2021年碳化硅行業(yè)研究報(bào)告

2021年碳化硅行業(yè)研究報(bào)生告報(bào)告綜述：新能源車(chē)全球普及加速，功率密度標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)提升為SiC產(chǎn)業(yè)落地提供契機(jī)。歐盟方面，在民眾訴求的推動(dòng)下，歐盟的碳排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，現(xiàn)行的碳排放標(biāo)準(zhǔn)要求2021年生產(chǎn)的乘用車(chē)碳排放量滿(mǎn)足95g/km,我們認(rèn)為在此嚴(yán)苛要求下，新能源汽車(chē)或?qū)⑻娲加蛙?chē)。美國(guó)方面，拜登上臺(tái)帶來(lái)美國(guó)新能源政策轉(zhuǎn)向，并計(jì)劃于2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，我們認(rèn)為政府方面也希望借助特斯拉等頭部企業(yè)助力美國(guó)汽車(chē)制造業(yè)在新趨勢(shì)下保持領(lǐng)先地位。中國(guó)方面，2019年中國(guó)石油對(duì)外依存度超過(guò)70%，我們認(rèn)為電動(dòng)車(chē)對(duì)保障能源安全至關(guān)重要，且中國(guó)憑借市場(chǎng)空間、工程師紅利等優(yōu)勢(shì)，有望借助汽車(chē)電動(dòng)化實(shí)現(xiàn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展彎道超車(chē)的目標(biāo)。我們看到，在各國(guó)制定的電動(dòng)車(chē)發(fā)展路線(xiàn)圖中，功率密度標(biāo)準(zhǔn)逼近主流Si基器件的性能極限，SiC器件成為理想替代。我們認(rèn)為SiC有望在電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展及滲透率提升的雙重推動(dòng)下迎來(lái)需求快速成長(zhǎng)。SiC解決電動(dòng)車(chē)三大需求痛點(diǎn)，規(guī)模普及即將到來(lái)。我們認(rèn)為，SiC有望從以下三個(gè)方面解決Si基器件的痛點(diǎn)問(wèn)題：1）續(xù)航里程是電動(dòng)車(chē)的一大痛點(diǎn)，根據(jù)英飛凌數(shù)據(jù)，SiC器件整體損耗相比Si基器件降低80%以上，導(dǎo)通及開(kāi)關(guān)損耗減小，有助于增加電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程；2）輕量化的實(shí)現(xiàn)。SiC器件具備高飽和速率、高電流密度、高熱導(dǎo)率的特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)電控模塊小型化、周邊系統(tǒng)小型化、冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，從而減輕整車(chē)重量；3）滿(mǎn)足800V高電平要求。為配合快充應(yīng)用，車(chē)內(nèi)電平向更高的800V提高是大勢(shì)所趨，在1200VIGBT車(chē)規(guī)產(chǎn)品難以普及的背景下，使用SiCMOSFET是良好的解決方案。我們認(rèn)為，目前SiC無(wú)法大規(guī)模商用的主要矛盾在于成本高昂，但根據(jù)我們的測(cè)算，在新能源車(chē)平價(jià)目標(biāo)成本假設(shè)下（三電成本與傳統(tǒng)動(dòng)力總成價(jià)格相當(dāng)），若SiC的器件成本下降至硅基器件的2倍時(shí)，其經(jīng)濟(jì)效益有望助推SiC在全系列車(chē)型全面普及。小器件大市場(chǎng)，中國(guó)車(chē)用SiC市場(chǎng)將迎來(lái)高速成長(zhǎng)。我們測(cè)算，2025年中國(guó)電動(dòng)車(chē)及快充樁將帶來(lái)62億元/78億元的SiC器件/模塊市場(chǎng)空間（模塊中包含器件成本），2021-25年CAGR高達(dá)58%/35%。從產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)來(lái)看，我們測(cè)算SiC襯底及外延片價(jià)值量合計(jì)占比超器件總價(jià)值量的60%，2025年中國(guó)本土導(dǎo)電型襯底片需求超100萬(wàn)片，行業(yè)上游重要性強(qiáng)，需求空間廣闊。我國(guó)企業(yè)目前已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)6寸片規(guī)模量產(chǎn)，8寸片與海外的技術(shù)差距正在縮小。新能源車(chē)全球普及加速，碳化硅產(chǎn)業(yè)落地迎機(jī)遇歐洲：碳排放標(biāo)準(zhǔn)倒逼新能源車(chē)對(duì)傳統(tǒng)燃油車(chē)進(jìn)行替代歐洲推出碳中和時(shí)間表。歐洲議會(huì)2019年11月宣布?xì)W洲進(jìn)入“氣候緊急狀態(tài)”，歐盟委員會(huì)在2019年12月啟動(dòng)了“綠色新政”，將2030年減排目標(biāo)提升至50-55%，并確定了2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，碳排放要求日趨嚴(yán)格。歐洲自2009年以來(lái)多次制定碳排放標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行的碳排放標(biāo)準(zhǔn)要求2021年生產(chǎn)的乘用車(chē)碳排放量需滿(mǎn)足95g/km。歐盟委員會(huì)在

2014年提出到2021年，車(chē)企生產(chǎn)的乘用車(chē)的碳排放量需滿(mǎn)足95g/km,不達(dá)標(biāo)的車(chē)企將面臨巨額罰款。2018年歐盟委員會(huì)進(jìn)一步明確，在2021年的基礎(chǔ)上，2025年的碳排放量減少15%；到2030年，減少37.5%,分別降至81g/km及59g/km。2019年歐盟確定2050年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，將進(jìn)一步推動(dòng)更加嚴(yán)格的減排目標(biāo)，正在推動(dòng)2030年碳排放在2021年的基礎(chǔ)上減少60%的標(biāo)準(zhǔn)制定。在日益嚴(yán)格的碳排放標(biāo)準(zhǔn)下，新能源汽車(chē)替代傳燃油車(chē)成為必然趨勢(shì)。燃油車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)難以進(jìn)行本質(zhì)革新，減排空間有限，新車(chē)平均碳排放量在2015年下降至119.5g/km后，2019年反而上升至122.4g/km。要達(dá)到上述95g/km的碳排放標(biāo)準(zhǔn)，只能大力發(fā)展新能源汽車(chē)，提升新能源車(chē)的占比。圖表1;歐盟乘用車(chē)歷史8士排放量及耒來(lái)目靖Gfi^-Z-E^-^UQ?*E①aou2Q2S口Gfi^-Z-E^-^UQ?*E①aou2Q2S口-81o/km2030targe-tO-59g/kmgfAJ^&ARD2^STANDARD3^STANDARD心I ■ 30M■才—珈■ :Wgi-MX ■aWO 2010 20.20 2030YwrFIdlit*1.Av4r號(hào)g*hflttgri^^11口.*mi事.iqrim制u-/nd11cl中司2CQ*煢&外必修、修1rww加,帛看胃上1^^,ryjkj&Mr^k<jir￡咕th*ELJ.AMCPj n^FerEChtewEynCip44rnPfivihg; (NlEDC)rhcnsurc-m^riitA. '二i小*#』三美國(guó)：民主黨上臺(tái)或?qū)⑼苿?dòng)電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈加速升級(jí)，促使其重回汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)導(dǎo)地位拜登就任當(dāng)日便簽署行政命令，表示重新加入《巴黎氣候協(xié)定》，并計(jì)劃于2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，有望助推新能源車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈加速升級(jí)。根據(jù)拜登競(jìng)選推出的《清潔能源革命和環(huán)境計(jì)劃》2，其在氣候領(lǐng)域提出的目標(biāo)是到2035年通過(guò)可再生能源過(guò)渡實(shí)現(xiàn)無(wú)碳發(fā)電，到2050年美國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和，實(shí)現(xiàn)100%的清潔能源經(jīng)濟(jì)。具體措施包括：恢復(fù)電動(dòng)車(chē)全額7,500美金的稅金抵免，取消目前的企業(yè)補(bǔ)貼20萬(wàn)輛的銷(xiāo)量上限，加快新能源車(chē)推廣，并計(jì)劃于2030年前在高速公路區(qū)域建設(shè)超過(guò)50萬(wàn)個(gè)充電樁等。我們認(rèn)為民主黨在新能源領(lǐng)域的轉(zhuǎn)向有望提升美國(guó)對(duì)于新能源車(chē)的政策支持，助推新能源車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈加速升級(jí)。特斯拉等頭部企業(yè)有望助力美國(guó)重奪電動(dòng)汽車(chē)制造業(yè)的制高點(diǎn)。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)作為美國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)的代表之一，二戰(zhàn)以后卻從輝煌走向衰落，我們認(rèn)為主要是其經(jīng)受了兩次沖擊：1)20世紀(jì)70年代起，全球石油危機(jī)使精細(xì)化制造的日本汽車(chē)市占率迅速提升，以及2)2010年后德國(guó)品牌在中國(guó)市場(chǎng)的崛起。根據(jù)美國(guó)商務(wù)部統(tǒng)計(jì)，美國(guó)汽車(chē)行業(yè)產(chǎn)值占GDP的比重，由1978年的1.9%降至2018年的0.8%。我們認(rèn)為，由于汽車(chē)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)、上下游相關(guān)行業(yè)豐富，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)對(duì)GDP的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于增加值本身，行業(yè)地位尤為重要。我們認(rèn)為拜登政府的新能源政策將成為美國(guó)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展的一大推動(dòng)力，有助于使其在特斯拉等電動(dòng)汽車(chē)頭部企業(yè)的傾力配合下，保持美國(guó)高端制造領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位。中國(guó)：電動(dòng)汽車(chē)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)彎道超車(chē)、保障能源安全的必然選擇汽車(chē)工業(yè)電動(dòng)化為我國(guó)從汽車(chē)產(chǎn)業(yè)彎道超車(chē)提供契機(jī)。工信部在《電動(dòng)汽車(chē)安全指南（2019版）》中指出，汽車(chē)行業(yè)正在經(jīng)歷百年未有之大變局，電驅(qū)動(dòng)相關(guān)技術(shù)、人工智能技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型重要的發(fā)展方向。對(duì)于傳統(tǒng)燃油車(chē)，中國(guó)雖然擁有龐大的汽車(chē)供應(yīng)體系，但關(guān)鍵零部件技術(shù)缺失，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等設(shè)備依賴(lài)海外廠(chǎng)商進(jìn)口，我們認(rèn)為以電動(dòng)汽車(chē)為突破口能夠推進(jìn)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，有望實(shí)現(xiàn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的彎道超車(chē)。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的支柱行業(yè)，能夠拉動(dòng)國(guó)內(nèi)消費(fèi)增長(zhǎng)，其產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、提供就業(yè)機(jī)會(huì)多，對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、促進(jìn)社會(huì)就業(yè)有重要作用。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)能夠拉動(dòng)我國(guó)消費(fèi)需求及提供大量就業(yè)崗位，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2010年至2019年汽車(chē)銷(xiāo)售額占中國(guó)社會(huì)零售總額比重均維持在10%以上，2019年汽車(chē)新車(chē)零售從業(yè)人員達(dá)到120.92萬(wàn)，占城鎮(zhèn)就業(yè)人數(shù)的10%。同時(shí)，由于汽車(chē)行業(yè)具備高度綜合性，產(chǎn)業(yè)鏈涉及國(guó)家工業(yè)的各個(gè)方面，上游包括發(fā)動(dòng)機(jī)系配件、制動(dòng)系配件等汽車(chē)零部件生產(chǎn)銷(xiāo)售，涵蓋了冶金、橡膠、玻璃、化工等重要的制造業(yè)部門(mén)，中游包括整車(chē)集成制造及銷(xiāo)售，下游輻射汽車(chē)后維修保養(yǎng)、出行服務(wù)等諸多市場(chǎng)。發(fā)展汽車(chē)產(chǎn)業(yè)能夠直接及間接地拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增加，提供就業(yè)崗位。中國(guó)具備市場(chǎng)空間較大、“工程師紅利”等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)政策落地推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展。由于我國(guó)龐大的人口基數(shù)及消費(fèi)升級(jí)趨勢(shì)，電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)空間較大，根據(jù)中金公司研究部預(yù)測(cè)，2025年我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的出貨量將達(dá)到669萬(wàn)輛，占全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量47%，2021年至2025年年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到35%。同時(shí)，中國(guó)每年高校畢業(yè)生人數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)，根據(jù)教育部的數(shù)據(jù)，2020年高校畢業(yè)生人數(shù)達(dá)到874萬(wàn)人，為中國(guó)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)提供了“工程師紅利”，向產(chǎn)業(yè)微笑曲線(xiàn)的兩端延伸。在政府政策的推動(dòng)下，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展成為可能，根據(jù)國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，到2025年我國(guó)新能源汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)售量占新車(chē)總銷(xiāo)量的20%左右，并完善雙積分制度以補(bǔ)充財(cái)政補(bǔ)貼。圖表5:汽車(chē)新車(chē)冢售額及就業(yè)崗位占比■汽車(chē)新車(chē)零售商品銷(xiāo)售額占社會(huì)零售總額比重■汽車(chē)新車(chē)零售從業(yè)人數(shù)占城鎮(zhèn)就業(yè)人員比重卞中國(guó)石油的對(duì)外依存度超70%，能源安全問(wèn)題有待解決。國(guó)際上一般將50%的石油對(duì)外依存度作為石油能源安全問(wèn)題的“安全警戒線(xiàn)”3，而根據(jù)中國(guó)統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，2019年中國(guó)石油對(duì)外依存度超過(guò)70%，遠(yuǎn)超能源安全的要求。目前全球石油分配格局基本固定，且國(guó)際形勢(shì)復(fù)雜，我國(guó)在自身石油生產(chǎn)無(wú)法滿(mǎn)足需求的情況下，通過(guò)石油貿(mào)易和海外份額的方式獲取石油資源的壓力越來(lái)越大。電動(dòng)汽車(chē)對(duì)降低石油依存度，緩解國(guó)內(nèi)石油消耗至關(guān)重要。根據(jù)自然保護(hù)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2017年中國(guó)道路交通消耗的石油約占石油消費(fèi)總量48%，我們認(rèn)為，減少汽車(chē)石油消耗能夠降低我國(guó)的石油依存度。若采用天然氣能源，我國(guó)天然氣儲(chǔ)量同樣較低：根據(jù)海關(guān)總署數(shù)據(jù)，2018年中國(guó)是全球第一大天然氣進(jìn)口國(guó)，2019年對(duì)外依存度達(dá)到43%，難以支撐汽車(chē)的能源需求。而相比之下，我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量較大，能夠?qū)崿F(xiàn)電力的自給自足，同時(shí)還能夠通過(guò)核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等方式增加電力供給，電動(dòng)汽車(chē)成為解決能源安全問(wèn)題的必然選擇。各國(guó)功率密度標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)提升，碳化硅器件對(duì)硅基器件形成替代在即美國(guó)能源部旗下的組織U.S.Drive在2017年發(fā)布的《電氣電子技術(shù)路線(xiàn)圖》4中指出，在2025年電控的功率密度需達(dá)到100kW/L，效率應(yīng)大于98%；而電機(jī)的功率密度需達(dá)到50kW/L，效率應(yīng)大于97%。根據(jù)我國(guó)工信部發(fā)布的《＜中國(guó)制造2025＞重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域路線(xiàn)圖（2018年版）》，在2025年，自主電控產(chǎn)品應(yīng)實(shí)現(xiàn)功率密度不低于25kW/L。我們認(rèn)為，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制定的初衷，是因?yàn)轶w積涉及到了汽車(chē)有效空間利用和乘客的體驗(yàn)。目前電動(dòng)汽車(chē)主要采用硅基器件，但受自身性能極限限制，硅基器件的功率密度難以進(jìn)一步提高。在電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力單元和控制單元中，變換器和逆變器多采用Si基IGBT或MOSFET作為功率器件。但Si材料在高開(kāi)關(guān)頻率及高壓下?lián)p耗大幅提升，功率密度已經(jīng)接近了其性能極限。我們看到，早期的主流混動(dòng)車(chē)型中，其逆變器功率密度基本在20kW/L以下，而采用了第三代化合物半導(dǎo)體SiC材料的逆變器，由于SiC具有效率高、尺寸更小和重量更低的優(yōu)勢(shì)，可以將功率密度大幅提升，我們認(rèn)為其是Si材料未來(lái)的理想替代。性能優(yōu)勢(shì)助推碳化硅器件快速發(fā)展，規(guī)模普及即將到來(lái)SiC提升電能轉(zhuǎn)換效率，增加續(xù)航里程續(xù)航里程是電動(dòng)車(chē)的一大痛點(diǎn)。結(jié)合英飛凌的研究數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為SiC器件可以從導(dǎo)通/開(kāi)關(guān)兩個(gè)維度降低損耗，整體損耗相比Si基器件降低80%以上，實(shí)現(xiàn)增加電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程的目的。SiC材料臨界擊穿電場(chǎng)高，導(dǎo)通電阻低，可降低器件的導(dǎo)通損耗。由于SiC的禁帶寬度（3.3eV）遠(yuǎn)高于Si（l.leV）,因此其漂移區(qū)寬度得到大大縮短、可實(shí)現(xiàn)的摻雜濃度也得到提高。在SiCMOSFET導(dǎo)通時(shí)，正向壓降和損耗都小于Si-IGBT。根據(jù)英飛凌研究，當(dāng)負(fù)載電流為15A時(shí)，常溫下SiCMOSFET的正向壓降只有SiIGBT的一半，在175℃結(jié)溫下，SiCMOSFET的正向壓降約是SiIGBT的80%。SiC-MOSFET不存在拖尾電流，載流子遷移率高，降低器件開(kāi)關(guān)損耗。Si-IGBT模塊中會(huì)集成快恢復(fù)二極管（FRD），在關(guān)斷會(huì)存在反向恢復(fù)電流及拖尾電流，導(dǎo)致其開(kāi)關(guān)速度受到限制，從而造成較大的關(guān)斷損耗。而SiC-MOSFET屬于單極器件，更像一個(gè)剛性開(kāi)關(guān)，不存在拖尾電流，且較高的載流子遷移率（約Si的3倍）也減少了開(kāi)關(guān)時(shí)間，損耗因此得以降低。根據(jù)英飛凌研究，在25℃結(jié)溫下，

SiCMOSFET關(guān)斷損耗大約是SiIGBT的20%；在175℃的結(jié)溫下，SiCMOSFET關(guān)斷損耗僅有IGBT的10%。圖表處SiC的材料特性有助于降低器件導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)損耗■SiC的栽流子[￡筋率是si的3倍左右可載流子遷移率以提借更快的開(kāi)關(guān)速度，以降低開(kāi)關(guān)損耗載流子遷移率■5i-IGBT是雙極器件，關(guān)斷時(shí)反向恢復(fù)電流及施■5i-IGBT是雙極器件，關(guān)斷時(shí)反向恢復(fù)電流及施尾電流不可避免,而SicMOSFET不存在這個(gè)問(wèn)題，縮短開(kāi)■SiC熔帶寬度遠(yuǎn)大于Si,可實(shí)現(xiàn)更高濃度的摻雜、更援的澧移區(qū)寬度，減小導(dǎo)通電阻，使器件的導(dǎo)通損耗大大降低關(guān)時(shí)間，降低開(kāi)關(guān)損耗SiC助力新能源車(chē)實(shí)現(xiàn)輕量化輕量化是整車(chē)廠(chǎng)的不懈追求。我們認(rèn)為SiC器件具備高飽和速率、高電流密度、高熱導(dǎo)率的特點(diǎn)，有利于新能源汽車(chē)零部件輕量化的實(shí)現(xiàn)。SiC材料具備更高的電流密度，相同功率等級(jí)下封裝尺寸更小。SiC具備較高的載流子遷移率，能夠提供較高的電流密度。在相同功率等級(jí)下，碳化硅功率模塊的體積顯著小于硅基模塊，有助于提升系統(tǒng)的功率密度。以IPM為例，碳化硅功率模塊體積可縮小至硅功率模塊的2/3-1/3。SiC能夠?qū)崿F(xiàn)高頻開(kāi)關(guān)，減少無(wú)源器件的體積和成本。SiC材料的電子飽和速率是Si的2倍，有助于提升器件的工作頻率；此外，如上文所述，高臨界擊穿電場(chǎng)（10倍于Si）的特性使其能夠?qū)OSFET帶入高壓領(lǐng)域，克服IGBT開(kāi)關(guān)過(guò)程中的拖尾電流問(wèn)題，開(kāi)關(guān)損耗低，提升實(shí)際應(yīng)用中的開(kāi)關(guān)頻率，減少濾波器和無(wú)源器件如變壓器、電容、電感等的使用，從而減少系統(tǒng)體系和重量。在實(shí)現(xiàn)相同電感電流的情況下，開(kāi)關(guān)頻率越高，可以適當(dāng)降低電感值。SiC禁帶寬且具有良好的熱導(dǎo)率，可以減小散熱器的體積和成本。由于SiC材料具有寬禁帶寬度且熱導(dǎo)率高的特點(diǎn)，更容易散熱，器件可以在更高的環(huán)境溫度下工作。理論上，SiC功率器件可在175℃結(jié)溫下工作。主流電動(dòng)汽車(chē)一般包含兩套水冷系統(tǒng)——引擎冷卻系統(tǒng)和電力電子設(shè)備的冷卻系統(tǒng)，冷卻溫度分別為105和70℃。如果采用SiC功率器件，可以使器件工作于較高的環(huán)境溫度中，有望實(shí)現(xiàn)兩套水冷系統(tǒng)合二為一，甚至采用風(fēng)冷系統(tǒng)，減少散熱器體積及成本?？斐涫沟谜?chē)電平提高，IGBT工作電壓恐難滿(mǎn)足需求實(shí)現(xiàn)快充的關(guān)鍵是通過(guò)增大電流或提升電壓提升充電功率，由于電流提升存在可預(yù)見(jiàn)的上限，高電壓是實(shí)現(xiàn)快充的必然趨勢(shì)。根據(jù)e-technology的研究，受到充電插頭及電芯的溫度限制，即使采用液冷充電插頭，電動(dòng)車(chē)充電也存在500A的電流上限，要實(shí)現(xiàn)200kW以上的快充功率，電動(dòng)車(chē)必然會(huì)從400V系統(tǒng)轉(zhuǎn)向800V系統(tǒng)。同時(shí)，達(dá)到相同功率的情況下，提升電壓則可以相應(yīng)降低電流，減少散熱及導(dǎo)線(xiàn)橫截面。根據(jù)e-technology的估算，以100kWh的電池為例，從400V電車(chē)系統(tǒng)提升為800V電車(chē)系統(tǒng)，由于電池散熱減重及導(dǎo)線(xiàn)質(zhì)量降低可以推動(dòng)電池實(shí)現(xiàn)25kg的重量降低，降低電車(chē)能耗，提升電車(chē)?yán)m(xù)航里程。我們認(rèn)為，若系統(tǒng)電壓（總線(xiàn)電壓）從400V提高至800V,需要同時(shí)提高半導(dǎo)體器件的耐壓的水平，650VIGBT將無(wú)法工作，SiMOSFET的耐壓極限也會(huì)明顯被超越，若采用Si基器件，必須使用1200VIGBT。受限于體積、功耗、散熱等因素，通常情況下1200V的IGBT模塊一般服務(wù)于工業(yè)場(chǎng)景，很難通過(guò)車(chē)規(guī)認(rèn)證，2018年英飛凌才推出第七代IGBT技術(shù)，使1200V模塊車(chē)用成為可能5。但我們認(rèn)為，SiC的材料特性?xún)?yōu)勢(shì)有望使其在800V系統(tǒng)部署中更受整車(chē)廠(chǎng)青睞，同時(shí)，輸出功率的提升也使SiC材料成為800V系統(tǒng)的理想選擇。圖表14:400V提升至KOOV的電車(chē)重量（lOOkWh電池）~減重20kg廠(chǎng)——~減重20kg廠(chǎng)——重量減輕25蛆一~減重5kg二L400VACDC高壓導(dǎo)線(xiàn)動(dòng)力加熱800V電車(chē)充電器充電器電池 設(shè)備系統(tǒng)*j篇麻成本經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題有望在未來(lái)解決，車(chē)用SiC需求有望迎來(lái)快速成長(zhǎng)期目前，由于受到SiC長(zhǎng)晶技術(shù)壁壘高（如：需要高溫生長(zhǎng)及精確控制；長(zhǎng)晶速度很慢而不能像Si一樣拉晶；爐體尺寸限制晶圓尺寸不好做大；材料硬度高韌性差容易斷裂）、器件良率低（如：摻雜工藝要求高、形成歐姆接觸困難）等因素掣肘，因此SiC器件高昂的生產(chǎn)成本阻止了其初期被整車(chē)廠(chǎng)大量采用。以目前的成本來(lái)看，新能源車(chē)的度電單價(jià)（三元、不含稅）價(jià)格在900元人民幣左右，而在2025年有望降至560元左右。假設(shè)400km續(xù)航里程，電池包的價(jià)格分別在42,500元/24,000元左右。若要增加10%的續(xù)航，我們線(xiàn)性外推得到電池包的邊際成本為4,500元/2,400元。目前，SiC器件成本約為硅基器件的5倍以上，為當(dāng)前SiC器件難以在中低端車(chē)型大規(guī)模應(yīng)用的主要原因。以A級(jí)車(chē)為例，主逆變器中IGBT器件成本約為1,300元，若替換為SiC則將會(huì)帶來(lái)至少5,000元以上的成本增加，而同時(shí)帶來(lái)5%-10%續(xù)航里程的提升。我們測(cè)算，若暫不考慮冷卻系統(tǒng)節(jié)省的成本及空間節(jié)約帶來(lái)的附加值，在新能源車(chē)平價(jià)目標(biāo)下，若SiC能換取5%-10%的續(xù)航里程增加，則當(dāng)SiC的器件成本將下降至硅基器件的1倍時(shí)，其經(jīng)濟(jì)效益有望助推SiC在全系列車(chē)型全面普及；如圖18所示，若采用SiC材料能增加電動(dòng)車(chē)10%的續(xù)航里程，對(duì)于車(chē)廠(chǎng)來(lái)講，單車(chē)成本的節(jié)約在1,100人民幣左右。小器件大市場(chǎng)，中國(guó)車(chē)用SiC將迎高速成長(zhǎng)我們測(cè)算，2021年國(guó)內(nèi)SiC器件/模塊市場(chǎng)規(guī)模為10億元/24億元，2025年有望達(dá)到62億元/78億元，年復(fù)合增速達(dá)58%/35%，迎來(lái)高速增長(zhǎng)期功率開(kāi)關(guān)器件在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用范圍很廣，其中主要包括主逆變器、直流DC/DC轉(zhuǎn)換器、車(chē)載充電機(jī)等。我們以自上而下的方式，以新能源車(chē)出貨量為基礎(chǔ)，配合滲透率、SiC模塊/器件單車(chē)價(jià)值等假設(shè)測(cè)算，得出2025年中國(guó)新能源車(chē)及周邊應(yīng)用將帶來(lái)62億元的SiC器件市場(chǎng)空間，78億元的SiC模塊市場(chǎng)空間（包含器件成本），2021-2025年復(fù)合增速達(dá)58%/35%。其中我們的關(guān)鍵假設(shè)如下：第一，從成本下降曲線(xiàn)來(lái)看，我們認(rèn)為SiC本身的成本下降曲線(xiàn)是線(xiàn)性的，但由于整體市場(chǎng)需求高漲，上游擴(kuò)產(chǎn)積極，成本下降可能會(huì)呈現(xiàn)加速趨勢(shì)，年同比降幅將有望從低雙位數(shù)加速至近20%；第二，從車(chē)型來(lái)看，我們認(rèn)為到2025年SiC成本仍然難以下降至A級(jí)車(chē)Si基器件的2倍水平。中高級(jí)乘用車(chē)由于具有品牌溢價(jià)，成本上升帶來(lái)的續(xù)航里程增加、輕量化等附加體驗(yàn)也更容易被消費(fèi)者所接受，我們認(rèn)為B/C級(jí)車(chē)大規(guī)模采用SiC器件的可能性大，其中Tesla及比亞迪作為現(xiàn)有整車(chē)廠(chǎng)中最為積極兩方（根據(jù)公開(kāi)資料，Model3及比亞迪漢車(chē)型已經(jīng)搭載了SiC模塊的主逆變器），未來(lái)SiC器件滲透率有望繼續(xù)加速。未來(lái)華為、蘋(píng)果等大廠(chǎng)及小鵬、蔚來(lái)等高端造車(chē)新勢(shì)力設(shè)計(jì)的整車(chē)也有望大量采用SiC。而非豪華品牌A級(jí)（包含）及以下車(chē)型采用SiC的可能性很小?？紤]到成本更高，對(duì)空間和續(xù)航里程敏感度更低等因素，在商用車(chē)方面，我們預(yù)計(jì)SiC滲透率將整體低于乘用車(chē)；第三，從零部件種類(lèi)來(lái)看，主逆變器（Inverter）會(huì)先進(jìn)行SiC替換，由于車(chē)載充電機(jī)（OBC）、直流轉(zhuǎn)換器（DC-DC）、快充（Booster）等工作頻率高，從SiC高頻性能來(lái)看要優(yōu)于Si基材料，同樣存在較大替換空間；第四，從器件類(lèi)型及價(jià)值量來(lái)看，主逆變器中由于搭載SiC模塊，半導(dǎo)體價(jià)值量最高，而車(chē)載充電機(jī)、直流轉(zhuǎn)換器等部分僅搭載單管器件，整體價(jià)值量不及主逆變器。SiC襯底及外延合計(jì)價(jià)值量占比超60%，在產(chǎn)業(yè)鏈中地位至關(guān)重以65nm制程為例，目前12英寸硅片（拋光片）售價(jià)僅在100美元左右，而最終的晶圓售價(jià)高達(dá)1,500美元，原因在于Si集成電路工藝歷經(jīng)多次刻蝕、光刻、清洗等前道處理步驟，在硅片表面制作器件的附加價(jià)值量高。而SiC僅被用于制造分立器件，其本身工藝難度并不大（SiCMOSFET仍是橫向平面工藝器件），襯底及外延質(zhì)量則從很大程度上決定了最終的器件性能。根據(jù)我們的產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，由于SiC襯底及外延生長(zhǎng)溫度高、速度慢、良率低等原因，從價(jià)值量上看，2020年2,500美元售價(jià)的SiC晶圓成品中，襯底片價(jià)值量約1,100美元，外延片價(jià)值量約500美元，合計(jì)價(jià)值量達(dá)1,700美元，約占整體晶圓成品價(jià)值量的63%。因此，我們認(rèn)為SiC產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)地位至關(guān)重要，且從投資回報(bào)情況來(lái)看，SiC基襯底的投入產(chǎn)出比要優(yōu)于Si，部分企業(yè)的投入產(chǎn)出比可以接近1：1水平（1元人民幣的投資對(duì)應(yīng)1元年收入），是一個(gè)優(yōu)良的賽道。結(jié)合我們對(duì)SiC器件市場(chǎng)規(guī)模的測(cè)算及對(duì)襯底/外延部分價(jià)值量的假設(shè)，我們預(yù)計(jì)2025年中國(guó)本土新能源車(chē)用SiC襯底/外延片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到26億/39億人民幣。圖表25:SiC襯贏相比Si袍光片有更好的撥入產(chǎn)出比(2019)國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商全面布局導(dǎo)電型機(jī)高純半絕緣兩類(lèi)襯底，正努力追趕與海外差距SiC襯底主要分為導(dǎo)電型和半絕緣型兩類(lèi)，新能源車(chē)用半導(dǎo)體器件基于導(dǎo)電型碳化硅襯底制造。具體應(yīng)用形式來(lái)看，導(dǎo)電型SiC襯底一般會(huì)再生長(zhǎng)SiC外延層得到SiC外延片，主要用于制造耐高溫、耐高壓的功率器件，應(yīng)用于新能源汽車(chē)、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域；而在半絕緣型SiC襯底上，通常會(huì)上生長(zhǎng)GaN外延層，制得SiC基GaN外延片，可進(jìn)一步制成微波射頻器件，應(yīng)用于5G通訊、雷達(dá)等領(lǐng)域。導(dǎo)電型及半絕緣型SiC襯底在制作工藝上存在較大差異。在主流的物理氣相傳輸法(PVT)長(zhǎng)晶工藝中，半絕緣型SiC襯底的生長(zhǎng)對(duì)原材料碳化硅粉末純凈度要求高，同時(shí)需要在生長(zhǎng)過(guò)程中加入釩雜質(zhì)，摻雜工藝難度大。而導(dǎo)電型襯底相對(duì)容易獲得，但需要對(duì)摻雜有較好的控制，且功率器件需要在較大襯底上生產(chǎn)才具備經(jīng)濟(jì)效益，SiC單晶擴(kuò)徑問(wèn)題也是壁壘。除了主流PVT生長(zhǎng)方法外，我們也看到一些新工藝的進(jìn)步，目前日本電裝（DENSO）等企業(yè)正在利用高溫化學(xué)氣相沉積方法（HTCVD）將高純氣態(tài)碳源和硅源在高溫結(jié)合，來(lái)得到高阻值的碳化硅單晶，且生長(zhǎng)速率能達(dá)到1.0mm/h-3.0mm/h，值得長(zhǎng)期關(guān)注。但綜合考慮成本、良率及工藝成熟度等問(wèn)題，我們認(rèn)為目前PVT方法仍為市場(chǎng)主流技術(shù)。碳化硅襯底市場(chǎng)以海外廠(chǎng)商為主導(dǎo)，中國(guó)企業(yè)市場(chǎng)份額現(xiàn)較小。碳化硅襯底產(chǎn)品的制造涉及設(shè)備研制、原料合成、晶體生長(zhǎng)、晶體切割、晶片加工、清洗檢測(cè)等諸多環(huán)節(jié)，需要長(zhǎng)期的工藝技術(shù)積累，存在較高的技術(shù)及人才壁壘。自1955年首次在實(shí)驗(yàn)室成功制備碳化硅單晶以來(lái)，美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家與地區(qū)不斷創(chuàng)新碳化硅晶體的制備技術(shù)與設(shè)備，形成了較大優(yōu)勢(shì)；而中國(guó)碳化硅晶體的研究從20世紀(jì)90年底末才起步，2000年以后開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)的探索。根據(jù)YoleDevelopment數(shù)據(jù)，2020年上半年Wolfspeed（Cree全資子公司）市占率達(dá)到45%以上，國(guó)內(nèi)龍頭天科合達(dá)和山東天岳的合計(jì)市場(chǎng)份額不到10%。山東天岳、爍科晶體（中電科孵化）、河北同光（中科院半導(dǎo)體所孵化）現(xiàn)有主要