碳化硅行業(yè)深度報(bào)告：乘新能源之風(fēng)行業(yè)需求有望高增

碳化硅行業(yè)深度報(bào)告：乘新能源之風(fēng)，行業(yè)需求有望高增產(chǎn)業(yè)鏈概況：高壓性能擊中新能源痛點(diǎn)SiC產(chǎn)業(yè)鏈概況定義：碳化硅（SiC）是由碳元素和硅元素組成的一種化合物半導(dǎo)體材料，是第三代半導(dǎo)體材料，因具備寬禁帶特性，也被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。優(yōu)勢(shì)：SiC材料具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等特性,以SiC材料制成的半導(dǎo)體器件相比硅基器件具有耐高壓、耐高溫、功耗低、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)。SiC產(chǎn)業(yè)鏈主要包括襯底、外延、器件制造及下游應(yīng)用四大環(huán)節(jié)。襯底：襯底即通過(guò)沿特定的結(jié)晶方向?qū)⒕w切割、研磨、拋光，得到具有特定晶面和適當(dāng)電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械特性，用于生長(zhǎng)外延層的潔凈單晶圓薄片，可分為半絕緣型及導(dǎo)電型。外延：外延即在晶片的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)外延工藝生長(zhǎng)出的特定單晶薄膜，襯底晶片和外延薄膜合稱外延片。若外延薄膜和襯底的材料相同，稱為同質(zhì)外延片，若不相同，稱為異質(zhì)外延片。器件：SiC器件主要分為功率器件和微波射頻器件，分別由同質(zhì)外延片和異質(zhì)外延片加工而成，其中功率器件主要包含SiC二極管、SiC晶體管（

SiC-MOSFET/SiC-BJT/SiC-IGBT等），主要用于高溫、高壓場(chǎng)景，下游應(yīng)用涵蓋新能源汽車、光伏發(fā)電等領(lǐng)域。微波射頻器件主要包含HEMT等，主要用于高頻、高溫場(chǎng)景，下游應(yīng)用涵蓋5G通訊、衛(wèi)星、雷達(dá)等領(lǐng)域。需求端：電動(dòng)車技術(shù)升級(jí)拉動(dòng)市場(chǎng)擴(kuò)容，低耗優(yōu)勢(shì)契合能源發(fā)展潮流SiC市場(chǎng)空間：電動(dòng)汽車成需求擴(kuò)容最大推力，節(jié)能減排順應(yīng)發(fā)展潮流目前SiC的主要應(yīng)用于汽車、能源、工業(yè)、交通運(yùn)輸、通信等領(lǐng)域，主要產(chǎn)品形式有電動(dòng)車逆變器、車載充電器、DC/DC變換器；充電裝置；光電能量轉(zhuǎn)換器和鐵路。這些應(yīng)用的首代技術(shù)在2017-2018年已實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，并已進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段，最快將在2023年實(shí)現(xiàn)商業(yè)價(jià)值，預(yù)計(jì)2024-2026年這些應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模出貨。SiC市場(chǎng)空間有望快速擴(kuò)張。根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2021年到2027年，SiC器件市場(chǎng)規(guī)模將由10.9億美元增長(zhǎng)至63.0億美元，CAGR將超過(guò)34%。據(jù)三安光電預(yù)測(cè)，2025年碳化硅在高壓平臺(tái)需求量將達(dá)到219萬(wàn)片，中高壓平臺(tái)需求將達(dá)到437萬(wàn)片。而2025年碳化硅襯底/芯片的產(chǎn)能預(yù)計(jì)為242-282萬(wàn)片，預(yù)計(jì)存在約400萬(wàn)片的產(chǎn)能缺口。車載領(lǐng)域，SiC功率器件主要應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)（OBC）、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載DC/DC轉(zhuǎn)換器）、非車載充電樁等核心電控領(lǐng)域，提供更高效的電能轉(zhuǎn)換。在整車性能方面，搭載SiC的車輛損耗將會(huì)降低80%，充電速度可提高2倍，功率密度提升80%，體積減小50%。800V平臺(tái)的應(yīng)用能夠大幅提高電動(dòng)汽車的充電效率，進(jìn)一步滿足遠(yuǎn)距離行駛的需求。相較于600V平臺(tái)，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；而在同等電流的情況下，800V平臺(tái)可大幅提升總功率，顯著提高充電速度，已成為快速直流電充電的新解決方案。據(jù)ST測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，在800V電壓平臺(tái)下，SiC器件損耗顯著低于IGBT，在25%的負(fù)載下?lián)p耗低于IGBT80%。未來(lái)隨著電壓平臺(tái)的升級(jí)，車載充電系統(tǒng)、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和非車載充電等均需要迭代升級(jí)，SiC器件將發(fā)揮重要作用。SiC市場(chǎng)空間：提升電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)短板，高壓技術(shù)平臺(tái)快速拉動(dòng)需求2022年1月-8月，中國(guó)新能源汽車銷量達(dá)到386萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)114.8%。隨著未來(lái)更多國(guó)家新能源汽車推廣政策的實(shí)施，新能源汽車的產(chǎn)銷量將會(huì)持續(xù)快速增長(zhǎng)，拉動(dòng)SiC器件需求爆發(fā)。多個(gè)整車廠例如特斯拉，比亞迪，蔚來(lái)等車企搭載SiC模塊，車企已開(kāi)啟800V電壓平臺(tái)時(shí)代。SiC市場(chǎng)空間：契合新能源發(fā)展趨勢(shì)，能源領(lǐng)域需求多點(diǎn)開(kāi)花光伏領(lǐng)域，目前光伏產(chǎn)業(yè)正在邁入“大組件、大逆變器、大跨度支架、大組串”的時(shí)代。通過(guò)元器件升級(jí)，提高功率密度可以極大地幫助光伏逆變器提效將本。與Si器件相比，SiC器件的高擊穿電壓、低導(dǎo)通電阻、柵極電荷、反向恢復(fù)電荷等特性，使其可以在更高的電壓、頻率以及電流下切換，同時(shí)進(jìn)行有效散熱。光伏電壓等級(jí)從1000伏提升至1500伏，要求必須使用第三代半導(dǎo)體材料SiC功率器件。隨著光伏電壓等級(jí)的不斷提高，未來(lái)光伏功率器件將會(huì)以SiC為主。2020年SiC功率器件在光伏逆變器的滲透率為10%，隨著光伏電壓等級(jí)的提升，SiC功率器件的滲透率將不斷提高，預(yù)計(jì)2050年達(dá)到85%的滲透率。在全球光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的推動(dòng)下，全球光伏逆變器市場(chǎng)保持良好發(fā)展態(tài)勢(shì)，全球光伏逆變器出貨量由2017年的98.5GW上漲至2021年的201GW，CAGR高達(dá)17.90%。預(yù)計(jì)2022年增長(zhǎng)至221GW。20世紀(jì)90年代起，中國(guó)崛起了如陽(yáng)光能源、SMA等跨國(guó)光伏逆變器企業(yè)，占據(jù)了全球市場(chǎng)的主要份額。目前華為占據(jù)了全球光伏逆變器市場(chǎng)的23%。本土光伏逆變器企業(yè)的崛起，為SiC的應(yīng)用創(chuàng)造了優(yōu)良的下游市場(chǎng)環(huán)境。SiC市場(chǎng)空間：低損耗降低系統(tǒng)能耗成本，商用市場(chǎng)更添助力服務(wù)器電源為服務(wù)器提供電能，保證服務(wù)器的正常運(yùn)行。在服務(wù)器電源中應(yīng)用碳化硅器件，可以提升服務(wù)器電源的功率密度和效率，整體縮小數(shù)據(jù)中心的體積，降低建設(shè)成本，提高環(huán)保效率。GaN-on-SiC是通過(guò)在半絕緣型SiC襯底上生長(zhǎng)GaN薄膜制成的微波射頻器件，在高溫、高頻、大功率射頻組件應(yīng)用中具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。據(jù)工信部資料顯示，中國(guó)5G基站數(shù)量從2019年的13萬(wàn)個(gè)增長(zhǎng)至2022年的185.4萬(wàn)個(gè)，增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛。以每萬(wàn)人擁有26個(gè)5G基站，全國(guó)14億人進(jìn)行估算，預(yù)計(jì)2025年將建成364萬(wàn)個(gè)。GaN-on-SiC作為5G基站的重要核心材料，未來(lái)必會(huì)隨著5G基站大規(guī)模建設(shè)，產(chǎn)生更大的市場(chǎng)空間。軌道交通車輛中需要大量應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，SiC器件可用于牽引變流器、輔助變流器、主輔一體變流器、電力電子變壓器、電源充電機(jī)等。據(jù)CASA預(yù)測(cè)，未來(lái)碳化硅器件將會(huì)逐漸取代硅基器件，2050年以碳化硅為原料的器件占比將達(dá)到90%。供給端：襯底成制造工藝關(guān)鍵點(diǎn)，IDM更具發(fā)展?jié)摿iC競(jìng)爭(zhēng)格局：巨頭緊密強(qiáng)化布局，技術(shù)路徑漸成行業(yè)共識(shí)SiC上游產(chǎn)業(yè)鏈包括原材料、襯底材料及外延材料，中游包括芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、芯片制造、器件及模塊，下游應(yīng)用領(lǐng)域包括太陽(yáng)能光伏、半導(dǎo)體行業(yè)、汽車行業(yè)、軌道交通行業(yè)、5G基站、建材行業(yè)和鋼鐵行業(yè)。SiC的生產(chǎn)有著一百多年的歷史，早期應(yīng)用于LED（發(fā)光二極管）和避雷器。1989年，B.JayantBaliga（NCSU）首次描述了SiC用于電力電子設(shè)備的好處。SemiSouthLaboratories在2008年推出了第一款商用JEFT（結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管），Cree則于2011年推出了第一個(gè)SiC功率MOSFET。以SiC為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件已實(shí)現(xiàn)商品化，目前SiC器件在600V-1700V中低壓領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，國(guó)際巨頭Wolfspeed、羅姆、英飛凌等已批量供應(yīng)額定電流40A的SiCSBD（肖特基二極管）及MOSFET（場(chǎng)效應(yīng)晶體管）產(chǎn)品。SiC的應(yīng)用使得器件性能突破Si材料的理論極限，展現(xiàn)出巨大的潛力。SiC競(jìng)爭(zhēng)格局：襯底成制造工藝關(guān)鍵點(diǎn)，產(chǎn)能擴(kuò)充釋放行業(yè)發(fā)展約束碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中，襯底材料是產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)，產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值占比達(dá)46%，處于核心地位。從SiC晶圓成本來(lái)看，襯底成本占比44%，良率損失占比32%，提高良率是SiC降本的核心。據(jù)Wolfspeed預(yù)測(cè)，2022年SiC材料的市場(chǎng)規(guī)模為7億美元，器件市場(chǎng)規(guī)模為43億美元。2026年SiC材料的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到17億美元，器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到89億美元。2022至2026年，材料市場(chǎng)規(guī)模年均復(fù)合增長(zhǎng)率為24.84%，超過(guò)器件市場(chǎng)規(guī)模的年均復(fù)合增長(zhǎng)率。由此可見(jiàn)，SiC襯底產(chǎn)能的擴(kuò)大對(duì)行業(yè)的發(fā)展有極大的推動(dòng)作用。SiC襯底供給格局：市場(chǎng)份額呈現(xiàn)集中狀態(tài)，巨頭營(yíng)收快速增長(zhǎng)從全球SiC襯底整體市場(chǎng)份額來(lái)看，Wolfspeed占據(jù)了45%的市場(chǎng)份額，Rohm排名第二，占據(jù)20%的市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi)僅有天科合達(dá)和山東天岳，分別占據(jù)5%和3%的市場(chǎng)份額。從導(dǎo)電型SiC襯底的市場(chǎng)份額來(lái)看，Wolfspeed占據(jù)超60%的市場(chǎng)份額，在SiC單晶市場(chǎng)價(jià)格和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上有極大的話語(yǔ)權(quán)。從半絕緣型SiC襯底的市場(chǎng)份額來(lái)看，Wolfspeed、II-VI和山東天岳三家公司平分秋色，占據(jù)約30%的市場(chǎng)份額。2021年，Wolfspeed的SiC材料收入為2.81億美元，預(yù)計(jì)2026年將達(dá)到10.28億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為21%，市場(chǎng)占有率保持在40%以上。據(jù)Wolfspeed預(yù)測(cè)，2022年的毛利率約為30%-40%，至2026年毛利率將提高至50%-54%，盈利空間不斷擴(kuò)大，利潤(rùn)收入可觀。2021年Wolfspeed導(dǎo)電型襯底產(chǎn)能為18萬(wàn)片/年，據(jù)Yole、HTI預(yù)測(cè)，2026年Wolfspeed導(dǎo)電型襯底產(chǎn)能將達(dá)到100萬(wàn)片/年。SiC器件供給格局：IDM模式仍占據(jù)主動(dòng)，資本開(kāi)支進(jìn)入高峰期從全球SiC器件市場(chǎng)份額來(lái)看，ST意法半導(dǎo)體占據(jù)的市場(chǎng)份額達(dá)到40%，排名第一，英飛凌其次，占據(jù)22%的市場(chǎng)份額。2021年，英飛凌SiC營(yíng)業(yè)收入增長(zhǎng)100%，超13億元，預(yù)計(jì)2022年SiC營(yíng)收增長(zhǎng)90%，超24億元。英飛凌2025年的SiC營(yíng)收目標(biāo)為64億元，預(yù)計(jì)占據(jù)30%的市場(chǎng)份額。英飛凌計(jì)劃投資額為24億歐元，將在奧地利和馬來(lái)西亞增加兩條SiC產(chǎn)線，擴(kuò)大碳化硅的制造能力；ST意法計(jì)劃在2022年前將SiC器件產(chǎn)能擴(kuò)大2.5倍，2023年實(shí)現(xiàn)8英寸SiC晶圓商業(yè)化生產(chǎn)；安森美花費(fèi)15億美元收購(gòu)GTAT，總投資約40億元，計(jì)劃將SiC晶圓產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)4倍；羅姆投資1700億日元，計(jì)劃2025年前碳化硅功率半導(dǎo)體營(yíng)收超1000億日元/年，產(chǎn)能增加至2021年時(shí)的6倍。SiC供給格局：國(guó)產(chǎn)化率亟待提升，本土企業(yè)布局加速國(guó)際龍頭企業(yè)，如Wolfspeed、II-VI、SiCrystal，起步早，有著生產(chǎn)技術(shù)成熟、規(guī)模化生產(chǎn)等天然優(yōu)勢(shì)，占據(jù)大部分SiC市場(chǎng)份額。目前國(guó)內(nèi)廠商仍處于發(fā)展初期，與國(guó)際巨頭存在一定的差距。襯底方面，國(guó)內(nèi)廠商正加速布局，部分廠商已實(shí)現(xiàn)6英寸襯底量產(chǎn)銷售，有望未來(lái)2-3年內(nèi)具備大規(guī)模量產(chǎn)能力，與國(guó)際巨頭間的差距正在不斷縮小。器件方面，國(guó)內(nèi)廠商正建設(shè)并逐步投入使用SiC功率器件生產(chǎn)線，部分企業(yè)投產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)超10萬(wàn)片/年的產(chǎn)能，未來(lái)產(chǎn)能空間廣闊。公司分析斯達(dá)半導(dǎo)公司簡(jiǎn)介：嘉興斯達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司主營(yíng)業(yè)務(wù)為以IGBT為主的功率半導(dǎo)體芯片和模塊的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn),并以IGBT模塊形式對(duì)外實(shí)現(xiàn)銷售。主要產(chǎn)品有600VIGBT模塊系列,1200VIGBT模塊系列,1700VIGBT模塊系列,MOSFET模塊系列,600VIPM模塊系列等；產(chǎn)品可用于功率范圍從0.5kW至1MW以上的不同領(lǐng)域,包括:變頻器、電焊機(jī)、感應(yīng)加熱、激光、太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電裝置、高壓直流輸變電裝置、家用電器、機(jī)車牽引、UPS、醫(yī)療設(shè)備等等。根據(jù)全球著名市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IHS在2019年發(fā)布的最新報(bào)告,2018年度公司在全球IGBT模塊市場(chǎng)排名第八,市場(chǎng)占有率2.2%,是唯一進(jìn)入前十的中國(guó)企業(yè)。時(shí)代電氣公司簡(jiǎn)介：株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司主要從事軌道交通裝備產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、銷售并提供相關(guān)服務(wù)，具有“器件+系統(tǒng)+整機(jī)”的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品主要包括以軌道交通牽引變流系統(tǒng)為主的軌道交通電氣裝備、軌道工程機(jī)械、通信信號(hào)系統(tǒng)等。公司牽引變流系統(tǒng)產(chǎn)品型譜完整，市場(chǎng)占有率居優(yōu)勢(shì)地位，根據(jù)城軌牽引變流系統(tǒng)市場(chǎng)招投標(biāo)等公開(kāi)信息統(tǒng)計(jì)，公司2012年至2019年連續(xù)八年在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率穩(wěn)居第一。天岳先進(jìn)公司簡(jiǎn)介：山東天岳先進(jìn)科技股份有限公司是一家國(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)和銷售，產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于微波電子、電力電子等領(lǐng)域。公司主要產(chǎn)品包括半絕緣型和導(dǎo)電型碳化硅襯底。公司自主研發(fā)的半絕緣型碳化硅襯底產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)核心戰(zhàn)略材料的自主可控。同時(shí)，公司的6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底正在全球知名的電力電子領(lǐng)域客戶中進(jìn)行驗(yàn)證，并開(kāi)始批量供貨。三安光電公司簡(jiǎn)介：三安光電股份有限公司主要從事化合物半導(dǎo)體材料的研發(fā)與應(yīng)用,以砷化鎵、氮化鎵、碳化硅、磷化銦、氮化鋁、藍(lán)寶石等半導(dǎo)體新材料所涉及的外延片、芯片為核心主業(yè)。公司作為國(guó)家人事部認(rèn)定的博士后工作站及國(guó)家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心，公司