔚、小鵬等SiC將2022半年交付預計SiC將迎放800V壓明顯充速度小鵬G9為例其是國內(nèi)800V預2022交付480kW超級充樁技術(shù)480kW充使得100kWh充10充慮高壓等級SiC效將更明顯ST400V壓平臺SiC硅基IGBT2~4效而壓平臺其效度3.5汽平臺擇更高壓等級SiC將更明顯所我SiC會逐步高壓平臺、400V車上得到應SiCSiCSiCSiCSiSiC器IGB、；2混混與SiC例如iC二iCT；3SiCSiCMOSFETSiC從表現(xiàn)看SiC好于混而表現(xiàn)弱于應于領(lǐng)域SiC發(fā)展逐漸成熟SiC早2001年就被英飛凌推出然后2017年左右CT產(chǎn)品也得到量產(chǎn)近幾年應于領(lǐng)域SiCSi混模塊及SiC相繼推出。例如9年英飛凌推出應于kB模SiC應于如陽光SG250HXSiC發(fā)展逐漸成熟。SiCSiC、輔助、壓、充電機是主要使功率半導體地方，其系統(tǒng)是主要電之處根據(jù)國網(wǎng)數(shù)據(jù)，電占城市總電50上SiC優(yōu)勢就在于提高效率減少根據(jù)國城市協(xié)會評估，深圳地鐵和株洲電力機研究所聯(lián)合研制全碳化硅逆比硅基IGBT10上，電機在速段噪聲下上國產(chǎn)SiC在上在SiC方面，日本地鐵較早開始使SiC肖特基二極管及全SiC功率模塊在逆上時代電氣是國產(chǎn)SiC較領(lǐng)先企業(yè)，在2017年就在 3300V/500ASiC混合模塊上取研發(fā)進國產(chǎn)SiC模塊于深圳地鐵1、3上。SiC本，在高壓領(lǐng)系統(tǒng)本優(yōu)勢SiC硅基SiC在下，硅基根據(jù)CASAResearch統(tǒng)半導體網(wǎng)上平/培）來看SiC肖特基二極）及SiCMOSFET近年來在下，其650VSiCSBD價在2018~2020年復合幅達而 SiCMOSFET32SiC下器件SiC實際成交價與硅基2~3公開報價，半導體器件CASAResearch的2020SiCSBD0.7/安培，1200VSiCSBD1.2/A。SiC實際成交價基本約公開報價60-70年下202~3SiC650VSiCMOSFETIGBT3.2SiCMOSFETIGBT2.2SiC價格與硅基SiC減少，例如減少散熱組價和縮小體積，我們預計在高電壓場景下，SiC現(xiàn)替換硅基器件優(yōu)勢。華2025硅價格逐漸于硅。華在2030中出，碳硅代代半導體功率和器件電電備高電換低，滲透率在來全面碳硅瓶頸當前要在于底2025逐漸硅SiCSiCTrendForce800V20256英SiC16920228SiC襯6SiCSiC429Wolfspeed2022SiC22616、快充、SiC到2026601446進份限公司立于 2010是一家專注于公司公司后承擔多個家項域走列公司品包括導根Yole統(tǒng)2021公司寧立生產(chǎn)基地，主要生產(chǎn)半絕緣；上海投資6英寸材料預計于2022季度實現(xiàn)一期項投產(chǎn)。項2026達產(chǎn)達產(chǎn)后新增產(chǎn)能約30萬片/4.2.科合達國內(nèi)龍頭2006國內(nèi)最早立整晶片生產(chǎn)線國內(nèi)626英寸晶片規(guī)模生產(chǎn)和銷售先后承擔和參與多項國家重大科研項并先后起草或參與起草多項現(xiàn)行國家標準和行業(yè)標準產(chǎn)品主要包括、其產(chǎn)品主要晶、晶生Yole計8