碳化硅第三代半導體之星

耐高溫高壓高頻，碳化硅電氣性能優(yōu)異碳化硅作為第三代寬禁帶半導體材料的代表在禁帶寬度擊穿電場熱導率電子和速率抗輻射能力等關鍵參數(shù)方面具有顯著優(yōu)勢滿足了現(xiàn)代工業(yè)對高功率高電壓頻率的需求主要被用于制作高速高頻大功率及發(fā)光電子元器件下游應用領域包括智能電網(wǎng)、新能源汽車、光伏風電、5G通信等，在功率器件領域，碳化硅二極管、OET已經(jīng)開始商業(yè)化應用。耐高溫。碳化硅的禁帶寬度是硅的2-3倍，在高溫下電子不易發(fā)生躍遷，可耐更高的工作溫度，且碳化硅的熱導率是硅的4-5倍，使得器件散熱更容易，極工作溫度更高。耐高溫特性可以顯著提升功率密度，同時降低對散熱系統(tǒng)的要求，使終端更加輕量和小型化。耐高壓碳化硅的擊穿電場強度是硅的10倍能夠耐受更高的電壓更適用于電壓器件。耐高頻。碳化硅具有2倍于硅的飽和電子漂移速率，導致其器件在關斷過程中存在電流拖尾現(xiàn)象，能有效提高器件的開關頻率，實現(xiàn)器件小型化。低能量損耗碳化硅相較于硅材料具有極低的導通電阻導通損耗低同時碳硅的高禁帶寬度大幅減少泄漏電流功率損耗降低此外碳化硅器件在關斷過中不存在電流拖尾現(xiàn)象，開關損耗低。表1：不同半導體材料性能對比性能指標aAS4-SiCaN禁帶寬度（e）1.121.433.233.42擊穿電場強度（MVm-1）0.30.43.53.3熱導率（Wc-11）1.50.54.01.3飽和電子漂移速率（107ms-）1.01.02.02.5電子遷移率（cm2-1s-1）150085006502000《禁帶導體頻微波功器件電路，圖1：半導體材料性能對比及碳化硅器件特性資料來源：天科合達招股書，工藝難度大幅增加，長晶環(huán)節(jié)是瓶頸碳化硅從材料到半導體功率器件會經(jīng)歷單晶生長晶錠切片外延生長晶圓設計造封裝等工藝流程在合成碳化硅粉后先制作碳化硅晶錠然后經(jīng)過切片打磨拋得到碳化硅襯底經(jīng)外延生長得到外延片外延片經(jīng)過光刻刻蝕離子注入金屬鈍化工藝得到碳化硅晶圓，將晶圓切割成die，經(jīng)過封裝得到器件，器件組合在一起放入特殊殼中組裝成模組。襯底：晶體生長為最核心工藝環(huán)節(jié)，切割環(huán)節(jié)為產(chǎn)能瓶頸以高純碳粉高純硅粉為原料合成碳化硅粉在特殊溫場下生長不同尺寸的碳化硅晶錠再經(jīng)過多道加工工序產(chǎn)出碳化硅襯底。核心工藝流程包括：原料合成：將高純的硅粉+碳粉按配方混合，在2000°C以上的高溫條件下于反腔室內(nèi)進行反應合成特定晶型和顆粒度的碳化硅顆粒再通過破碎篩分清等工序，得到滿足要求的高純碳化硅粉原料。晶體生長為碳化硅襯底制造最核心工藝環(huán)節(jié)決定了碳化硅襯底的電學性質目前晶體生長的主要方法有物理氣相傳輸（T高溫化學氣相沉積（H-CD）和液相外延（LE）三種方法，物理氣相傳輸法為市場主流工藝。晶體加工通過晶錠加工晶棒切割研磨拋光清洗等環(huán)節(jié)將碳化硅晶棒工成襯底。圖2：碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈全景圖譜 圖3：碳化硅襯底工藝流程資料來源： 天科合達招股書，晶體生長：條件控制嚴、長晶速度慢和晶型要求高為主要技術難點在晶體生長和晶體加工環(huán)節(jié)均存在技術難點晶體生長環(huán)節(jié)條件控制嚴長晶速度和晶型要求高為主要技術難點碳化硅晶體的生長溫度在2300°C以上對溫度和壓力的控制要求高；此外，碳化硅有250多種同分異構體，其中4H-C為主流，因此需要嚴格控制硅碳比生長溫度梯度及氣流氣壓等參數(shù)才能生長出理想晶體同時T法長晶非常緩慢，速度約為0.3-0.5mm/h7天才能生長2cm最高僅能生長3-5cm因此碳化硅晶錠的直徑也多為4英寸6英寸而硅基72h即可生長至2-3m的高度直徑多為6英寸8英寸新投產(chǎn)能則多為12英寸。晶體生長主要有物理氣相傳輸（T高溫化學氣相沉積（H-D和液相外延（LE）三種方法，其中PT法是現(xiàn)階段商業(yè)化生長C襯底的主流方法，技術成熟度最高、工程化應用最廣。T法利“升華-轉移-再生長原理生長碳化硅晶體高純度碳粉與硅粉按特定比例混合將形成的高純度碳化硅微粉與籽晶分別放置生長爐內(nèi)坩堝的底部和頂部溫度升高至2000°C以上控制坩堝下部溫度略高于頂部形成溫度差碳化硅微粉升華成氣態(tài)2和2C后，在籽晶處重新結晶生長形成碳化硅晶錠。T法長晶速度慢，需要約7天才能生長約2cm，且副反應較多，原料的非一致升華導致生成C晶體的缺陷密度較高。H-D法是指在2000~250℃下導入高純度的硅烷乙烷或丙烷氫氣等氣體先在高溫區(qū)生長腔反應形成碳化硅氣態(tài)前驅物再經(jīng)由氣體帶動進入低溫區(qū)的籽晶端前沉積成碳化硅晶體H-D法可持續(xù)向爐腔供應氣體原料晶可持續(xù)生長使用高純氣體為原料碳化硅晶體純度更高且通過控制原料氣流量比能有效控制摻雜量晶型等生成化硅晶體缺陷較少。但H-D法的長晶速度較慢，約0.4-05mm/h工藝設備昂貴，耗材成本高，長晶過程中進氣口和排氣口易堵塞。LE法利“溶解-析出原理生長碳化硅晶體在1400-180℃下將碳溶解在高溫純硅溶液中，再從過飽和溶液中析出碳化硅晶體，需添加助熔劑增大C的溶解度。LPE法長晶溫度較低減少了冷卻時由熱應力導致的位錯碳化硅晶體位錯密度低結晶質量高可實現(xiàn)無微管缺陷晶體生長。同時，在助熔液中增加Al可獲得高載流子濃度的p型iC晶體，且相比T法，溶液法長晶速度提高了5倍左右；但存在碳化硅晶體中金屬殘留的問題，且生長的晶體尺寸小，目前僅用于實驗室生長。原理示意圖液相外延法(LPE)高溫化學氣相沉積法(HTCV原理示意圖液相外延法(LPE)高溫化學氣相沉積法(HTCV)物理氣相傳輸法(PVT)生長溫度 生長溫度 2300-500°C 2000-300°C 1400-800°C優(yōu)點 設備成本低且結構簡耗材成本低擴徑難度大

可持續(xù)生晶體純度晶體缺陷長晶速度

位錯密度低長晶速度快結晶質量高摻雜可控性長晶尺寸小缺點 長晶速度慢缺陷密度高

工藝設備昂耗材成本高

金屬雜質殘留發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)階段商業(yè)化的主流技術 已商業(yè)化使用 處于實驗室研究階段寬禁帶半導體技術創(chuàng)新聯(lián)盟，《液相法碳化硅晶體生長及其物性研究》，馬來硅業(yè)有限公司官網(wǎng)，整理晶體加工：切片和薄化為主要技術難點晶體加工環(huán)節(jié)切片和薄化為主要技術難點碳化硅襯底的質量和精度直接影響外延質量及器件的性能因此晶片表面需光滑無缺陷無損傷粗糙度值在納米級以下然而，由于碳化硅晶體高硬高脆耐磨性好化學性質極其穩(wěn)定使得襯底加工非常困難碳硅襯底的加工過程主要分為切片、薄化和拋光。切片是碳化硅單晶加工過程的第一道工序決定了后續(xù)薄化拋光的加工水平是整個環(huán)節(jié)的最大產(chǎn)能瓶頸所在?，F(xiàn)有的碳化硅晶圓切片大多使用金剛石線鋸，但碳化硅硬度高需要大量的金剛石線鋸和長達數(shù)小時的加工時間，且切片過程中多達40%的晶錠以碳化硅粉塵的形式成為廢料單個晶錠生產(chǎn)出的晶圓數(shù)量少造成碳化硅功率器件成本高昂許多國外企業(yè)采用更為先進的激光切割和冷分離技術提高切片效率，如2016年ICO開發(fā)的激光切片技術不用經(jīng)歷研磨過程，僅需10分鐘就能切出一片6英寸碳化硅晶圓，生產(chǎn)效率提升3-5倍。碳化硅切片的薄化主要通過磨削與研磨實現(xiàn)但碳化硅斷裂韌性較低在薄化過程中開裂導致碳化硅晶片的減薄非常困難目前多使用自旋轉磨削晶片自旋轉的同時主軸構帶動砂輪旋轉同時砂輪向下進給實現(xiàn)減薄自旋轉磨削雖可有效提高加工效率但砂輪經(jīng)長時間使用易鈍化存在使用壽命短且晶片易產(chǎn)生表面與亞表面損傷的問題未來將一步優(yōu)化單面研磨技術以實現(xiàn)大尺寸碳化硅晶片的加工。圖4：4-導電型碳化硅單晶襯底 圖5：O研發(fā)的激光切片技術相較于現(xiàn)有技術的優(yōu)勢資料來源：天岳先進， DISCO，外延：器件性能決定因素，厚度與摻雜濃度為關鍵因素與傳統(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單晶材料上須在經(jīng)過切磨拋等仔細加工的單晶襯底上生長一層微米級新單晶新單晶和襯底可以是相同材料也可以是不同材料稱為同質外延或異質外延外延層可以消除晶體生長和加工時引入的表面或亞表面缺陷使晶格排列整齊表面形貌更優(yōu)外延的質量對最終器件的性能起關鍵影響作用。圖6：4-SiC襯底和外延示意圖 圖7：EPIGRESS公司的熱壁式外設備反應腔結構圖資料來源： 《4H-SiC的CVD同質外延生長與表征》，碳化硅外延的制作方法包括化學氣相淀（D分子束外（ME液相外延法（LE脈沖激光淀積和升華（LD等其中D法是最為普及的4H-iC外延方法，其優(yōu)勢在于可以有效控制生長過程中氣體源流量反應室溫度及壓力精準控制外延層的厚度摻雜濃度以及摻雜類型工藝可控性強早期碳化硅是在無偏角襯底上外延生長的受多型體混合影響外延效果不理想隨后發(fā)展出臺階控制外延法在不同偏角下斜切碳化硅襯底形成高密度外延臺階在實現(xiàn)低溫生長的同時穩(wěn)定晶型的控制隨后引入TS突破臺階控制外延法的限制將生長速率大幅提升至傳統(tǒng)方法的10倍以上目前常用iH4H4、2H4作為反應前驅氣體N2和TMA作為雜質源使用4°斜切的4H-iC襯底在1500-150℃下生長外延。外延參數(shù)主要取決于器件設計其中厚度和摻雜濃度外延片關鍵參數(shù)器件電壓越高，對外延厚度和摻雜濃度均勻性要求越高生產(chǎn)難度越大在600V低壓下外延厚度需達6um左右，在1200-700V中壓下，外延厚度需達10-15um左右，而在10kV的高壓下，外延厚度需達100um以上。在中、低壓應用領域，碳化硅外延的技術相對比較成熟，外延片的厚度和摻雜濃度等參數(shù)較優(yōu)基本可以滿足中低壓的DJSOS等器件的需求而高壓領域，外延片需要攻克摻雜濃度均勻性和控制缺陷等問題。圖8：厚度為3um的4SiC外延層SEM截面圖像 圖9：3、4和6英寸碳化硅外延晶片資料來源：北京第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟， 瀚天天成，下游應用場景豐富，新能源帶來最大增長點按照電學性能的不同，碳化硅材料制成的器件分為導電型碳化硅功率器件和半絕緣型碳化硅射頻器件兩種類型碳化硅器件的終端應用領域不同導電型碳化硅功率器件是通過在低電阻率的導電型襯底上生長碳化硅外延層后進一步加工制成，包括造肖特基二極管、OET、IGT等，主要用于電動汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、充電等半絕緣型碳化硅基射頻器件是通過在高電阻率的半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵延層后進一步加工制成包括ET等氮化鎵射頻器件主要用于5G通信車載通信國防應用、數(shù)據(jù)傳輸、航空航天。圖10：碳化硅器件的下游應用領域 圖11：兩類碳化硅器件的不同終端應用領域資料來源：公開資料， 資料來源：3.1導電型碳化硅器件：新能源汽車為最大終端應用市場導電型碳化硅器件主要用于電動汽車光伏發(fā)電軌道交通智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心充電等領域根據(jù)ole數(shù)據(jù)2021年汽車市場導電型碳化硅功率器件規(guī)模達6.85億美元占比62.8%能源工業(yè)和交通應用市場占比分別為14.1%1.6%和7.2%預計到2027年汽車市場導電型碳化硅功率器件規(guī)模達49.86億美元，占比79.2%，能源、工業(yè)和交通應用市場占比分別降至7.3%，8.7%和3.0%。圖12：201年導電型碳化硅功率器下游應用占比 圖13：207年導電型碳化硅功率器下游應用占比預測Yole， Yole，碳化硅在電動汽車領域主要用于主驅逆變器車載充電系統(tǒng)(O)電源轉換系統(tǒng)(車載)和非車載充電樁逆變器是一種將直流信號轉化為高壓交流電的裝置由于輸出電壓和輸出頻率可以任意控制所以被廣泛用于控制交流電機和無刷電機的轉速是新能源發(fā)電不間斷電源電動汽車軌道交通白色家電電力配送等領域重要的功率轉換裝置。碳化硅OST在電動汽車主驅逆變器中相比-IGBT具有明顯優(yōu)勢：碳化硅OST相比硅基IT功率轉換效率更高，電動汽車續(xù)航距離可延長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；碳化硅OST的高頻特性可使逆變器線圈電容小型化電驅尺寸可大幅減少，可聽噪聲的降低能減少電機鐵損；碳化硅MET可承受更高電壓，在電機功率相同的情況下可以通過提升電壓來降低電流強度，從而使得束線輕量化，節(jié)省安裝空間。雖然當前碳化硅器件單車價格高于-IGT，但上述優(yōu)勢可降低整車系統(tǒng)成本。218年特斯拉在odel3中首次將iIT替換為iC器件，汽車逆變器效率大幅提升，當前越來越多的車廠如比亞迪、蔚來、小鵬、保時捷等正在轉向在電驅中使用碳化硅M器件。圖14：碳化硅器件在電動汽車領域的應用 圖15：特斯拉Mdl3采用碳化硅FET器件資料來源：英飛凌， 特斯拉，車載充電系統(tǒng)(O)可將電網(wǎng)中的交流電轉換為直流電對電池進行充電實現(xiàn)為電動車的高壓直流電池組充電的功能，是決定充電功率和效率的關鍵器件。碳化硅OET比i基器件能提升約50的系統(tǒng)功率密度從而能減少C的重量和體積并節(jié)省磁感器件和驅動器件成本。電源轉換系統(tǒng)(D/D)是轉變輸入電壓并有效輸出固定電壓的電壓轉換器可將動力電池輸出的高壓直流電轉換為低壓直流電主要給車內(nèi)動力轉向水泵車燈空調(diào)等低壓用電系統(tǒng)供電未來隨著電動汽車電池電壓升至800V高壓平臺1200V的COST有望被廣泛應用于D-DC轉換器中。高壓充電樁能有效解決充電速度和里程焦慮的問題帶來對C器件需求的增加當前我國的車樁比難以匹配需求車載充電及充電樁效率仍待提高因此越來越多的整車廠布局800V高壓平臺。800V高壓系統(tǒng)通常指整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍達到550-90V的系統(tǒng)，相較于600V平臺在同等充電功率下工作電流更小節(jié)省線束體積降低電路內(nèi)阻損耗，提高充電效率和安全率；在同等電流的情況下，800V平臺可大幅提升總功率，顯著提高電速度已成為快速直流電充電的新解決方案對于直流快速充電樁來說充電電壓升級至800V會帶來充電樁中的iC功率器件需求大增與MT/IT單管設計的15-30kW相比，iC模塊可將充電模塊功率提高至60kW以上，且和硅基功率器件相比，iC功率器件可以大幅降低模塊數(shù)量，具有小體積優(yōu)勢。圖16：不同電壓平臺下SiC和i逆變器的損耗 圖17：小鵬9搭載了國內(nèi)首個量的車端80V高壓SC平臺e,tal,“CEDTEMEFCEYBYN00VOLTAXLEDRIVECONCEPT”,VitescoTechnologies，

小汽車，新能源車數(shù)量增速高于充電樁，我國充電樁市場缺口大。據(jù)中國能源報截止2022年12月全國充電基礎設施累計總量約為521萬臺增量為259.3萬臺同比增加991%中公共充電樁增量為65.1萬臺，同比上漲91.6%；隨車配建私人充電樁增量為194.2萬臺，同比上升225.5%。截至2022年底，全國新能源汽車保有量達1310萬輛，占汽車總量的4.10%同比增長67.13%其中純電動汽車保有量1045萬輛占新能源汽車總量的79.78%。2022年底，我國新能源車車樁比為2.5：1，充電樁數(shù)量還存在巨大的缺口。根據(jù)全球碳化硅領域龍頭廠商olfpeed公司的預測，到2026年汽車中逆變器所占據(jù)的碳化硅價值量約為83%，是電動汽車中價值量最大的部分。其次為B，價值量占比約為15%；D-DC轉換器中SiC價值量占比在2左右。圖18：我國新能源充電樁數(shù)量存在較大缺口 圖19：206年碳化硅在汽車各部件價值占比預測資料來源：中國能源報， Wolfspeed，光伏發(fā)電是當前利用可再生能源的重要形式通過光伏逆變器將太陽能電池陣列的直電轉換為交流電，以直接消耗或通過電網(wǎng)傳輸。使用Si基器件的傳統(tǒng)逆變器會帶來較大系統(tǒng)能量損耗而碳化硅的寬帶隙高熱導率高擊穿電壓和低導通電阻使其能在更高的壓及頻率下切換散熱能力更佳擁有更好的開關效率和熱量累計使用碳化硅功率器件光伏逆變器可將系統(tǒng)轉換效率從96%提升至99以上，能量損耗降低50以上，設備循環(huán)壽命提升50倍。據(jù)SAeearch數(shù)據(jù)，2020年碳化硅功率器件在光伏逆變器的滲透率為10，隨著光伏電壓等級的提升碳化硅功率器件的滲透率將不斷提高，預計2048年將達到85的滲透率。圖20：SiCMS應用于光伏逆變器帶來更低的損耗和更高的頻率圖21：200250年碳化硅功率器件光伏逆變器的滲透率 資料來源：英飛凌， CASA，目前電網(wǎng)使用的硅基器件的參數(shù)性能已接近其材料的物理極限無法擔負起支撐大規(guī)清潔能源生產(chǎn)傳輸和消納吸收的重任iC在智能電網(wǎng)的主要應用場景包括高壓直流輸電流閥柔性直流輸電換流閥靈活交流輸電裝置高壓直流斷路器電力電子變壓器等裝置碳化硅在電壓等級導通電阻和開關速度方面的優(yōu)勢能很好的適配電力系統(tǒng)對電壓功率可靠性的更高要求可以直接替換硅器件提升電能轉換效率和功率密度同時還能簡化撲結構、實現(xiàn)新的并網(wǎng)功能如增加電網(wǎng)穩(wěn)定性，提供有源濾波功能等。圖22：碳化硅的單位面積導通電阻遠小于硅器件 圖23：nfos和美國田納西大學聯(lián)合開發(fā)的124V光伏并網(wǎng)變換器資料來源：《應用于中壓配電網(wǎng)的碳化硅電力電子技術》，

應用中壓電網(wǎng)碳化硅力電技，在軌道交通領域牽引變流器輔助變流器主輔一體變流器電力電子變壓器電充電機等環(huán)節(jié)均可用到C功率器件其中牽引變流器是核心器件采用C功率器件替代后在高溫高頻和低損耗方面得到顯著改善有效減小整體器件的體積和重量符合大量、輕量化和節(jié)能型的需求。目前C器件已在城市軌道交通系統(tǒng)中得以應用，蘇州軌交3號線0312號列車是國內(nèi)首個基于iC變流技術的永磁直驅牽引系統(tǒng)項目，實現(xiàn)了牽引能20%的目標。A預測在2030年碳化硅在軌道交通功率器件的應用占比將達302040年占比將達70%，滲透率不斷提升。圖24：碳化硅模塊的開關和導通損耗均優(yōu)于傳統(tǒng)硅模塊 圖25：208250年軌道交通中碳化功率器件滲透率資料來基于合碳硅器的城市道交車輛引節(jié)研，

CASA，3.2半絕緣型碳化硅器件：5G時代的強大心臟射頻器件是在無線通信領域負責信號轉換的部件，如功率放大器、射頻開關、濾波器低噪聲放大器等目前主流的射頻器件材料有砷化鎵硅基LMS碳化硅基氮化鎵等不同類型。碳化硅基氮化鎵射頻器件同時具備碳化硅的高導熱性能和氮化鎵在高頻段下大功率射頻輸出的優(yōu)勢，應用于5G通信、車載通信、國防應用、數(shù)據(jù)傳輸、航空航天等領域5G通訊基站應用需要更高的峰值功率、更寬的帶寬以及更高的頻率，對微波射頻器提出了更高要求而半絕緣型碳化硅襯底制備的氮化鎵射頻器件在高頻段的優(yōu)異表現(xiàn)使其為5G時代基站應用的候選技術。據(jù)olevelopmnt預測2025年全球射頻器件市場將超過250億美元功率在3W以上的射頻器件市場中氮化鎵射頻器件有望替代大部分硅基LMS份額占據(jù)射頻器件市場約50的份額。圖26：不同材料微波射頻器件的應用范圍對比 圖27：碳化硅基氮化鎵在5G中的用 AnalogDialogue， 《5G時代新技術需要關注氮化鎵》，碳化硅供需缺口持續(xù)擴大，海內(nèi)外廠商加速研發(fā)擴產(chǎn)供給端：海外龍頭主導出貨量，全球有效產(chǎn)能仍不足當前制約碳化硅器件大規(guī)模商業(yè)化應用的主要因素在于高成本，碳化硅襯底制造難度大良率低為主要原因全球碳化硅市場呈美國歐洲日本三足鼎立的格局國內(nèi)龍頭企業(yè)僅天科合達和天岳先進占據(jù)了全球碳化硅襯底市場份額在全球導電型碳化硅襯底市場中olfpeed占據(jù)超60的市場份額II-VI和ohm的子公司Sirytal分別占據(jù)16和12，位列第二和第三在半絕緣型碳化硅襯底市場中olfspeedII-VI和天岳先進各占據(jù)約30%的市場份額。圖28：208全球導電型碳化硅襯市場份額 圖29：200年全球半絕緣型碳化硅底市場份額Yole， Yole，我國在碳化硅領域起步較晚當前國內(nèi)廠商在碳化硅襯底產(chǎn)品上與國外龍頭仍存在一定差距國內(nèi)主要以4英寸碳化硅襯底為主僅少數(shù)企業(yè)如天岳先進露笑科技等實現(xiàn)6英襯底的銷售，而多家國際一線廠商已實現(xiàn)6英寸碳化硅襯底的穩(wěn)定供應，olfpeed、英飛凌和羅姆等正積極布局8英寸碳化硅襯底生產(chǎn)產(chǎn)線，量產(chǎn)指日可待。目前全球碳化硅襯底有效年產(chǎn)能不足，面對緊張的供需關系，海外龍頭企業(yè)加速擴產(chǎn)積極布局8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)。olfpeed于2022年4月啟用全球首家8英寸碳化硅晶圓廠，為目前唯一一家實現(xiàn)8英寸碳化硅量產(chǎn)的廠商，并將于2023年上半年在德國再建8英寸碳化硅工廠其他國際廠商如羅姆英飛凌oitec意法半導體等均計劃于2023年量產(chǎn)8英寸碳化硅襯底產(chǎn)品；而國內(nèi)廠商除了爍科晶體已實現(xiàn)8英寸碳化硅襯底小批量量產(chǎn)，天科合達、晶盛機電宣布于2023年小批量量產(chǎn)8英寸碳化硅襯底外，其余廠商還處于加速建設6英寸碳化硅襯底產(chǎn)線以突破產(chǎn)能的階段。因此在行業(yè)形成穩(wěn)定、規(guī)?；鲐浨疤蓟枰r底將持續(xù)呈現(xiàn)供不應求的格局。圖30：碳化硅器件發(fā)展歷程資料來源：表3：國內(nèi)廠商碳化硅襯底產(chǎn)能公司 主營業(yè)務 現(xiàn)有產(chǎn)能 產(chǎn)能規(guī)劃公司 主營業(yè)務 現(xiàn)有產(chǎn)能 產(chǎn)能規(guī)劃天岳先進 襯底 6.7萬片/年，6英寸半絕緣型為天科合達 襯底、外延 12-15萬/年，6英寸占比2/3襯底、外延、

預計206年實現(xiàn)年產(chǎn)能超30萬片預計205年實現(xiàn)年產(chǎn)能50萬片建設全產(chǎn)業(yè)鏈配套，三安光電

芯片、封裝 月產(chǎn)能600片月產(chǎn)能800片

預計205年達產(chǎn)，規(guī)劃配套年產(chǎn)能36萬片爍科晶體 襯

英寸為主，6英寸小批量供應8英寸小批量生產(chǎn)

預計205年實現(xiàn)年產(chǎn)能30萬片露笑科技 襯底、外延 月產(chǎn)能5006英寸襯底

2023年月產(chǎn)達1萬片，年產(chǎn)能20萬片東尼電子 襯

2022年產(chǎn)670片 2023年產(chǎn)12萬片，預計2024年付30萬片205年交付50萬片各公司公告，環(huán)評報告，整理需求端：下游需求不斷擴大，百億市場空間可期未來隨著碳化硅器件在新能源汽車、能源、工業(yè)、通訊等領域滲透率提升，碳化硅件市場規(guī)模有望持續(xù)擴大，其中新能源車和光伏下游為主要驅動因素。對碳化硅器件在電動汽車領域的市場空間進行測算，假設如下：全球新能源乘用車銷量：根據(jù)leanechnica數(shù)據(jù)，2021年全球乘用車銷量超6500萬輛，其中新能源乘用車銷量為650萬輛，滲透率為10.3%；202年全球新能源乘用車銷量為1031輛，滲透率為14，假設2022205全球新能源乘車銷量持續(xù)增長，至2025年新能源車滲透率達24；碳化硅OS器件滲透率：假設碳化硅OS器件在新能源車應用滲透率從2021年18逐年增長6至2024年的42；6英寸碳化硅襯底市場空間：特斯拉odel3在主驅逆變器上共使用48顆OET，單車消耗約0.25片6英寸碳化硅襯底，隨著技術進步帶來碳化硅器件使用范圍進一步擴大至包括C，C/DC轉化器等方面，假設單車將消耗0.56英寸碳化硅襯底，而其售價按照10的幅度逐年下降；碳化硅器件市場空間：當前碳化硅襯底占器件總成本的46，假設價格逐年降，至2025年碳化硅襯底占總器件成本的30；綜上：025年碳化硅襯底按6英寸算)在新能源車市場的需求量達39萬片，市場空間為129億元，碳化硅器件的市場空間達49億元，201-025碳化硅器件的GR達85%表4：碳化硅在新能源車下游應用領域的市場空間202120222023E2024E2025E全球乘用車銷量(萬輛)65007364800082008405新能源車滲透率10%14%17%21%24%全球新能源乘用車銷量(萬輛)6501031136017222017碳化硅S滲透率18%24%30%36%42%單車消耗6英寸碳化硅襯底數(shù)0.250.250.250.40.46英寸碳化硅襯底需求(萬片)29.361.9102250338.96英寸碳化硅襯底售價(元/片)580052004700420038006英寸碳化硅襯底市場空間(億元)1732.247.9104.1128.8碳化硅襯底占比器件成本46%43%40%35%30%碳化硅器件市場空間(億元)36.974.819.9297.6429.32021-05碳化硅器件R85%lenenca測算對碳化硅器件在光伏逆變器領域的市場空間進行測算，假設如下：光伏逆變器總需求：光伏逆變器新增需求和全球光伏新增裝機量同步，而光伏逆器IT器件的使用壽命約10年，故存量更換需求與10年前新增裝機量對應；光伏逆變器IT器件市場空間：假設光伏逆變器平均售價、毛利率逐年下降，IT器件價格占逆變器價格的12%；光伏逆變器碳化硅OS器件市場空間：由SA，假設碳化硅滲透率增至2025的50，而技術進步和規(guī)模效應使碳化硅器件成本從現(xiàn)硅基IT價格的4倍逐年下降；4）6英寸碳化硅襯底需求：假設碳化硅襯底成本占器件總成本的比例從當前46逐下降至2025年的30，而6英寸碳化硅襯底單價從按10的比例逐年下降，從而得到襯底需求量；5）綜上：預計221205年，碳化硅器件在光伏應用領域市場空間由3億元增長至92億元，GR為2%，到205年碳化硅襯底（按6英寸算）需求量超過72萬片。表5：碳化硅在光伏下游應用領域的市場空間預測202120222023E2024E2025E全球新增裝機量(W)170225270300330光伏逆變器存量更換需求（W）3230363848光伏逆變器總需求(W)202255306338378光伏逆變器平均售價(元/W)0.350.330.310.290.27光伏逆變器毛利率33%31%29%27%25%IGT器件價值量占比12%12%12%12%12%光伏逆變器IGT器件市場空間(億元)5770818692碳化硅器件滲透率10%20%30%40%50%碳化硅/IBT器件成本比43.532.52光伏逆變器碳化硅器件市場空間(億元)2349738692碳化硅襯底占比器件成本46%43%40%35%30%碳化硅襯底市場空間(億元)1021303332碳化硅襯底價格(元)58005220469842283805碳化硅襯底需求(萬片)18406271722021-05碳化硅器件R42%中光伏業(yè)協(xié)p界能統(tǒng)計鑒，智咨詢界面新，宏科技份有公招股書，測算根據(jù)ole數(shù)據(jù)2021年新能源車和光伏應用領域占全球碳化硅市場的77預計2027年這一比例將達到86按照市場占比以1.9%的年均復合增長率提升2025年新能源車和光伏應用領域占全球碳化硅器件市場的83以兩者碳化硅市場空間反推可得2025年全碳化硅器件市場空間達6278億元，碳化硅襯底市場空間達18.4億元，6英寸碳化硅襯底需求量為495萬片。圖31：201225碳化硅襯底市場空(億元) 圖32：201225碳化硅器件市場空(億元)Yole，測算 Yole，測算歐美日廠商占據(jù)龍頭，國產(chǎn)技術革新任重道遠全球碳化硅襯底市場中olfpeed以45的市場份額位居第一國內(nèi)企業(yè)僅有天科合達和天岳先進分別占據(jù)5%和3的市場份額在導電型碳化硅襯底市場中olfpeed占超60%的市場份額在碳化硅單晶市場價格和質量標準上有極大的話語權在半絕緣型碳化硅襯底市場中，olfpeed、II-VI和天岳先進各占據(jù)約30%的市場份額。全球碳化硅器件市場中，ST意法半導體占據(jù)的市場份額達到40，位居第一，英飛占據(jù)22的市場份額排名第二。圖33：全球碳化硅市場競爭格局公資料整理olfspdolfpeed的前身為ree公司，2019年3月，ree公司將照明產(chǎn)品業(yè)務部出售，完全轉型為一家專注于寬禁帶半導體產(chǎn)品的公司于2021年更改為olfpeed擁有從襯底到器件的全產(chǎn)業(yè)鏈布局是全球碳化硅行業(yè)的龍頭在導電型碳化硅襯底市場中市占率達61，位列全球之首而在半絕緣型襯底市場中位列第二市占率達33olfpeed于2015年發(fā)布8英寸碳化硅襯底，2019年完成首批8英寸碳化硅襯底樣品的制樣，2023年計劃擴產(chǎn)至月產(chǎn)能10萬片。olfpeed目前與梅賽德斯-奔馳達成協(xié)議，為其供應碳化硅器件，賦能其未來電動汽車平臺。圖34：olfspd碳硅MFT裸芯片Wolfspeed，英飛凌公司于1999年從西門子集團拆分，是全球少數(shù)采用IM模式的半導體垂直整合制商在IC設計晶圓制造封裝測試以及面向終端市場領域均有布局2017年英飛凌成為全球首家提供溝槽技術的碳化硅OET產(chǎn)品廠商，2018年收購tectra的冷切割技術，大幅提升生產(chǎn)效率，2020年發(fā)布覆蓋650-1700V的碳化硅OST產(chǎn)品，未來將擴展至3000V。圖35：英飛凌48V車規(guī)級率SiCFET資料來源：英飛凌官網(wǎng)，意法半導體公司在功率半導體領域的主要產(chǎn)品涵蓋C和高低壓硅二極管、GaN功率器件、射頻晶體管、IGT、OET等。其中，OST覆蓋35-100V、可滿足200°C業(yè)內(nèi)最高水平，IT覆蓋350-1300。2018年特斯拉率先在odel3電驅主逆變器上使用意法半導體供應的650VCOET器件2021年公司發(fā)布第三代COST晶體管推進在電動汽車動力系統(tǒng)功率設備的前沿應用，并計劃與2024年將C晶圓產(chǎn)能提高到2017年的10倍。圖36：意法半導體SiCMFET系產(chǎn)品資料來源：意法半導體官網(wǎng)，羅姆羅姆成立于1958年，是全球知名的半導體廠商，在全球碳化硅器件市場中位列前三200年全球首家量產(chǎn)碳化硅D和OET，2021年發(fā)布第4代的溝槽SiCMT