碳化硅市场研究报告

碳化硅(SiC)是近五年以来备受关注的第三代半导体，SiC功率器件的研发从1970年代就开始了，到了1980年代，SiC晶体质量和制造工艺获得了大幅改进，90年代末，除了美国之外，欧洲和日本也开始投入资源进行研发。此后，行业开始加速发展。到2001年英飞凌推出了第一款SiC器件------300V~600V(16A)的SiC肖特基二极管，接着科锐（Cree）在2002年推出了600V~1200V（20A）的SiC肖特基二极管，主要用在开关电源控制和和电机控制中，随后ST、罗姆、飞兆和东芝等都纷纷推出了相应的产品。而SiC晶体管和SiC MOSFET则分别在2006年和2011年才面世。图1：SiC功率器件发展历程。（资料来源：Yole，电子发烧友）最近几年，由于MOSFET技术开始被市场所接受，包括心理门槛和技术门槛，SiC市场开始了较快地增长。根据2019年Yole发布的SiC市场报告，2018年SiC的市场规模约为4.2亿美元，该机构预计SiC市场的年复合增长率为29%，也就是说到2024年，SiC的市场规模将达19.3亿美元。SiC玩家有哪些？与集成电路的制造类似，SiC器件的生产也有IDM和Fabless模式两种。目前主要以IDM模式为主。SiC产业链包括上游的衬底和外延环节、中游的器件和模块环节，以及下游的应用环节。因此，SiC产业链内的玩家其实有不少，其中份额最大的当属美国的Cree，根据Yole最新的报告，它占了整个SiC功率器件市场的62%，它具有多年的SiC衬底生产经验，它旗下的Wolfspeed也是一家射频和功率器件公司拥有垂直一体化的生产能力。图2：SiC电力电子器件产业链企业。（来源：长江证券）在衬底方面，国内的天科合达历史最为悠久，其产品已经在市场上卖了十几年了；第二家是山东天岳，其技术源于山东大学。此外，河北同光、世纪金光、中科节能和Norstel也有相关技术。在器件和模块方面，目前技术最强的还是罗姆、英飞凌和Wolfspeed等国外厂商。国内的厂商技术与他们相比差距还比较大，国内主要还是做SiC肖特基二极管为主。不过好消息是，差距在缩小，也内人士认为，差距的原因主要是国内起步比较晚，研发也就做了十年左右，而国外企业的研发至少已经做了25年了。SiC技术，尤其是SiC二极管技术，不是特别复杂，只要企业愿意去做，沉下心去做，几年后基本就可以做稳定了，但SiC MOSFET的技术要更难，要追上来需要更长的时间。像现在的泰科天润的SiC二极管产品已经在国内卖了很多年了，也获得了行业的诸多认可。在代工厂方面，目前SiC产业内还没有真正的代工厂，据说也没有有产线的企业愿意给别人代工。所以国内的SiC Fabless企业一般都是要去找台湾的代工厂商，比如汉磊科技。国内的基本半导体就是一家Fabless的SiC企业。这几年，国内有不少企业新进入了SiC领域，其实要想在SiC领域活下来，也不容易。首先要有足够的资金投入，因为它是一个高投入的行业，据业内人士透露，不说其他投资，就一个SiC制造厂的水电费，一个月也得200多万，因此，没有足够的资金支持是很难坚持下去的；其次是上下游的支持情况，上游能否拿到好材料，器件在下游能否卖出去，开始可能需要自己投资，对市场有一定的掌控力。三是技术团队很重要。当然，国内的SiC企业有一个最大的问题，那就是上游材料不能把控，存在进不到货的问题。现在高端的衬底和外延片基本都是需要进口的。但如果上游国内自主衬底和单晶厂商能取得突破，相信过几年情况就能好转了。SiC带来的工程挑战我们都知道SiC的好处是具有更低的阻抗、更高的运行频率和更高的工作温度。比如SiC的开关频率一般为10KHz~10MHz，且还在发展中；其理论耐温超过了400℃，即使受目前封装材料所限，也能很容易做到225℃。当然，更高的耐高温有好处，比如无需水冷，可以把设备的尺寸做得更少。但它的这些特性其实也会带来一些其他的工程挑战。比如当SiC器件工作在225℃时，其他周边器件该如何处置，要都用能耐这么高温的器件，那成本又是一个大问题。来自CISSOID的首席应用工程师Abel Cao曾总结了SiC功率器件的应用给工程设计带来的挑战。在他看来主要有五大挑战。一是结构设计和导热设计。传统工艺主要采用DCB导热衬底、Die组合、引线键合、模塑填料或者灌封的方式进行结构设计，这些多数为单面散热，双面的效能有限；Die的空间位置，决定了散热差异和寄生电容差异。这些都不适合SiC器件的结构和散热设计了，SiC的高温，需要新封装材料和工艺。二是杂散电感和分布电容。按照目前的拓扑结构，分支太多，寄生电感太大，各个支路寄生电感不一致，热不平衡。三是全程模拟和仿真。四是可靠性设计和寿命规划。这包括在目标环境温度下，要求的寿命期限；高温寿命模型；以及如何验证的问题，因为目前民用好像还没有175℃的试验标准。五是系统设计的演进能力。这包括新品的持续演进和产品概念的持续演进。结语SiC功率器件随着技术的进步和市场接受度的提高，开始进入了快速成长期，这期间肯定会有不少新的进入者参与到这个市场当中，也会出现一些新的应用，希望这些新的进入者能够耐得住寂寞，能够给整个产业链赋能，共同将这个产业做大，做好。来源：电子发烧友 作者，程文智

中商情报网讯：碳化硅衬底作为第三代半导体产业的基础材料，具有较高的应用前景和产业价值，在我国半导体产业发展中具有重要的战略地位。长期以来，碳化硅衬底的核心技术和市场基本被欧美发达国家垄断，并且产品尺寸越大、技术参数水平越高，其技术优势越明显。第三代半导体材料中，受技术与工艺水平限制，氮化镓材料作为衬底实现规模化应用仍面临挑战，其应用主要是以蓝宝石、硅晶片或碳化硅晶片为衬底，通过外延生长氮化镓以制造氮化镓器件。相比而言，近年来碳化硅晶片作为衬底材料的应用逐步成熟并进入产业化阶段，以碳化硅晶片为衬底的下游产业链图示如下：资料来源：中商产业研究院整理碳化硅晶片制造工艺难度大，研发时间长，存在较高的技术门槛和人才门槛。自1955年菲力浦实验室的Lely首次在实验室成功制备碳化硅单晶以来，在随后的60余年中，美国、欧洲、日本等发达国家与地区的科研院所与企业不断创新和改良碳化硅单晶的制备技术与设备，在碳化硅单晶晶体及晶片技术与产业化领域形成了较大优势。目前，碳化硅晶片产业格局呈现美国全球独大的特点。以导电型产品为例，2018年美国占有全球碳化硅晶片产量的70%以上，仅CREE公司就占据一半以上市场份额，剩余份额大部分被日本和欧洲的其他碳化硅企业占据。其中，天科合达以1.7%的市场占有率排名全球第六、国内第一，随着技术水平的不断提高及产能的释放，天科合达的市场占有率预计将进一步提升。数据来源：中商产业研究院整理我国的碳化硅晶体研究从20世纪90年代末才起步，并在发展初期受到技术瓶颈和产能规模限制而未能实现产业化，与国际先进水平相比存在较大差距。进入21世纪以来，在国家产业政策的支持和引导下，我国碳化硅晶片产业发展大幅提速。先后涌现出发行人、山东天岳等具有自主知识产权的碳化硅晶片优秀制造企业。国内企业以技术驱动发展，深耕碳化硅晶片与晶体制造，逐步掌握了2英寸至6英寸碳化硅晶体和晶片的制造技术，打破了国内碳化硅晶片制造的技术空白并逐渐缩小与发达国家的技术差距。未来伴随我国新能源汽车、5G通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等行业的快速发展，我国碳化硅材料产业规模和产业技术将得到进一步提升。更多资料请参考中商产业研究院发布的《中国第三代半导体材料产业市场前景及投资机会研究报告》，同时中商产业研究院还提供产业大数据、产业情报、产业研究报告、产业规划、园区规划、十四五规划、产业招商引资等服务。

（报告出品方/作者：长江证券，杨洋、莫文宇、钟智铧）报告综述：新能源与 5G 建设的基石：碳化硅衬底碳化硅衬底是第三代半导体材料中氮化镓、碳化硅应用的基石。受技术与工艺水平限制， 氮化镓材料作为衬底实现规模化应用仍面临挑战，其应用主要是以蓝宝石、硅晶片或半 绝缘碳化硅晶片为衬底，通过外延生长氮化镓以制造氮化镓器件，主要应用于宏基站通 信射频领域；而碳化硅材料则主要以在导电型碳化硅衬底上外延生长碳化硅外延层，应 用在各类功率器件上，近年来随着技术工艺的成熟、制备成本的下降，在新能源领域的 应用持续渗透。碳化硅材料将是未来新能源、5G 通信领域中碳化硅、氮化镓器件的重 要基础。SiC 功率器件替代空间广阔，迎新能源车增长趋势确立SiC 材料拥有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子迁移率以及抗辐射等特性，SiC基的SBD 以及 MOSFET 更适合在高频、高温、高压、高功率以及耐辐射的环境中工 作。在功率等级相同的条件下，采用 SiC 器件可将电驱、电控等体积缩小化，满足功率 密度更高、设计更紧凑的需求，同时也能使电动车续航里程更长。一方面是 SiC 功率器 件在技术方面的逐渐成熟，一方面是智能化、电气化趋势持续演进，下游传统汽车升级 带来庞大的功率半导体需求，SiC 功率器件替代空间广阔。SiC 应用的关卡：SiC 衬底的供应庞大的市场需求下是尚未真正爆发的 SiC 应用，核心原因是价格高昂，相比 Si 器件， SiC 价格往往高出数倍。SiC 功率器件的成本是影响其市场推广的重要因素，而 SiC 衬底是致其成本较高的重要原因。SiC 器件的制造成本中，SiC 衬底成本约占总成本的 47%，SiC 外延的成本占比 23%，这两大工序是 SiC 器件的重要组成部分。而 SiC 衬 底制备受限于 SiC 晶体生长速度慢、过程难以调控、生长多型多、切割难度大等多种问 题，全球产能一直处于较低水平。未来，随着核心供应商如 Cree、II-VI 大规模扩产， 我国三安光电（北电新材）、天科合达等企业产能逐步释放，SiC 应用有望加速渗透。碳化硅（SiC）衬底是第三代半导体材料中氮化镓（GaN）、碳化硅应用的基石。受技术 与工艺水平限制，GaN 材料作为衬底实现规模化应用仍面临挑战，其应用主要是以蓝宝 石、硅（Si）晶片或半绝缘 SiC 晶片为衬底，通过外延生长 GaN 外延层以制造 GaN 器 件，主要应用于宏基站通信射频领域；而 SiC 材料则主要以在导电型 SiC 衬底上外延生 长 SiC 外延层，应用在各类功率器件上，近年来随着技术工艺的成熟、制备成本的下降， 在新能源领域的应用持续渗透。由此可以看出，SiC 材料将是未来新能源、5G 通信领 域中 SiC、GaN 器件的重要基础。硅基器件逼近物理极限，化合物半导体前景广阔。目前绝大多数的半导体器件和集成电 路都是由硅制作的，出色的性能和成本优势让硅在集成电路等领域占有绝对的优势，无 论是在电力电子领域还是通信射频等领域，硅基器件在低压、低频、中功率等场景，应 用也非常广泛。但在一些高功率、高压、高频、高温等应用领域如新能源和 5G 通信等， 硅基器件的表现逐渐达不到理想的要求，以三五族为代表的化合物半导体以其性能优势 在通讯射频、光通信、电力电子等领域逐步大规模民用化。区别于第一代单元素半导体，化合物半导体具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性 质，如近年来在通信、新能源领域崭露头角的氮化镓、碳化硅材料，在电子迁移率、禁 带宽度、功耗等指标上表现更优，具有高频、抗辐射、耐高电压等特性。基站侧 GaN 渗透提升，未来增长空间广阔在第三代半导体材料中，GaN 禁带宽度达到 3.5eV，禁带宽度越大，耐高电压和高温性 能越好；同时高电子饱和漂移速度较高，因此 GaN 相比 Si 具有更高的频率特性。GaN 的适用频率、输出功率、功率密度远远大于 LDMOS 和 GaAs，具有作为射频器件的先 天优势。而由于毫米波的功率要求非常高，对于 5G 来说，GaN 将成为最适合 PA 的材料，尤其 在 28GHz 以上的频段。GaN 诞生初期主要用于制作高频大功率微波器件，多用于军用 雷达、智能武器和通信系统等方面，目前已逐渐向 5G 移动通讯基站等民用领域拓展， 在低频段 3-6GHz 和毫米波频段发挥作用，成为基站功放器的重要新材料。GaN 射频器件未来前景广阔，主要受益于 5G 基站建设数量、射频器件用量的提升 近年来 5G 基站快速渗透，射频芯片数量提升。4G 基站设备由 BBU（基带单元）和 RRU （射频拉远单元）组成，RRU 通常会拉远至接近天线的地方，BBU 与 RRU 之间通过 光纤连接，而 RRU 与天线之间通过馈线连接。5G 基站设备将 BBU 分割为 CU（中央 单元）和 DU（分布式单元），并通过光纤与 AAU（有源天线单元）连接。5G 基站天线 采用 MassiveMIMO 技术，天线和 RRU 合设，组成 AAU。MassiveMIMO 天线一般为 64T64R，则单个宏基站天线数量为 192 个，放大器数量为 192 个。5G 基站之于 4G 基 站的主要变化有：天线：1）产品形态变化，基站天线+RRU（4G 时代）--→AAU（5G 时代）； 2）高频特性 3.5GHz/5GHz，覆盖面积小，带动天线数量提升；3）MassiveMIMO 技术变化，基站天线（4T4R）--→AAU（64T64R），单天线价值量提升；滤波器：1）轻量化、小型化、有源化，金属腔体滤波器--→陶瓷介质滤波器； 2）MassiveMIMO 多通道，每个通道需要滤波器，单个基站的滤波器数量增多。5G 基站数量相较 4G 大幅提升。2~4G 均是低频段信号传输，宏基站几乎能覆盖所有的 信号传输，但由于 5G 主要是中高频段，宏基站能覆盖的信号范围相对有限，因此为了 保障信号的覆盖程度，5G 基站的部署密度相较于 4G 基站将会有所增加，同时还通过 小基站模式增强信号覆盖能力。根据工信部数据，截至 2020 年 10 月我国共建成 5G 基站超70 万座，前瞻产业研究院预计 2022 年底我国 5G 基站数可能达到 110 万个，实 现全国所有地级市室外的 5G 连续覆盖、县城及乡镇重点覆盖、重点场景室内覆盖。GaN 因其小体积、大功率的特性，通常应用在雷达上面，目前已逐渐应用在基站 PA 芯 片上。GaN 器件有 Si 基和 SiC 基两种，GaN-on-Si 主要应用于电力电子领域，用作高 功率开关，GaN-on-SiC 主要应用于射频领域，主要得益于 SiC 的高导热率以及低 RFloss，适用于功率较大的宏基站。据 Yole，预计 2025 年 GaN 射频器件在通信基建 上的市场将达 7.31 亿美元，2019~2025 年复合增速达 14.88%，2025 年整体市场规模 达 20 亿美元，2019~2025 年复合增速达 12%。而 GaN 射频器件主要在 SiC 衬底上制作，因此 5G 基站对 SiC 衬底也有较大需 求。以我国 5G 基站市场为例，据拓璞产业研究院，预计 2023 年我国 5G 基站 建设需求 GaN 晶圆约 45.3 万片，对应 4 寸半绝缘 SiC 衬底片需求 45.3 万片， 衬底需求量持续增加。碳化硅功率器件替代空间广阔+新能源车增长趋势确立如前文所述，SiC 绝缘击穿场强是硅的 10 倍（意味着外延层厚底是硅的 1/10），带隙、 导热系数约为硅的 3 倍，同时在器件制作时可以在较宽范围内控制必要的 p 型、n 型， 能够在高温、高压等工作环境下工作，同时能源转换效率更高，所以被认为是一种超越 Si 极限的功率器件材料，在新能源领域中具有相比 Si 器件更好的表现。 我们认为，未来 SiC 材料将在对能源转换效率、高温高压环境下工作可靠性好、体积重 量要求高的电力电子领域大放异彩，主要因为：击穿电场高→耐高压、导通电阻低→小型化、可靠性强。SiC 的绝缘击穿场强是 Si 的 10 倍，因此与 Si 器件相比，能够以具有更高的杂质浓度和更薄的厚度的漂移 层制作 600V～数千 V 的高耐压功率器件。高耐压功率器件的阻抗主要由该漂移层 的阻抗组成，因此采用 SiC 可以得到单位面积导通电阻非常低的高耐压器件。理 论上，相同耐压的器件，SiC 的单位面积的漂移层阻抗可以降低到 Si 的 1/300。高电子饱和漂移速度→高频开关损耗小→提高转换效率。Si 材料中，为了改善伴 随高耐压化而引起的导通电阻增大的问题，主要采用如 IGBT 等少数载流子器件 （双极型器件），但是这类器件却存在开关损耗大的问题，其结果是由此产生的发 热会限制相应功率器件的高频驱动。而 SiC 材料饱和电子漂移速度是 Si 器件的 2.7 倍，能够以高频器件结构的多数载流子器件（SBD 和 MOSFET）同时实现"高耐压 "、"低导通电阻"、"高频"这三个特性。禁带宽度大、导热系数高→耐高温→可在高温环境下稳定工作，减小散热设备面积。 SiC 材料带隙较宽，约为 Si 的 3 倍，因此 SiC 功率器件即使在高温下也可以稳定 工作。对于主流的大功率 HEV，一般包含两套水冷系统，一套是引擎冷却系统， 冷却温度约 105℃，另一套是电力电子设备的冷却系统，冷却温度约为 70℃。如 果采用 SiC 功率器件，由于其具有 3 倍于 Si 的导热能力，可以使器件工作于较高 的环境温度中，使得未来车企或将能够把两套水冷系统合二为一甚至直接采用风 冷系统，这将大大降低 HEV 驱动系统的成本，同时空出更多的车身空间以装配更 多的电子元器件（如各类传感器）。目前材料的理论性能如何在器件的性能中得以表现？以目前 SiC 功率器件中较为成熟 的肖特基二极管（SBD）和 MOSFET 为例： SiC-SBD：SiC-SBD 与 Si-SBD 相比的总容性电荷（Qc）较小，能够在实现高速开关操 作的同时减少开关损耗，因此它们被广泛用于电源的 PFC 电路中。同时 Si 基快速恢复 二极管（FRD）在从正向切换到反向的瞬间会产生极大的瞬态电流，在此期间转移为反 向偏压状态，从而产生很大的损耗。正向电流越大，或者温度越高，恢复时间和恢复电 流就越大，从而损耗也越大。与此相反，SiC-SBD 是不使用少数载流子进行电传导的多 数载流子器件（单极性器件），因此原理上不会发生少数载流子积聚的现象。而且，该瞬态电流基本上不随温度和正向电流而变化，所以不管何种环境下，都能够稳定地实现快 速恢复。因此，如果用 SiC-SBD 替换现在主流产品快速 PN 结二极管（FRD:快速恢复 二极管），能够明显减少恢复损耗。这些优势有利于电源的高效率化，并且通过高频驱动实现电感等无源器件的小型化、低 噪化，可广泛应用于空调、电源、光伏发电系统中的功率调节器、电动汽车的快速充电 器等的功率因数校正电路（PFC 电路）和整流桥电路中。例如，KinkiRoentgen 公司用 于 X 射线发生器的 500 瓦电源采用了罗姆 SiC-SBD，使每瓦的电源体积比旧系统减小 了 5 倍。SiC-MOSFET：Si 材料中越是高耐压器件，单位面积的导通电阻也越大（以耐压值的约 2~2.5 次方的比例增加），因此 600V 以上的电压中主要采用 IGBT 器件，通过电导率调 制向漂移层内注入作为少数载流子的空穴，因此导通电阻比 MOSFET 要小，但是同时 由于少数载流子的积聚，在开关关闭时会产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。 SiC 器件漂移层的阻抗比 Si 器件低，不需要进行电导率调制就能够以 MOSFET 实现高 耐压和低阻抗，因而 SiC-MOSFET 原理上在开关过程中不会产生拖尾尾电流，可高速 运行且开关损耗低，能够在 IGBT 不能工作的高频、高温条件下驱动，可实现散热部件 的小型化。此外，SiC-MOSFET 还具有如导通电阻增加量很小的优异的材料属性，并且有比导通 电阻可能随着温度的升高而上升 2 倍以上的硅（Si）器件更优异的封装微型化和节能的 优点，例如900V时，SiC-MOSFET的芯片尺寸只需要Si-MOSFET的1/35、SJ-MOSFET 的 1/10，就可以实现相同的导通电阻。同时，Si-MOSFET 最高只有 900V 的产品，但 是 SiC 却能够以很低的导通电阻轻松实现 1700V 以上的耐压。封装微型化和节能的优势将直接体现在功率模块上，以丰田采用的 6.1kWSiCOBC 模块 为例，其功率密度是 3.3kW 硅 OBC 模块的 4 倍。由于这些特性，英飞凌、意法半导体、Rohm 等功率半导体主要供应商纷纷布局 SiC 功 率产品，新能源相关的 SiC 功率器件应用也在不断落地。器件和模块技术已逐步到位，下游需求释放增长动能一方面是 SiC 功率器件在技术方面的逐渐成熟，一方面是智能化、电气化趋势持续演 进，下游传统汽车升级带来庞大市场需求。在全球碳中和政策的要求下，各国政府不断 推进新能源车补贴政策，使得包含纯电动车(BEV)与插电混合式电动车(PHEV)在内的新 能源车在疫情导致的整体车市衰退下仍保持销售正成长。同时，据 PwC 预计，未来欧盟/ 美 国 / 中 国 BEV 占轻型汽 车 新 车销量 比 重 将持续提升 ， 2025 年 可 达 17.1%/5.0%/19.5%，出货量达 290.7/80/546 万辆。在智能化、电气化趋势下，汽车电子系统价值量将持续提升，其中的核心是汽车半导体。 汽车半导体是指用于车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的半导体产品。按 照功能种类划分，汽车半导体大致可以分为主控/计算类芯片、功率半导体（含模拟和混 合信号 IC）、传感器、无线通信及车载接口类芯片、车用存储器以及其他芯片（如专用 ASSP 等）几大类型，而且随着电气化以及智能化应用的增多，汽车半导体无论是安装 的数量还是价值仍在不断增长之中。据罗兰贝格估算，预计 2025 年一台纯电动车中电 子系统成本约为 7,030 美元，较 2019 年的一台燃油车的 3,145 美元大增 3,885 美元， 而其中新能源驱动系统成本较燃油车增加约为 2,235 美元，是电子系统价值量增加的主 要来源。功率器件是新能源车半导体的核心组成，是价值量提升的关键赛道。随着新能源汽车的 发展，对功率器件需求量日益增加，成为功率半导体器件新的增长点。功率半导体器件 也叫电力电子器件，大多数使用状态为导通和阻断两种工作特性，主要用于电流电压的 变换与调控。近 20 年来各个领域对功率器件的电压和频率要求越来越严格，MOSFET 和 IGBT 逐渐成为主流，多个 IGBT 可以集成为 IPM 模块，用于大电流和大电压的环境。 此外新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括电机驱动系统、车载充电 系统（OBC）、电源转换系统（车载 DC/DC）和非车载充电桩，每个部件都需要大量的 功率半导体对电流电压进行控制。据 StrategyAnalytics，纯电动汽车中功率半导体占汽 车半导体总成本比重约为 55%，远超传统能源汽车的 21%。新能源汽车行业是市场空间巨大的新兴市场，全球范围内新能源车的普及趋势逐步清晰 化，带动功率半导体市场快速增长。根据 IHSMarkit 预测，2018 年全球功率器件市场规 模约为 391 亿美元，预计至 2021 年市场规模将增长至 441 亿美元，2018~2021 年复 合增速为 4.09%。目前国内功率半导体产业链正在日趋完善，技术也正在取得突破，同 时，中国也是全球最大的功率半导体消费国，2018 年市场需求规模达到 138 亿美元， 增速为 9.5%，占全球需求比例高达 35%。IHSMarkit 预计未来中国功率半导体将继续 保持较高速度增长，2021 年市场规模有望达到 159 亿美元，2018~2021 年复合增速达 4.83%。据英飞凌预估，48V/轻混合动力汽车、插电式、混合动力或纯电动车功率半导体价值量 未来有望达 90 美元/台、330 美元/台，以其预计 2030 年全球约 0.27 亿台 48V/轻混合 动力汽车、0.32 亿台插电式、混合动力及纯电动车计算，车载功率半导体市场空间便达 130.17 亿美元。新能源车带动功率半导体市场需求快速扩容，SiC 功率器件或迎替代机遇。SiC 材料拥 有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子迁移率以及抗辐射等特性，SiC基的SBD 以 及 MOSFET 更适合在高频、高温、高压、高功率以及强辐射的环境中工作。在功率等 级相同的条件下，采用 SiC 器件可将电驱、电控等体积缩小化，满足功率密度更高、设 计更紧凑的需求，同时也能使电动车续航里程更长。据天科合达招股说明书，美国特斯 拉公司的 Model3 车型便采用了以 24 个 SiCMOSFET 为功率模块的逆变器，是第一家 在主逆变器中集成全 SiC 功率器件的汽车厂商；目前全球已有超过 20 家汽车厂商在车 载充电系统中使用 SiC 功率器件；此外，SiC 器件应用于新能源汽车充电桩，可以减小 充电桩体积，提高充电速度。据 Yole，2018 年全球车载 SiC 功率器件的市场空间为 4.2 亿美金，预计到 2024 年市场空间可以达到 19.3 亿美金，对应 2018-2024 年复合增速 达到 29%。未来光伏发电将会是全球新能源发展的主要方向，新增装机量持续提升，而逆变器是光 伏不可或缺的重要组成部分，是光伏发电能否有效、快速渗透的关键之一。高效、高功 率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器的未来发展趋势，据天科合达招股说明书，目前 在光伏发电应用中，基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统 10%左右，却是系统能量 损耗的主要来源之一。使用 SiC-MOSFET 或 SiC-MOSFET 与 SiC-SBD 结合的功率模 块的光伏逆变器，转换效率可从 96%提升至 99%以上，能量损耗降低 50%以上，设备 循环寿命提升 50 倍，从而能够缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命、降 低生产成本。SiC 功率器件，为实现光伏逆变器的“高转换效率”和“低能耗”提供了 所需的低反向恢复和快速开关特性，对提升光伏逆变器功率密度、进一步降低度电成本 至关重要。在组串式和集中式光伏逆变器中，SiC 产品预计会逐渐替代硅基器件。此外，储能、充电桩、轨道交通、智能电网等也将大规模应用功率器件。整体而言，随 着器件的小型化与对效率要求提升，采用化合物半导体制成的电力电子器件可覆盖大功 率、高频与全控型领域，其中 SiC 的出现符合未来能源效率提升的趋势。以 SiC 制成的 电力电子器件，工作频率、效率及耐温的提升使得功率转换（即整流或者逆变）模块中 对电容电感等被动元件以及散热片的要求大大降低，将优化整个工作模块。未来，在 PFC 电源、光伏、纯电动及混合动力汽车、不间断电源（UPS）、电机驱动器、风能发电以及 铁路运输等领域，SiC 的应用面会不断铺开。需求旺盛，供给不足：碳化硅衬底供应亟待解决庞大的市场需求下是尚未真正爆发的 SiC 应用，而 SiC 功率器件的成本是影响其市场 推广的重要因素。相比 Si 器件，SiC 价格往往高出数倍，重要是因为 SiC 衬底较为昂 贵——SiC 衬底是 SiC 器件制作的基础和成本的主要来源。SiC 器件的制造成本中，SiC 衬底成本约占总成本的 47%，SiC 外延的成本占比 23%，这两大工序是 SiC 器件的重 要组成部分而目前 6 寸 SiC 衬底价格超 900 美元/片，相比 6 寸硅片不到 50 美元/片的 价格相差巨大，这也是目前 SiC 器件价格高昂、阻碍下游厂商应用的重要原因之一。而 SiC 衬底成本较高，主要因为：1、技术起步晚，晶圆、器件技术发展相较硅材料晚；2、 SiC 衬底生长较慢，技术难度大。技术起步晚，晶圆、器件技术发展相较硅材料晚。Cree 于 2000 年前后量产 4 寸 SiC衬底片，此时硅片尺寸已发展至 12 寸，随后 SiC 衬底片尺寸直到 2009 年前后才推进至 6 寸，至今尚无 8 寸衬底片量产。衬底片量产时间晚、尺寸小也直接影响了 SiC 器件技 术的发展，尽管后者迭代速度较硅器件更快，整体生产成本仍存较大差距。SiC 衬底片发展慢、尺寸扩大困难的核心原因是 SiC 晶棒生长条件苛刻、生长速度慢、 尺寸提升带来的技术难度大。目前 SiC 衬底的制备过程大致分为两步，第一步制作 SiC 单晶；第二步通过对 SiC 晶锭进行粗加工、切割、研磨、抛光，得到透明或半透明、无 损伤层、低粗糙度的 SiC 晶片。由于物理的特性，SiC 材料拥有很高的硬度，目前仅次于金刚石，因此在生产上势必要 在高温与高压的条件下才能生产，一般而言，需要在 2500℃以上高温（硅晶仅需在 1500℃）。目前制备 SiC 单晶的方法有籽晶升华法、高温化学气相沉积法（HTCVD）和 液相法（LPE）。籽晶升华法是较为的 SiC 晶棒生长方法，又称物理气相传输法（PVT)。 其原理是在超过 2500℃高温下将碳粉和硅粉升华分解成为 Si 原子、Si2C 分子和 SiC2 分子等气相物质，在温度梯度的驱动下，这些气相物质将被输运到温度较低的碳化硅籽 晶上形成 4H 型碳化硅晶体。通过控制 PVT 的温场、气流等工艺参数可以生长特定的 4H-SiC 晶型。以 PVT 法为例，SiC 晶体制备面临以下困难：1、 温场控制困难：以目前的主流制备方法物理气相传输法（PVT）为例，SiC 晶棒需 要在 2500℃高温下进行生产，而硅晶只需 1500℃，因此需要特殊的单晶炉，且在 生产中需要精确调控生长温度，控制难度极大；2、 生产速度缓慢：SiC 晶棒厚度每小时生长速度视尺寸大小约为 0.2~1mm/小时，而 硅晶棒可达每小时 1~10mm/小时；生产周期方面，SiC 晶棒约需要 7 至 10 天，长 度约 2cm，而硅晶棒只需要 3~4 天即可长成，长度可达 2m；3、 良品参数要求高，黑匣子良率难以及时控制：SiC 晶片的核心参数包括微管密度、 位错密度、电阻率、翘曲度、表面粗糙度等，在密闭高温腔体内进行原子有序排列 并完成晶体生长、同时控制参数指标是复杂的系统工程。以多型为例，SiC 存在 200 多种晶体结构类型，其中六方结构的 4H 型（4H-SiC）等少数几种晶体结构的单晶型SiC 才是所需的半导体材料，在晶体生长过程中需要精确控制硅碳比、生长温度 梯度、晶体生长速率以及气流气压等参数，否则容易产生多晶型夹杂，导致产出的 晶体不合格；而在石墨坩埚的黑盒子中无法即时观察晶体生长状况，需要非常精确 的热场控制、材料匹配及经验累积。 4、 晶体扩径难度大：气相传输法下，SiC 晶体生长的扩径技术难度极大，随着晶体尺 寸的扩大，其生长难度工艺呈几何级增长。这导致目前 SiC 晶圆主要是 4 英寸与 6 英寸，而用于功率器件的硅晶圆以 8 英寸为主，这意味着 SiC 单晶片所产芯片数量 较少、SiC 芯片制造成本较高。此外，除了 SiC 晶体生长外，后端工艺流程仍面临较大困难：切割难度大：SiC 硬度与金刚石接近，切割、研磨、抛光技术难度大，工艺水平的提高 需要长期的研发积累，也需要上游设备商特殊设备的配套开发；外延工艺效率低：SiC 的气相同质外延一般要在 1500℃以上的高温下进行。由于有升华 的问题，温度不能太高，一般不能超过 1800℃，因而生长速率较低。液相外延温度较 低、速率较高，但产量较低。高技术壁垒带来的行业生态：高集中度、强整合趋势、 锁单高成本、缺陷密度（良率）、晶圆尺寸和晶圆供给是衬底生产的核心壁垒，而 SiC 晶体 黑匣子的生长环境对企业工艺技术的积累和配套设备的研发能力将成为企业技术壁垒 的重要构成。同时，设备方面，由于 SiC 的衬底材料生长的独特性，全球衬底巨头包括 国内的一些衬底厂商，很多都是自研自产 SiC 单晶炉——这将影响衬底生长的品质把 控，进一步拉高了后进者进入 SiC 衬底行业的难度。由于进入衬底行业需要长期的技术积累和产线适配，目前，SiC 晶片产业格局呈现美国 全球独大的特点。导电型 SiC 衬底市场的主要供应商有美国 CREE（Wolfspeed）、 DowCorning、美国 II-VI、等。国际 SiC 龙头企业起步较早，产业发展已较为成熟，2018 年 CREE 公司的导电型 SiC 衬底占据整个市场 62%的份额，其次为 II-VI、SiCrystal， 三者合计占据高达 90%的市场份额，中国企业仅占小于 3%的份额。为何在当前时点看好 SiC 行业？一方面，全球 SiC 衬底、器件厂商对 SiC 市场预期积极，步调接近，显示供应商方面对 前景充分看好。如 Cree 预计 SiC 衬底、SiC 功率器件 2024 年市场规模分别可达 11 亿、 50 亿美元，2018~2024 年复合增速达 44.47%、51.11%；而 II-VI 更是预计 2030 年 SiC 市场规模将超 300 亿美元，2020~2030 年复合增速高达 50.60%。此外，Rohm、ST 半 导体、英飞凌等厂商亦对 SiC 市场未来增长持有强烈的信心，凸显行业上行趋势的强劲。另一方面，2020 年全球新能源车销售量在新冠疫情影响出行的情况下实现了大幅增长， 显示 SiC 下游市场需求或将迎来爆发期。据英飞凌，2020 年全球新能源车销量达 324 万辆，同比增长 43%，其中我国新能源车销量高达 133.48 万辆，稳居全球第一，占全 球新能源车销量比重达 41.2%。未来新能源车销量有望持续增加，带来对功率半导体的 需求量大幅扩张，而 SiC 功率器件具备耐高温、耐高压、损耗低、体积小、重量轻等多 种优势，未来或将持续替代硅功率器件，届时无论 SiC 器件还是衬底都将迎来持续的需 求增长期。整体而言，SiC 行业主要受限于产能供应短缺带来的器件价格高昂，而核心国内外供应 商纷纷加大对 SiC 衬底、器件产能的扩张，未来有望为 SiC 应用的渗透提供强劲动力。 而在这期间内，由于 SiC 行业起步晚、高度依赖工程师工艺经验积累，国内企业有望实 现弯道超车，享受行业新增长点带来的成长红利。（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）精选报告来源：【未来智库官网】。

记者 | 徐宁1“相较于第一、二代半导体，第三代半导体材料处于发展初期。国内企业和国际巨头基本处于同一起跑线。”在10月26日举办的中国松山湖新材料高峰论坛上，河北同光晶体有限公司副总经理王巍表示。王巍指出，中国拥有第三代半导体材料最大的应用市场，且产业链齐备，可以实现自主可控，中国第三代半导体有望实现弯道超车。安信证券电子首席分析师贾顺鹤也在该会上表示，国产化替代和产业升级双驱动，第三代半导体将迎来下一个产业浪潮。第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗（Ge）元素等单质半导体材料；第二代半导体材料主要是指砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）等材料，主要应用于高速功率放大器和LED中。第三代半导体主要是指碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等材料。相比于第一、二代半导体，第三代半导体具有更高的禁带宽度、高击穿电压、电导率和热导率等特点。它在新能源车、光伏风电、不间断电源、家电工控等领域有广阔的应用前景。据山东天岳先进科技股份有限公司市场与销售副总李宛瞳预计，碳化硅市场将于2025年达到25亿美元（约合人民币164.38亿元）的市场规模。贾顺鹤表示，新能源汽车行业是碳化硅市场最大的驱动力。到2025年，新能源汽车与充电桩领域的碳化硅市场将达到17.78亿美元（约合人民币116.81亿元），约占碳化硅总市场规模的七成。贾顺鹤指出，受中美贸易摩擦影响，中国半导体材料的本土产业链加快了布局。贾顺鹤认为，国产碳化硅与海外厂商的研究进度相差不大，通过产业链上厂商的战略合作，有机会实现超车。据金融界上市公司研究院报告，目前全球碳化硅的产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立的态势。美国的科锐、德国的英飞凌、日本的罗姆这三家公司，占据了全球碳化硅市场约七成份额。北京天科合达半导体股份有限公司常务副总经理彭同华也在会上表示，中国已建立起设备、衬底、外延、设计、制造、封测和应用等较为完整的碳化硅产业链，有利于提升国有产品的竞争力。国务院于2015年5月印发的《中国制造2025》，也对第三代半导体做出了目标规划。《中国制造2025》提出，到2025年，先进半导体材料实现在5G通信、高效能源管理中的国产化率达到50%；在新能源汽车、消费电子中实现规模应用，在通用照明市场渗透率达到80%以上。在上述背景下，国内第三代半导体投资热度高居不下。据彭同华不完全统计，今年前三季度，中国新签约的第三代半导体项目共20余项，正式开工12项。粤开证券研报指出，第三代半导体还是“十四五”时期的重要发展方向。据国家新材料产业发展专家咨询委员会委员介绍，国家2030计划和“十四五”国家研发计划中，已明确第三代半导体是重要发展方向。工信部原材料工业司副司长、一级巡视员余薇在上述论坛上表示，“十四五”期间，中国将培育新材料产业发展的长板强项，前瞻布局一批新材料，以激发各类市场主体活力为出发点，构建支撑新材料产业创新发展的生态体系，进一步提升中国新材料产业创新发展的总体水平。中国科学院院士、松山湖材料实验室理事长王恩哥指出，“十四五”规划建设已明确提出要重点发展新材料等九大战略新兴产业，未来的五年必将是新材料大变革、大发展的五年。国家开发投资集团有限公司党组成员、副总经理钟国东也在会上表示，中国新材料市场空间巨大。国内新材料产值已从2011年的0.8万亿元，增长至2019年的4.5万亿元，年均复合增速达到21.2%。目前A股市场上新材料行业企业已有478家，约占总数的两成。2017-2018年，新材料产业的投资数量和金额分别为115起和158.71亿元，均创下历史新高。钟国东预计：“今年国内新材料产值将达到6万亿元，同比增速达30%。”

价格走势1、甘肃低库存下碳化硅价格上涨动能更足12月上旬，甘肃碳化硅报价与11月下旬相比：97碳化硅块出厂含税报价在5600元/吨，98碳化硅块出厂含税报价在5700元/吨左右；88-90碳化硅块报价在4500元/吨左右。市场价格上涨100元/吨。与当地生产企业了解：11月份成品价格上涨后，经过一段时间的消化后，市场本应该进入维稳阶段，但是近期无烟煤、石油焦等原料持续上涨，近10天价格上涨幅度在100-200元/吨。供求关系方面，从生产企业的反馈上明显感受到供小于求的市场关系已经显现，生产企业表示目前没有库存，订货后需要等待8-15天才能发货，足以说明其紧张程度。综合以上分析，目前碳化硅企业处于低库存状态，原料成本变化将有可能直接反馈到成品价格，主要原因是生产企业无前期低价库存作为缓冲。2、宁夏碳化硅报价继续走高11月下旬宁夏碳化硅市场价格再次进入价格上涨的态势。目前98碳化硅块料报价在6000-6050元/吨，97碳化硅块料报价在5900-6000元/吨左右，宁夏地区碳化硅价格较月初上涨约100-150元/吨。目前上涨的主要原因还是围绕在无烟煤这种原料价格上涨，有多家(不少于5家)生产企业表示目前无烟煤价格上涨约350-400元/吨，冶炼碳化硅需用约1.3吨的无烟煤原料，那么碳化硅的原料成本价格上涨约500元/吨，所以从生产企业成本角度分析其碳化硅产品的成品价格上涨与原料成本上涨并不匹配，所以后期碳化硅价格还有持续价格上涨的动能。生产企业方面目前企业报价有所上涨，他们多采取缓慢多步骤上涨的方式进行，目前从反馈的结果看已有采购商反馈碳化硅价格上涨幅度较大难以接受的声音。综上分析，碳化硅生产企业虽然目前随生产成本价格有所上浮，但是从供求关系角度看碳化硅上涨的报价能否落实到成交价格的上浮是一个未知数。3、黑碳化硅磨料价格易涨难跌近期，甘肃地区环保执行力度加大，部分企业停限产增加，大部分企业需要持续加大环保方面的投入，再加上无烟煤等原材料价格持续高位坚挺，黑碳化硅生产企业成本持续增加。预计未来一周，我国黑碳化硅磨料价格易涨难跌，短期内或维持高位运行。出口情况1、碳化硅出口持续回暖据海关数据显示，10月，我国碳化硅出口量1.93万吨，同比增加6.77%;1-10月，累计出口19.25万吨，同比降低15.35%。我国碳化硅出口量已经连续四个月缓慢攀升，尽管10月的出口量还未达到4月2.35万吨的水平，但主要进口国仍在疫情的笼罩中，制约了对碳化硅的需求。今年，我国碳化硅出口至73个国家地区，比去年同期增加4个。但进口我国碳化硅的国家地区主要有美国、韩国、日本、中国台湾、墨西哥。10月，我国碳化硅出口至37个国家地区，其中，出口美国4582.30吨，同比增长3.70%;出口日本3867.75吨，同比降低19.77%;出口韩国2191.82吨，同比降低46.38%;出口中国台湾2119.42吨，同比增长109.18%;出口印度1044.60吨，同比增长76.69%。出口德国、墨西哥、土耳其、泰国的量同比分别增长181.74%、55.11%、796.26%、105.88%。日韩进口量减少，而中国台湾、印度、德国、土耳其、美国、伊朗等国家地区进口我国碳化硅的量增加明显，因此，我国碳化硅实现了月出口量的同比增长。1-10月，我国碳化硅出口美国4.76万吨，同比降低29.69%;出口韩国3.90万吨，同比增长2.27%;出口日本3.89万吨，同比降低28.59%;出口中国台湾1.24万吨，同比增长49.93%;出口墨西哥1.12万吨，同比增长21.55%。我国碳化硅出口上述五个国家地区的量占碳化硅出口总量的77.51%，尤其美日韩，其碳化硅需求对我国碳化硅出口至关重要。相关行业1、加码新能源汽车市场 IGBT龙头斯达半导拟投资2.29亿元布局碳化硅赛道作为A股IGBT龙头，斯达半导（603290）12月17日发布公告称，拟投资建设全碳化硅功率模组产业化项目，项目计划总投资2.29亿元，投资建设年产8万颗车规级全碳化硅功率模组生产线和研发测试中心，项目将按照市场需求逐步投入。因为碳化硅功率模组作为第三代半导体功率器件，具有禁带宽度大、击穿场强高、饱和漂移速率高、热导率高等优点，所以被视为新能源汽车电机控制器功率密度和效率提升的关键要素，也是资本市场上有关新能源汽车的热门概念之一，东尼电子、露笑科技等多家上市公司都有涉足相关产业链。2、三安集成完成碳化硅MOSFET量产平台打造中国化合物半导体全产业链制造平台 ——三安集成于日前宣布，已经完成碳化硅MOSFET器件量产平台的打造。首发1200V 80mΩ产品已完成研发并通过一系列产品性能和可靠性测试，其可广泛适用于光伏逆变器、开关电源、脉冲电源、高压DC/DC、新能源充电和电机驱动等应用领域，有助于减小系统体积，降低系统功耗，提升电源系统功率密度。目前多家客户处于样品测试阶段。3、第三代半导体弯道超车，五年后碳化硅市场规模将超160亿市场分析，碳化硅市场将于2025年达到25亿美元（约合人民币164.38亿元）的市场规模。新能源汽车行业是碳化硅市场最大的驱动力。到2025年，新能源汽车与充电桩领域的碳化硅市场将达到17.78亿美元（约合人民币116.81亿元），约占碳化硅总市场规模的七成。受中美贸易摩擦影响，中国半导体材料的本土产业链加快了布局。国产碳化硅与海外厂商的研究进度相差不大，通过产业链上厂商的战略合作，有机会实现超车。本文由磨库网整理文章来源：磨库网、银耐联、证券时报·e公司、全球TMT

SiC(碳化硅)项目可行性研究报告-为何被称为是新一代功率半导体SiC(碳化硅)作为第三代半导体，以耐高压、高温和高频，在高性能功率半导体上显出优势。据SiC厂商罗姆基于IHS的调查显示，2025年整个市场规模将达到约23亿美元。在应用中，在光伏和服务器市场最大，正处于发展中的市场是xEV（电动与混动汽车）。随着SiC产品特性越做越好，在需要更高电压的铁路和风电上将会得到更多的应用。不过，制约SiC发展的关键是价格，主要原因有两个：衬底和晶圆尺寸。例如晶圆尺寸越大，成本也会相应地下降，罗姆等公司已经有6英寸的晶圆片。在技术方面，众厂商竞争的有两个焦点：技术和原材料。不久前，罗姆半导体（北京）有限公司设计中心所长水原德建先生介绍了SiC的优势及工艺技术。1、什么是SiCSiC(碳化Si)是以1：1的比例，用Si(Si)和碳(C)生成的化合物。SiC硬度很高。市面上最硬的是钻石，硬度为15，SiC的硬度是13，已接近钻石的硬度。SiC的物理特性。与Si和GaN(氮化镓)相比，如图。Si是市场上现在用得最多的材料。目前半导体功率元器件中的材料主要是这3种材料。SiC在物理特性上的好处。第一是击穿场强度会更强，因此耐压更高，所以它可以做成耐高压的产品。第二是熔点和Si相比会更高一些。这样可以耐更高的温度，大约可以耐到Si温度3倍以上。第三个好处是电子饱和速度会更快一些，所以SiC的频率可以做得更高。另外还有两个优势：一是热传导性很高，这样冷却更容易去做；再有，禁带宽度更宽，这样可以使工作温度更好做。因此总结起来SiC的五角形优势，从产品本身看，SiC耐高压、高温和高频；另外在设计上，因为SiC耐的温度会更高一些，因此更容易做冷却和散热设计。2、SiC性能优势明显，是更佳衬底材料随着半导体工艺及材料的发展，以SiC为代表的半导体材料在禁带宽度、击穿电场强度、饱和电子漂移速率、热导率以及抗辐射等关键参数方面具有显著优势进一步满足了现代工业对高功率、高电压、高频率的需求，其主要性能优势如下：1）低能量损耗。SiC具有3倍于硅的禁带宽度，使得SiC器件泄漏电流比硅器件大幅减少，从而降低功率损耗，同时SiC器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，开关损耗低，大幅提高实际应用的开关频率。2）耐高压。SiC击穿电场强度是硅的10余倍使得SiC器件耐高压特性显著高于同等硅器件。3）耐高温。SiC相较硅拥有更高的热导率，使得器件散热更容易，极限工作温度更高。耐高温特性可以带来功率密度的显著提升，同时降低对散热系统的要求，使终端可以更加轻量和小型化。SiC与传统材料性能对比SiC功率半导体的性能优势主要体现低关断损耗与导通损耗。通过两组实验对比可以发现，硅基IGBT、FRD模组在开关关断时会产生尾（tail）电流，因而产生不必要的开关损耗，使用SiC MOSFET、SBD的模组的关断损耗（Eoff）降低了88%。同时，因硅基IGBT的尾电流随温度升高而增加，在高温时损耗相较于SiC MOSFET将进一步加大；而硅基IGBT、FRD组成的模组在开关导通时，恢复电流（红色虚线圈起部分）是开关导通时的一大损耗，而在SiC MOSFET、SBD组成的模组中则几乎无相应波形，SiC MOSFET、SBD的模组与硅基IGBT、FRD的模组的导通损耗Eon相比降低了34%。同时，由于SiC有较高的禁带宽度，SiC功率器件可承受较高的电压和功率，其器件体积可变得更小，约为硅基器件的1/10；此外同样由于其高禁带宽度，SiC器件可进行重掺杂，SiC器件的电阻将变得更低，约为硅基器件的1/200。同规格SiC器件与硅器件对比情况SiC晶片在生长时根据掺杂不同可分为导电型及半绝缘型，导电型晶片用于生长SiC外延，主要用于制造功率器件，下游应用于新能源汽车及光伏；半绝缘型晶片用于生长氮化镓外延，主要用于制造微波射频芯片，应用于5G、通讯等。SiC生长制备环节及应用分类3、成本是主要瓶颈，下降趋势明显目前各类SiC器件成本仍比Si基器件高2.4~8倍，但受下游扩产及电动车需求逐步增加，年降幅达36~46%，逐步接近商业化应用。根据CASA统计，SiC二极管中耐压600V-650V的SiC SBD，2019年底的平均价格是1.82元/A，较2018年底下降了35.92%，与Si器件的差距缩小到2.4倍左右；1200V的SiC SBD的均价降至4.09元/A，较2018年下降了45.76%，但与Si器件的差距仍然保持在5倍左右，耐压600V-650V的SiC晶体管在2019年底的平均价格是2.44元/A，较2018年底价格下降了46.4%，与Si器件的差距由12倍缩小到8倍左右。耐压1200V的SiC晶体管的价格降价明显，降至3.9元/A，较2018年底下降了45%，与Si器件的差距仍然保持在6倍左右。SiC与Si二极管价格对比（元/A）SiC与Si晶闸管价格对比（元/A）我们预计2022~2023年为达到SiC达到合理性价比的关键节点，主要原因在于：1）根据Cree官网，Cree龙头厂商预计2022年扩产完成，产能扩大至30倍，大规模量产带来的规模效应将导致SiC器件成本大幅下降；2）据CASA第三代半导体白皮书，目前国内6寸线良率较低，约20%~30%左右，随着国内加速研发及扩产，未来6寸线良率将逐步上升，提高每片晶圆利用率，从而降低成本，且6寸线的应用较4寸线将节省30%左右的成本；3）全SiC的逆变器预计从2022/23年在主流豪华电动车品牌中开始量产，终端需求逐步释放将提升厂商产能利用率，摊薄SiC器件生产成本。4、新能源车及光伏普及，驱动需求高速增长SiC MOSFET 未来有望成为主流应用的半导体功率器件。目前，主流的功率器件可分为二极管、晶体管及 IGBT 等，二极管特性为耐高压但开关速度较慢，以 MOSFET 为例的晶体管则具有开关速度快，高压情况下损耗较大的特点，IGBT 则是兼具耐压较高、开关速度高两种特性，因此也在下游汽车、光伏等领域大范围得到应用，但未来随着下游应用的发展，对器件的耐高压、耐高温及低损耗有了进一步的要求，而由于 SiC MOSFET 由于具备高导热特性，更符合高温作业应用与高能效利用的要求，因此随着 SiC 成本的下降，SiC MOSFET将会逐步取代 IGBT，广泛应用于新能源汽车、光伏、轨道交通、智能电网等领域。根据 Yole 统计，2019 年全球 SiC 功率半导体市场规模为 5.4 亿美元，受益于新能源汽车及光伏领域需求量的高速增长，预计到 2025年 SiC 功率半导体市场规模预计将达 25.6 亿美元，2019~2025 年 CAGR 达 30%，其中，在 xEV 与充电桩在 2019~2023 年的 CAGR 分别达到了 38%与 90%，光伏领域则达到 17%，考虑到今年以来光伏接近平价进入普及拐点、新能源车销量明显提升，我们认为未来几年 SiC 市场规模预测将显著上修。2019-2025 年 SiC 功率半导体市场规模情况2019-2025 年 SiC 下游各应用复合增长率降损效果显著，汽车成为 SiC 市场增长主要驱动力新能源汽车在使用过程中涉及电能转换的部分有：1）电网的交流电、发电机发出的交流电转换为向电池充入的直流电，即直流充电桩、车载充电机及混动汽车发电机的 AC/DC 整流转换部分；2）电池的直流电转换为电机所需要的交流电，即汽车主逆变器、电机、空调、照明等交流电设备的 DC/AC 逆变转换部分；3）电池的直流电转为小功率电子设备供电，即汽车的高压直流电转换为低压直流电的 DC/DC 直流变压转换部分。而这其中较为关键的、影响整车性能表现的电能转换部分即充电桩、主逆变器和电机三部分，其功率器件用量较大。光伏逆变器市场大幅增长，SiC 渗透率提升据天科合达招股书，在光伏发电应用中，基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统的 10%左右，却是系统能量损耗的主要来源之一。SiC MOSFET 或 SiC MOSFET+SiC SBD 结合的功率模块的光伏逆变器能将转换效率将由96%提升至99%以上，能量损耗则可降低50%以上，设备循环寿命提升 50 倍，此外能缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命等也符合未来光伏逆变器未来的发展趋势。目前安森美已推出适用于太阳能逆变器应用的全 SiC 功率模块，集成了一个 1200V、40mΩSiC MOSFET 和具有双升压级的 1200V，40A SiC 升压二极管，SiC 价值量占整体逆变器成本的 10%，根据 CASA 预测，2025 年光伏逆变器中 SiC 器件价值占比将增长至 50%，因此我们认为光伏逆变器中 SiC 的应用将成为 SiC 器件市场需求增长的另一驱动因素。光伏逆变器中 SiC 功率器件占比预测全球光伏装机量预测此外，光伏逆变器需求量与下游光伏装机量相关性较高，受益于光伏发电经济效益优势日益显著，全球光伏产业已由政策补贴驱动转入"平价上网"过渡阶段，2019 年我国第一批光伏发电"平价上网"项目申报数量达到 168 个，累计规模达 14.78GW，2020 年全国 19 省申报平价项目 33GW，CPIA 预计到 2025 年时，乐观情景下全球光伏新增装机量有望增加至287GW，2019-2025 年间复合增长率为 16.40%。受益于光伏装机量上升，逆变器市场需求将大幅增长，根据 CPIA 统计全球均价约 0.4 元/w 计算，2023 年每年光伏逆变器新增市场将增长至 800 亿元左右，约 110 亿美元，按照 SiC 器件在功率器件中 30%左右的渗透率，根据索比光伏网数据，功率器件价值量占总成本比重 10%的水平，对应市场空间为 3 亿美元。SiC(碳化硅)项目可行性研究报告编制大纲第一章总论1.1SiC(碳化硅)项目背景1.2可行性研究结论1.3主要技术经济指标表第二章项目背景与投资的必要性2.1SiC(碳化硅)项目提出的背景2.2投资的必要性第三章市场分析3.1项目产品所属行业分析3.2产品的竞争力分析3.3营销策略3.4市场分析结论第四章建设条件与厂址选择4.1建设场址地理位置4.2场址建设条件4.3主要原辅材料供应第五章工程技术方案5.1项目组成5.2生产技术方案5.3设备方案5.4工程方案第六章总图运输与公用辅助工程6.1总图运输6.2场内外运输6.3公用辅助工程第七章节能7.1用能标准和节能规范7.2能耗状况和能耗指标分析7.3节能措施7.4节水措施7.5节约土地第八章环境保护8.1环境保护执行标准8.2环境和生态现状8.3主要污染源及污染物8.4环境保护措施8.5环境监测与环保机构8.6公众参与8.7环境影响评价第九章劳动安全卫生及消防9.1劳动安全卫生9.2消防安全第十章组织机构与人力资源配置10.1组织机构10.2人力资源配置10.3项目管理第十一章项目管理及实施进度11.1项目建设管理11.2项目监理11.3项目建设工期及进度安排第十二章投资估算与资金筹措12.1投资估算12.2资金筹措12.3投资使用计划12.4投资估算表第十三章工程招标方案13.1总则13.2项目采用的招标程序13.3招标内容13.4招标基本情况表关联报告：SiC(碳化硅)项目申请报告SiC(碳化硅)项目建议书SiC(碳化硅)项目商业计划书SiC(碳化硅)项目资金申请报告SiC(碳化硅)项目节能评估报告SiC(碳化硅)行业市场研究报告SiC(碳化硅)项目PPP可行性研究报告SiC(碳化硅)项目PPP物有所值评价报告SiC(碳化硅)项目PPP财政承受能力论证报告SiC(碳化硅)项目资金筹措和融资平衡方案第十四章财务评价14.1财务评价依据及范围14.2基础数据及参数选取14.3财务效益与费用估算14.4财务分析14.5不确定性分析14.6财务评价结论第十五章项目风险分析15.1风险因素的识别15.2风险评估15.3风险对策研究第十六章结论与建议16.1结论16.2建议附表：

碳化硅（SiC）材料前景可观。随着SiC功率器件的成本下降，有望引领包括新能源汽车在内的诸多行业，在功率半导体使用上迎来大规模升级迭代，短期看与MOSFET、混合模块等器件的结合路径，在操作性和经济性角度存在一定优势，有望继续成为部分主机厂商未来2-3年的新选择、新需求。碳化硅功率半导体近年来在能源转换应用中正在成为一个热门的话题：SiC功率半导体凭借其低功耗、长寿命、高频率、体积小、质量轻等优势，在EV、轨交、通信及光伏领域具备较强的替代潜力。SiC处在爆发式增长的前期▌SiC材料性能领先，全生命周期成本优势可期据TexasInstruments的研究显示，SiC相对上两代材料具备高禁带宽度、高饱和电子漂移速度、高热导率等优势，更适用于高功率环境。以Model3为例，结合Microsemi的资料进行测算，在一定的成本降幅下，SiC器件系统成本经济性有望在未来3-4年实现。SiC与Si相比，在耐高压、耐高温、高频等方面具备碾压优势，是材料端革命性的突破。1）耐高压：SiC击穿场强是Si的10倍，这意味着同样电压等级的SiCMOS晶圆的外延层厚度只需要Si的十分之一，对应的漂移区阻抗大大降低，而且禁带宽度是Si的3倍，导电能力更强；2）耐高温：SiC热导率及熔点非常高，是Si的2-3倍；3）高频：SiC电子饱和速度是Si的2-3倍，能够实现10倍的工作频率。▼SiC与Si相比具有优异的材料特性▌SiC与功率器件加速融合，全球厂商加速布局SiC-JBS二极管和MOSFET晶体管因其性能优越，成为目前应用最广泛、产业化成熟度最高的SiC功率器件；SiC（混合）模块成为当前较多厂商的应用选择。根据IHS数据，2017年SiC器件市场，Cree占据了26%的市场份额，其次为罗姆（21%）和英飞凌（16%）。SiC与功率器件：从二极管、晶体管到模块SiC与功率器件主要的结合方式，包括二极管、晶体管和模块（混合模块）三大类。（一）SiC功率二极管：主要包括肖特基二极管（SBD）、PIN二极管、结势垒控制肖特基二极管（JBS）三种类型。SiC-SBD的出现，帮助SBD的应用电压范围，从250V提高到1200V。在3kV以上的整流器应用领域，SiC-PiN和SiC-JBS较Si基整流器具有更高的击穿电压、更快的开关速度、更小的体积和更轻的重量，实际应用正不断增加。（二）SiC晶体管：主要包括金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、双极型晶体管（BJT）、结型场效应晶体管（JFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和门极可关断晶闸管（GTO）等，目前在车用领域，SiC-MOSFET已经在部分车型中开始商业化应用。总体来看，SiCJBS二极管和MOSFET晶体管由于其性能优越，成为目前应用最广泛、产业化成熟度最高的SiC功率器件。（三）SiC（混合）模块：随着由Si-IGBT芯片和Si-FWD芯片组成的IGBT模块在追求低耗的道路上走向理论极限，而具有耐热性和耐高压击穿能力的SiC器件成本仍较高，混合型SiC模块（Si-IGBT+SiC-SBD）被认为是综合器件性能和材料成本的折衷优化选择。为进一步提升SiC功率器件的电流容量，通常采用模块封装的方法把多个芯片进行并联集成封装。SiC功率模块率先从由IGBT-Si基芯片和SiCJBS二极管芯片组成的混合功率模块产品发展而来。SiC混合模块采用大芯片面积、大电流等级的Si-IGBT作为主器件，小芯片面积、小电流等级的SiC-MOSFET作为辅助器件。二者并联实现小电流时由SiC-MOSFET导通，此时SiC-MOSFET极低的导通电阻可以有效减少导通功耗；大电流时由IGBT导通，此时IGBT大电流下导通压降小的优势也可以减少导通损耗。▼SiC混合模块结构原理图随着SiC-MOSFET器件的成熟，Wolfspeed、Infineon、三菱、Rohm等公司，相继开发了由SiC-JBS二极管和SiC-MOSFET组成的全SiC功率模块。目前，SiC功率模块产品最高电压等级为3300V，最大电流700A，最高工作温度为175℃。在研发领域，SiC功率模块最大电流容量达到1200A，最高工作温度达到250℃，并采用芯片双面焊接、新型互联和紧凑型封装等技术来提高模块性能。性能优势显著，功耗与体积改善明显SiC的功率器件如SiCMOS，相比于Si基的IGBT，其导通电阻可以做的更低，体现在产品上面，就是尺寸降低，从而缩小体积，并且开关速度快，功耗相比于传统功率器件要大大降低。在电动车领域，电池重量大且价值量高，如果在SIC器件的使用中可以降低功耗，减小体积，那么在电池的安排上就更游刃有余；同时在高压直流充电桩中应用SIC会使得充电时间大大缩短，带来的巨大社会效益。 ▼SiC MOS相比Si功率器件的对比根据Cree提供的测算：将纯电动车BEV逆变器中的功率组件改成SiC时,大概可以减少整车功耗5%-10%；这样可以提升续航能力，或者减少动力电池成本。总结来说，SiC器件具备的多种优势将带动电动车续航能力的提升： 高电能转换效率：SiC属于宽能隙材料,击穿场强度大比Si基半导体材料更适用在高功率的应用场景； 高电能利用效率：SiC属于宽能隙材料,击穿场强度大比Si基半导体材料更适用在高功率的应用场景； 低无效热耗：开关频率高,速度快,所产生无效的热耗减少,使电路、散热系统得以简化。与传统Si-IGBT器件对比，混合SiC器件的IGBT导通损耗可以减少55%，二极管关断损耗可以减少95%，将该混合器件运用到铁路牵引系统，预计将减少30%的功率损耗。工作损耗的降低以及工作温度的上升使得集成度更高，因此相比于相同电流大小的SiIGBT器件，混合SiC器件体积可以减小30%左右。▼混合SiC器件和传统Si器件性能对比（一）▼混合SiC器件和传统Si器件性能对比（二）▼SiC混合模块与IGBT（Si基）模块对比▌高功率场景前景光明，产业化在即据IHS数据，2023年全球SiC器件需求有望达16.44亿美元，2017-2023年复合增速约为26.6%；下游主要应用场景包含EV、快充桩、UPS电源（通信）、光伏、轨交以及航天军工等领域，其中电动车行业有望迎来快速爆发（CAGR81.4%），通信、光伏等市场空间较大。伴随SiC器件成本下降，全生命周期成本性能优势有望不断放大，潜在替代空间巨大。目前SiC功率器件主要定位于功率在1kw-500kw之间、工作频率在10KHz-100MHz之间的场景，特别是一些对于能量效率和空间尺寸要求较高的应用。如电动汽车车载充电机与电驱系统、直流充电桩（快充桩）、光伏微型逆变器、高铁、智能电网、工业级电源等领域，可替代部分硅基MOSFET与IGBT。▼从功率和频率角度选取功率半导体器件功率半导体行业发展趋势功率半导体用于所有电力电子领域，市场成熟稳定且增速缓慢。行业发展主要依靠新兴领域如新能源汽车、可再生能源发电、变频家电等带来的巨大需求缺口。行业发展趋势一：不需要追赶摩尔定律，倚重制程工艺、封装设计和新材料迭代，整体趋向集成化、模块化功率半导体整体进步靠制程工艺、封装设计和新材料迭代。设计环节：功率半导体电路结构简单，不需要像数字逻辑芯片在架构、IP、指令集、设计流程、软件工具等投入大量资本。制造环节：因不需要追赶摩尔定律，产线对先进设备依赖度不高，整体资本支出较小。封装环节：可分为分立器件封装和模块封装，由于功率器件对可靠性要求非常高，需采用特殊设计和材料，后道加工价值量占比达35%以上，远高于普通数字逻辑芯片的10%。提升性能和降低成本推动晶片向集成化、小型化发展。根据Omdia预测，2020-2024年分立器件市场增速为2.2%，而功率模块市场增速为5.4%。新兴市场使中高端产品如IGBT和功率MOSFET需求变大。根据WSTS数据统计，全球功率MOSFET增速为7.6%，IGBT为8.9%。目前，根据在研项目和产品布局看，国内企业开始向价值量更高的中高端产品转型。行业发展趋势二：新能源与5G通信推动第三代半导体兴起新能源、5G等新兴应用加速第三代半导体材料产业化需求，我国市场空间巨大且有望在该领域快速缩短和海外龙头差距。①天时：第三代材料在高功率、高频率应用场景具有取代硅材潜力，行业整体处于产业化起步阶段。②地利：受下游新能源车、5G、快充等新兴市场需求以及潜在的硅材替换市场驱动，目前深入研究和产业化方向以SiC和GaN为主，国内市场空间巨大。③人和：第三代半导体核心难点在材料制备，其他环节可实现国产化程度非常高，加持国家在政策和资金方面大力支持。该行业技术追赶速度更快、门槛准入较低、国产化程度更高，中长期给国内功率半导体企业、衬底材料供应商带来更多发展空间确定性更强。行业发展趋势三：IDM模式更适合功率半导体行业，代工可以提供产能、工艺技术补充海外功率半导体龙头企业都采用IDM模式，国内功率半导体行业商业模式以IDM为主，设计+代工为辅。目前，国内IDM企业（如士兰微）和代工企业（如中芯绍兴）都在积极扩充产能和升级产线，从4/6寸升级到6/8寸甚至更高，整体追赶国际主流水平。产能扩充可以认为公司技术储备和产品性能已经达到国际同类产品水平，后续通过开拓客户和抢占市场份额实现营收增长。IDM与代工并行符合国内行业格局现状，双模式运行并不冲突，有效利用我国产能资源，实现优势互补。IDM模式可以提高产品毛利并建立技术壁垒。我国特色工艺和封装技术处于国际先进水平，工艺技术和产能部署完善。功率半导体企业与代工企业长期合作，可以实现产能补充和获得工艺技术支持。市场：龙头扩产，拉低器件价格目前制约SiC功率器件大规模应用的核心原因依然是成本，主要源于低效的晶体生长过程。传统硅晶圆制作是将多晶硅在1500℃左右融化后，将籽晶放入其中边匀速旋转边向上提拉形成约2m的硅锭，再进行切割、倒角、抛光、蚀刻、退火等步骤形成晶圆。而SiC晶锭的制作相比Si则低效很多，普遍采用PVT法，将固态SiC加热至2500℃升华后再在温度稍低的高质量SiC籽晶上重新结晶，核心难点在于：1）加热温度高达2500℃，且SiC生长速度很慢（<1mm/h）；2）生长出的晶锭尺寸远远短于Si；3）对籽晶要求很高，需要具备高质量、与所需晶体直径一致等特点；4）SiC晶锭硬度较高，加工及抛光难度大；基于SiC衬底，普遍采用化学气相沉积技术（CVD）获得高质量外延层，随后在外延层上进行功率器件的制造。由于SiC衬底晶圆相比Si具有更高的缺陷密度，会进一步干扰外延层生长，外延层本身也会产生结晶缺陷，影响后续器件性能。▼SiC晶圆外延层生长另一方面，SiC晶圆的尺寸迭代与Si相比仍处于较为早期的阶段。目前Cree、ST等主流厂商都已经量产6英寸的晶圆，并同步进行8英寸的研发，计划最早于2022年量产8英寸晶圆。单片8英寸晶圆芯片产量可达到6寸的1.8倍，但同时也面临着缺陷密度变高等难题。据专业人士分析，2022年有望成为SiC价格下降的关键转折点，因为主流豪华品牌开始量产采用SiC方案的车型，这将大幅提升Cree等衬底厂商8英寸线的产能利用率，到2025年SiC器件价格有望下降到当前水平的1/4-1/3，结合电池成本的节省，SiC的经济性和性能优势将充分显现。▼CreeSiC晶圆的迭代历史从产业链分工的角度来看，目前Cree、Rohm、ST都已形成了SiC衬底→外延→器件→模块垂直供应的体系。而Infineon、Bosch、OnSemi等厂商则购买SiC衬底，随后自行进行外延生长并制作器件及模块。Infineon在收购Wolfspeed失败后，做出战略调整，认为衬底研发高风险、高投入、耗时久，希望在保持低CAPEX的同时提高衬底的利用效率，因此收购德国Siltectra，借助其ColdSplit技术有效降低每片SiC衬底晶圆的厚度，芯片产量至少提升一倍。国内厂商在SiC领域还处于相对落后的阶段，在衬底端，天科合达（TankeBlue）、山东天岳（SICC）合计出货量仅有2%，中车时代6英寸SiC器件生产线于2018年2月通线，器件和模组端逐步向商业化推进。SiC产业链分为三大环节：上游的SiC晶片和外延→中间的功率器件的制造（包含经典的IC设计→制造→封装三个小环节）→下游工控、新能源车、光伏风电等应用。目前上游的晶片基本被美国CREE和II-VI等美国厂商垄断；国内方面，SiC晶片商山东天岳和天科合达已经能供应2英寸~6英寸的单晶衬底，且营收都达到了一定的规模（今年均会超过2亿元RMB）；SiC外延片：厦门瀚天天成与东莞天域可生产2英寸~6英寸SiC外延片。▼大陆第三代半导体SiC产业链分布图▼国际及中国台湾第三代半导体SiC产业链分布图目前，美、欧、日厂商在全球碳化硅产业中较为领先，其中美国厂商占据主导地位。随着中美贸易战的不断升级，半导体芯片领域成为了中美必争之地，伴随着中兴、华为事件，国家越来越重视芯片，高端装备等领域的国产化。此外，SiC材料和器件在军工国防领域的重要作用，也越来越突出。SiC外延设备在推动产业链国产化过程中，意义尤为重大。本文转载自第三代半导体联合创新孵化中心（ID：casazlkj )

一、碳化硅行业概况半导体材料通过多年的发展，目前可以分为三代，即第一代半导体“元素半导体”，典型如硅基和锗基半导体，适用于数据的运算和存储；其中硅基半导体技术较为成熟，应用也较广；第二代是砷化镓、磷化铟为基础的的III-V族化合物半导体，在电和光的转化方面性能突出，在微波信号传输方面的效率更高，可被广泛应用到照明、显示、通讯等各个领域。碳化硅(SiC)是新世纪具有广阔发展潜力的第三代新型半导体材料，SiC晶片和外延衬底在通信、汽车、电网、航空、航天、石油开采以及国防等各个领域有着广阔的应用前景。三代半导体材料特性参数对比资料来源：公开资料整理碳化硅产业的上游以石英矿和石油焦为主要原料，中游为碳化硅冶炼块的制造，下游是碳化硅磨料、工件涂覆层、高硬度陶瓷材料与半导体器件的制造与应用。碳化硅行业产业链示意图资料来源：公开资料整理二、碳化硅行业市场现状分析目前SIC的成本是Si的4-5倍，预计未来3-5年价格会逐渐降为Si的2倍左右，SIC行业的增速取决于SIC产业链成熟的速度，目前成本较高，且SIC器件产品参数和质量还未经足够验证；SIC和GaN电力电子器件（GaN在电力电子中的应用，不包括在高频射频器件）2023年在整体功率器件渗透率分别为3.75%和1%；驱动因素是新能源汽车新能源发电以及快充。2017-2023年SiC、GaN、Si在电力电子器件中的渗透率资料来源：公开资料整理2018年氮化镓射频器件全球市场规模约4.2亿美元（约28亿元人民币），随着5G通讯网络的推进，氮化镓射频器件市场将迅速扩大，预计到2023年，全球射频氮化镓器件市场规模将达到13亿美元（约91亿元人民币）；预计SIC功率器件将由2019年的4.5亿美元到2025年接近30亿美元。2014-2020年SiC与GaN功率器件市场规模预测资料来源：公开资料整理相关报告：华经产业研究院发布的《2020-2025年中国碳化硅行业市场运营现状及投资规划研究建议报告》三、碳化硅行业竞争格局分析目前SiC上游的晶片基本被美国CREE和II-VI等美国厂商垄断；国内方面，SiC晶片商山东天岳和天科合达已经能供应2英寸~6英寸的单晶衬底，且营收都达到了一定的规模；SiC外延片：厦门瀚天天成与东莞天域可生产2英寸~6英寸SiC外延片。碳化硅国内外主要参与企业资料来源：公开资料整理2018年-2020年碳化硅相关的中国专利数量为2887份；申请数量前10的单位主要有山东天岳先进材料科技有限公司、电子科技大学等；前10名的专利总数量为393项，占全部的13.6%；前10名之间的数量差别不是很大；总体来看近三年我国碳化硅专利的分布比较分散。2018年-2020年碳化硅相关的中国专利数量Top10资料来源：公开资料整理2019年三菱、英飞凌、Wolfspeed分别推出SiC模块与SiC模块（混合）产品，在光伏领域，高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器未来的发展趋势，因此基于性能更优异的SIC材料的光伏逆变器也将是未来重要的应用趋势。2019年各个领域的SiC模块产品推出情况产，资料来源：公开资料整理2020年7月20日，投资160亿元，占地面积1000亩的“三安光电第三代半导体产业园”，在长沙高新区启动开工建设。该产业园主要用于建设具自主知识产权的衬底（碳化硅）、外延、芯片及封装产业生产基地。这里，也将诞生我国首条碳化硅全产业链生产线。从三安光电近年来经营数据来看，据统计，截至2020年上半年三安光电营业收入为35.68亿元，同比增长5.31%，净利润为6.35亿元，同比下降28.11%。2014-2020年H1三安光电经营现状分析资料来源：公司公报，华经产业研究院整理四、碳化硅行业发展趋势分析我国的“中国制造2025”计划中明确提出要大力发展第三代半导体产业。2015年5月，中国建立第三代半导体材料及应用联合创新基地，抢占第三代半导体战略新高地；国家科技部、工信部、北京市科委牵头成立第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA），对推动我国第三代半导体材料及器件研发和相关产业发展具有重要意义。2017-2019年国家第三代半导体相关政策资料来源：公开资料整理SiC半导体潜在应用领域较为广泛，对新能源汽车、轨道交通、智能电网和电压转换等领域都具有潜在的应用前景。随着下游行业对半导体功率器件轻量化、高转换效率、低发热特性需求的持续增加，SiC在功率器件中取代Si成为行业发展的必然。但是碳化硅功率器件领域仍然存在一些诸多共性问题亟待突破，比如碳化硅单晶和外延材料价格居高不下、材料缺陷问题仍未完全解决、碳化硅器件制造工艺难度较高、高压碳化硅器件工艺不成熟、器件封装不能满足高频高温应用需求等，全球碳化硅技术和产业距离成熟尚有一定的差距，在一定程度上制约了碳化硅器件市场扩大的步伐。华经情报网隶属于华经产业研究院，专注大中华区产业经济情报及研究，目前主要提供的产品和服务包括传统及新兴行业研究、商业计划书、可行性研究、市场调研、专题报告、定制报告等。涵盖文化体育、物流旅游、健康养老、生物医药、能源化工、装备制造、汽车电子等领域，还深入研究智慧城市、智慧生活、智慧制造、新能源、新材料、新消费、新金融、人工智能、“互联网+”等新兴领域。

（报告出品方/作者：国金证券，樊志远、邓小路、刘妍雪）报告综述性能优异，第三代半导体应运而生。第三代半导体材料具有宽的禁带宽度， 高击穿电场、高热导率及高电子饱和速率，因而更适合于制作高温、高频及 大功率器件。2019 年中国 SiC、GaN 电力电子器件应用市场中，消费电源是 第一大应用，占比 28%，工业及商业电源次之，占比 26%，新能源汽车排第 三，占比 11%，未来随着 SiC、GaN 产品的成本下降，性价比优势开始凸显，将会有更多的应用场景。预测 2027 年 SiC 器件的市场规模将从 2020 的 6 亿美元增长至 100 亿美元，呈现高速增长态势。新能源汽车快速发展，SiC 迎来发展良机。SiC 应用于新能源车，可以降低 损耗、减小模块体积重量、提升续航能力。Model 3 率先采用 SiC，开启了电 动汽车使用 SiC 先河，2020 年比亚迪汉也采用了 SiC 模块，有效提升了加速 性能、功率及续航能力，丰田燃料电池车 Mirai 车型搭载了 SiC，功率模块 体积降低了 30%，损耗降低了 70%。新能源汽车迎来高速增长期，2020 年 11 月，新能源汽车产销分别完成 19.8 万辆和 20 万辆，同比分别增长 75.1% 和 104.9%。预测 2025 年全球新能源汽车有望达到 1100 万辆，中国占 50%。 新能源汽车需要新增大量的功率半导体，48V 轻混需要增加 90 美元以上， 电动或者混动需要增加 330 美元以上，如果采用 SiC 器件，则单车价值量增 加更多。目前有众多电动汽车品牌正在研发 SiC 方案，我们认为，随着成本 下降和技术的逐步成熟，SiC 在新能源车中具有较大的应用空间。其他领域 也有望快速渗透，预测 2025 年光伏逆变器 SiC 渗透率将由 2020 年的 10%提 升到 50%；2030 年轨交 SiC 渗透率将由 2018 年的 2%提升到 30%。碳化硅 6 英寸将成为主流，成本有望大幅下降。SiC 晶片向大尺寸发展，以 不断提高芯片利用率和生产效率。伴随 CREE 、 II VI 等企业 6 英寸 SiC 晶 片制造技术的成熟， 6 英寸产品质量和稳定性逐渐提高，国外下游器件制造 厂商对 SiC 晶片的采购需求逐渐由 4 英寸向 6 英寸转化，国内也正在积极向 6 寸方向发展。2018-2020 年，SiC 产品价格保持平稳，预计 2021 年在电动 汽车需求拉动下，价格继续保持稳定；伴随大量扩产及产能不断释放，将会 出现较大幅度成本下降，预测 2025 年 SiC 产品价格仅有目前的 1/5~1/4。 美、欧、日系企业优势明显，中国 SiC 产业链逐渐完善。欧美日企业领先， 其中美国优势最为明显，2019 年全球 SiC 产量的 70%~80%来自美国公司， 其中 Cree 一家独大，2020 年上半年 SiC 晶片 Cree 占比 45%。国内 SiC 产业 链逐渐完善，企业快速发展，市占率提升较快，天科合达的 SiC 晶片全球市 占率从 2018 年的 1.7%提升到了 2020 年上半年的 5.3%，天科合达的 SiC 晶 片全球市占率从 2018 年的 0.5%提升到了 2020 年上半年的 2.6%。预测 2025 年中国碳化硅晶片占全球比将从 2020 年的 8.6%提升至 16%。一、第三代半导体优势渐显，应用多点开花1.1 性能优异，第三代半导体应运而生 半导体经过近百年的发展后，目前已经形成了三代半导体材料。第一代半 导体材料主要是指硅、锗元素等单质半导体材料；第二代半导体材料主要 是指化合物半导体材料，如砷化镓(GaAs)、锑化铟（InSb）；01 三元化合 物半导体，如 GaAsAl、GaAsP； 第三代半导体材料主要以碳化硅(SiC) 、 氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的宽禁带半 导体材料，其中最为重要的就是 SiC 和 GaN。 SiC 和 GaN 基 MOSFETs 突破性能极限，技术升级势在必行：和第一代、 第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有宽的禁带宽度，高的击穿 电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，因而更适合 于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。为了追求更小的器件体积以及 更好的性能，功率器件厂商逐渐推进下一代技术方案的 SiC 和 GaN 基 MOSFETs。举例来讲，1）SiC 基 MOSFETs 相较于硅基 MOSFETs 拥有高 度稳定的晶体结构，工作温度可达 600 ℃；2）SiC 的击穿场强是硅的十倍 多，因此 SiC 基 MOSFETs 阻断电压更高；3）SiC 的导通损耗比硅器件小 很多，而且随温度变化很小；4）SiC 的热导系数几乎是 Si 材料的 2.5 倍， 饱和电子漂移率是 Si的 2 倍，所以 SiC 器件能在更高的频率下工作。 SiC MOSFET 在 600V 以上具有较强的优势，最高可应用于 6500V 高压。 相对于传统的 Si 基 IGBT，SiC MOSFET 在电流密度、工作频率、可靠 性、漏电流等性能指标方面优势明显。 SiC 主要应用于白色家电、新能源（电动汽车、风电、光伏）、工业应用 等。1.2 碳化硅可降低能耗，缩小器件体积 碳化硅导通损耗和开关损耗优势明显。就电动汽车逆变器而言，功率器件 是核心能量转换单元，其损耗包含两部分，导通损耗 Econ 和开关损耗 Esw。碳化硅在电流比较小也就是轻载的工况下导通损耗优势是比较明显 的，再结合轻载工况开关损耗占比更大（碳化硅开关损耗也低），这也印 证了为什么碳化硅更适合城市工况。因此逆变器应用碳化硅 MOS 体现在效率Map 上就是高效区面积比较大。另外，碳化硅 MOS 打开时双向导通， 又规避了 IGBT 模块在续流时，FRD 的导通压降比 IGBT 大的问题，进一 步降低导通损耗。 IGBT 模块的 FRD 在开关过程中存在反向恢复电流，反向恢复电流一方面 会给系统带来安全工作区、电磁兼容等负面影响，另外也额外增加了反向 恢复损耗；而碳化硅 MOS 则从材料及结构本身的特性上决定其非常小的反 向恢复电流；功率器件开关损耗很大程度上是由于其开关速度决定的， IGBT 本身由于开通时 FRD 的反向恢复过程，以及关断时存在拖尾电流， 导致其开关速度受到限制，开关损耗相对较高；而碳化硅 MOS 更像是一个 刚性开关，极快的开关速度带来更低的开关损耗。 碳化硅可降低整车能耗。根据海外机构试验数据，按照 WLTC 工况（更接 近实际城市工况）续航能力的提升，基于 750V IGBT 模块及 1200V 碳化硅 模块仿真显示，400V 母线电压下，由 750V IGBT 模块替换为 1200V 碳化 硅模块，整车能耗降低 6.9%；如果电压提升至 800V，整车能耗将进一步 降低 7.6%。 碳化硅除了有效率优势外，还具有以下优势： 相同电压、电流等级情况下，碳化硅 MOS 芯片面积比 IGBT 芯片要 小，设计出的功率模块功率密度更大，更小巧； 碳化硅芯片耐更高的温度，理论上远超 175℃； 高频电源设计能够缩小系统储能器件的体积，例如大电感及大容量电 容等。 SiC 电力电子器件经历了与 Si 器件类似的发展历程，目前以 SBD 与 MOSFET 技术最为成熟。 特斯拉 Model3 及比亚迪汉已采用 SiC 模块，SiC 模块优势明显，随着成本 的进一步下降，未来将越来越多的电动汽车采用 SiC 模块，车用将是 SiC 模块最大的增长动力。 在车用方面，SiC MOSFET 在性能方面明显占优，可以降低损耗，减小模 块体积重量，IGBT 在可靠性鲁棒性方面占优。碳化硅器件应用于车载充电 系统和电源转换系统，能够有效降低开关损耗、提高极限工作温度 、 提升 系统效率。目前全球已有超过 20 家汽车厂商在车载充电系统中使用碳化硅 功率器件；碳化硅器件应用于新能源汽车充电桩，可以减小充电桩体积， 提高充电速度。 SiC 虽好，但良率低、成本较高是制约发展因素。虽然 SiC 是长期趋势， 但是 SiCMOSFET 短期内难以取代 IGBT。SiC 在磊晶制作上有材料应力的 不一致性，造成晶圆尺寸在放大时磊晶层接合面应力会超出拉伸极限，导 致晶格损坏，降低了产品良率，故目前 SiC 芯片成品率低，晶圆尺寸主流仍维持 4 寸或 6 寸，无法取得大尺寸晶圆成本优势，生产成本过高。 当前 制约 SiC 器件发展的主要因素在于其高昂的价格，而成本的主要决定因素 是衬底和晶圆尺寸。随着未来 SiC 向大尺寸方向发展，良率有望进一步提 升，成本有望进一步下降，应用空间有望进一步打开。1.3 碳化硅 6 英寸将成为主流，成本有望大幅下降 碳化硅晶片尺寸向大尺寸方向发展，6 英寸晶片将成为主流。与硅片类 似，第三代半导体碳化硅晶片向大尺寸方向发展，以不断提高下游对碳化 硅晶片的利用率和生产效率。伴随 CREE 、 II VI 等企业 6 英寸碳化硅晶片 制造技术的成熟完善， 6 英寸产品质量和稳定性逐渐提高，国外下游器件 制造厂商对碳化硅 晶片的采购需求逐渐由 4 英寸向 6 英寸转化。国内也正 在积极向 6 寸方向发展，在 8 英寸碳化硅晶片尚未实现产业化的情况下， 6 英寸碳化硅晶片将成为市场主 流产品。 预测 SiC 晶片大幅下降。2018-2020 年期间，SiC 产品价格一直平稳，预计 2021 年价格依然会保持稳定；随着产能不断释放，半导体时代产业数据中 心预计，将会出现较大幅度价格下跌，预测 2025 年 SiC 产品价格仅有目前 的 1/5~1/4二、多领域需求驱动，碳化硅高速成长2.1 碳化硅市场成长动力主要来自新能源汽车、光伏等 我国作为全球最大的新能源汽车市场，随着特斯拉等品牌开始大量推进 SiC 解决方案，国内的厂商也快速跟进，以比亚迪为代表的整车厂商开始 全方位布局，推动第三代半导体器件的在汽车领域加速。第三代半导体器 件在充电桩领域的渗透快于整车市场，主要应用是直流充电。2019 年，新 能源汽车细分市场的 SiC 器件应用规模（含整车和充电设施）约为 4.2 亿 元，较上年增长了 70%，未来五年预计将保持超过 30%的年均增长。2019 年，第三代半导体电力电子器件在工业及商业电源的市场规模接近 9 亿 元，增速超过 30%。受5G 浪潮、汽车电气化、物联网、智慧城市、军用 雷达等宏观要素推动，终端的消费电子、汽车电子带来更新换代需求；而 云端数据中心催化了服务器市场的高速增长；同时 5G 基站新浪潮带来了 通讯电源市场的爆发。一方面受通讯电源、服务器电源的市场高速增长影 响，另一方面在工商业电源中成本敏感度稍低，随着 SiC、GaN 产品的成 本下降，大量解决方案的出台，第三代半导体产品的性价比开始凸显，因 此工商业领域，特别是毛利较高的高端市场，新技术的渗透较预期的快。2.2 预测 2027 年碳化硅 功率器件的市场规模将 超过 100 亿 美元 2018 年碳化硅功率器件市场规模约 3.9 亿美元，受新能源汽车庞大需求的 驱 动 以及电力设备等领域的 带动 ，IHS 预测到 2027 年碳化硅 功率器件的 市场规模将 超过 100 亿 美元。2021 年起，受益电动汽车拉动，SiC MOSFET 将保持较快的速度增长，成为最畅销的分立 SiC 功率器件。2.3 预测 2025 年光伏发电逆变器 SiC 渗透率 50% 在 光伏发电应用中，基于 硅基器件的传统逆变器成本 约占系统 10% 左 右，却是系统能量损耗的主要 来源之一。使用碳化硅 MOSFET 或碳化硅 MOSFET 与 碳化硅 SBD 结合 的功率模块的光伏逆变器，转换效率可从 96%提升至 99% 以上，能量损耗 降低 50% 以上，设备循环寿命提升 50 倍，从而能够缩小系统体积 、增加功率密度、延长器件使用寿命 、降低生 产成本 。高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器的未来发展趋 势。在组串式和集中式光伏逆变器中，碳化硅产品预计会逐渐替代硅基器 件。2.4 预测 2030 年轨道交通 SiC 渗透率 30% 城市轨道车辆和高速列车是轨道交通未来发展的主要动力。轨道交通车辆 中大量应用功率半导体器件，其牵引变流器、辅助变流器、主辅一体变流 器、电力电子变压器、电源充电机都有使用碳化硅器件的需求。其中牵引 变流器是机车大功率交流传动系统的核心装备，将 碳化硅器件应用于轨道 交通牵引变流器能极大发挥 碳化硅 器件高温、高频和低损耗特性， 提高 牵引变流器装置效率，符合轨道交通大容量、轻量化和节能型牵引变流装 置的应用需求提升系统的体效能 。2012 年 包含 碳化硅 SBD 的混合碳化硅 功率模块在东京地铁银座线 37 列车辆中商业化应用，实现了列车牵引系统 节能效果的明显提升、电动机能量损耗的大幅下降和冷却 单元 的小型化 ，2014 年日本小田急电铁新型通勤车辆配备了三菱电机 3300V/1500A 全碳化硅功率模块逆变器，开关损耗降低 55%、体积和重量减少 65 %，电 能损耗降低 20%~36%。2018 年碳化硅器件在轨道交通总占比约为 2%， CASA预测，2030 年轨道交通碳化硅器件占比将达到 30%。三、碳化硅在电动汽车领域有望大显身手 新能源车功率半导体价值量大幅增加：新增功率器件价值量主要来自于汽 车的“三电”系统，包括电力控制，电力驱动和电池系统。在动力控制单 元中，IGBT 或者 SiC 模块将高压直流电转换为驱动三相电机的交流电；在 车载充电器 AC/DC 和 DC/DC 直流转换器中，都会用到 IGBT 或者 SiC、 MOS、SBD 单管；在电动助力转向、水泵、油泵、PTC、空调压缩机等高 压辅助控制器中都会用到 IGBT 单管或者模块；在 ISG 启停系统、电动车 窗雨刮等低压控制器中都会用到 MOS 单管。3.1 Model 3 率先采用 SiC MOSFET，开启了电动汽车使用 SiC 先河 特斯拉逆变器模组上率先采用了 24 颗碳化硅 SiC MOSFET，该产品由意法 半导体提供，随后英飞凌也成为了特斯拉的 SiC 功率半导体供应商。整个 功率模块单元由单管模块组成，采用标准 6-switches 逆变器拓扑，每个 switch 由 4 颗单管模块组成，共 24 颗单管模块，器件耐压为 650V。Model 3 的 SiC 单管模块设计与 Model S/X 采用 Infineon IGBT 单管思路一致，好 处是实现不同功率等级的可扩展，同时还能提升模块封装良率，降低半导 体器件成本。 比亚迪汉采用 SiC MOSFET 提升加速性能、功率及续航能力。 2020 年，比亚迪汉 EV 车型电机控制器首次使用了比亚迪自主研发并制造 的 SiC MOSFET 控制模块，大大提高了电机性能。 碳化硅加速性能好。宽禁带最直接的好处，有更高的击穿场强，也就是耐 高压，即是可以控制更高的系统电压。比亚迪汉能够使用 650V 电压平台，也有碳化硅的功劳。高电压意味着低电流，能减少设备电阻的损耗。 对电机设计来说，也更容易在小体积下实现更高功率，也因此，比亚迪汉 可以轻松实现 3.9S 的 0–100 加速性能。 碳化硅可实现大概率及高续航。除了宽禁带带来的优势外，碳化硅还有两 大优势，一个是饱和电子速度更高，一个是导热率更高、耐温性能更高。 饱和电子速度快，也就是可以通过更大的电流。碳化硅材料的电子饱和速 度是硅材料的两倍，因此在设备设计时，匹配的电流强度更容易远离设备 的饱和电流，也就能实现在导通状态下更低的电阻。这能减少电能的损 耗，也有助于降低设备发热，简化散热设计。特别是在瞬时大电流情况 下，设备温度积累减少，再加上耐温性增加与材料本身更强的导热率，也 让设备散热更容易。车辆也就能爆发出更大的功率。这是比亚迪汉能实现 363Kw 功率的原因。使用磷酸铁锂的情况下能达到 605 公里的续航里程， 显然也有碳化硅的功劳。 丰田燃料电池车 Mirai 车型采用碳化硅模块 电装已经开始批量生产搭载了 SiC（碳化硅）功率半导体的新一代升压功 率模块，该模块将应用于丰田燃料电池车 Mirai 车型。电装与丰田的 SiC 功率模块的应用历经 HEV、燃料电池巴士和燃料电池乘用车。新 Mirai 的 新一代固态燃料电池核心组件 Toyota FC Stack 搭配了使用多个 SiC 功率 半导体的 FC 升压变换器。升压变换器作用是输出高于输入电压的电压。 功率模块体积缩小了 30%，损耗降低了 70%。根据电装的测算，与采用 Si 基功率半导体的产品相比，搭载了 SiC 功率半导体（含二极管和晶体管） 的新型升压功率模块体积缩小了约 30%，损耗降低了约 70%，在实现功率 模块小型化的同时提升了车辆的燃油效率。 搭载 SiC 模块的新 Mirai 续航里程提升 30%。丰田表示，通过在 FC 升压 变压器中使用 SiC 半导体，采用锂离子低压蓄电池等方式，降低系统能耗 损失。同时，在提升 FC 电堆性能的基础上，通过采用触媒活性再生控制 技术，提升发电效率。从而丰田实现了新 Mirai WLTC 工况最高续航里程约 850km，较上一代车型提升约 30%。3.2 电动汽车快速发展，碳化硅迎来发展良机 根据 Infineon 数据，2020 年，48V 轻混汽车需要增加 90 美元功率半导 体，电动汽车或者混动需要增加 330 美元功率半导体。如果要采用碳化硅 器件，单车价值量则更高。 2019 年，全球电动汽车达到 221 万辆，同比增长 10%，中国新能源汽车销 售 120.6 万辆，同比下降了 4.0%。 2020 年 11 月，新能源汽车产销分别完成 19.8 万辆和 20 万辆，同比分别增 长 75.1%和 104.9%。2020 年 1-11 月，新能源汽车产销分别完成 111.9 万辆 和 110.9 万辆，其中产量同比下降 0.1%，销量同比增长 3.9%。 彭博新能源财经（BloombergNEF）预测，2025 年全球新能源汽车有望达到 1100 万辆，中国占 50%，2030 年有望达到 2800 万辆，2040 年将达到 5600 万辆。届时，电动汽车销量将占到全部新车销量的 57％。四、碳化硅市场被国际巨头占领，国内企业大力布局，奋起直追4.1 美国 CREE一家独大，欧、美、日系企业优势明显 美国公司占全球 SiC 产量的 70%~80%。在 SiC 领域，欧美日企业领先， 其中美国优势最为明显。全球 SiC 产量的 70%~80%来自美国公司，海外 SiC 单晶衬底企业主要有 Cree、DowCorning、SiCrystal、II-VI、新日铁住 金、Norstel 等；外延片企业主要有 DowCorning、II-VI、Norstel、Cree、罗 姆、三菱电机、Infineon 等；器件方面相关主要企业包括 Infineon、Cree、 罗姆、意法半导体等。 国际大厂纷纷布局 SiC。2019 年 9 月，科锐与德尔福科技宣布开展汽车碳 化硅器件合作；2020 年 12 月，科锐成为大众汽车集团 FAST（未来汽车供 应链）项目 SiC 独家合作伙伴。 博世也正在研发碳化硅产品。其他国际大 厂如 ROHM、英飞凌、ST、安森美等均已积极推广 SiC 新器件，聚焦在高 工艺、定制化、稳供应上。国内厂商也在积极布局，奋起直追。 Cree（科锐）10 亿美元加码碳化硅业务。2019 年，碳化硅大厂 Cree（科 锐）宣布将投资 10 亿美元扩大碳化硅产能，在美国总部北卡罗莱纳州达勒 姆市建造一座采用最先进技术的自动化 200mm SiC 碳化硅生产工厂和一座材料超级工厂。这是 Cree 有史以来最大的生产投资，将为 Wolfspeed 碳化 硅和碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）业务提供动能。 全球功率半导体领域排名第二的安森美半导体，在 SiC MOSFET布局上也 成绩斐然。2020 年第一季度安森美发布了 900V SiC MOSFET 技术，并将 于下半年发布 650V SiC MOSFET 技术。其中，安森美与客户合作的碳化硅 应用范围已经从常见的汽车牵引逆变器、电动汽车(EV)车载充电、电动汽 车充电桩(EVC)、光伏和云计算等，逐步推向专业音频、专业照明、医疗、 电动工具、电器、辅助电机等应用领域。 ROHM 早于 2010 年开始量产 SiC MOSFET，2012 年开始供应符合 AECQ101 标准的车载级产品，与国内外汽车企业深度合作，2020 年 ROHM 推 出的“1200V 第四代 SiC MOSFET”通过大幅减少寄生电容来降低约 50％ 的开关损耗，兼具了低导通电阻和高速开关性能，适用于包括主机逆变器 在内的汽车动力总成系统和工业设备的电源。 多款 SiC器件新品推出，器件供应迅速上量。Mouser 数据显示，2019 年各 厂家在售的各类 SiC、GaN 产品（含功率电子和微波射频，不含 LED）已 经接近 1300 款，较 2017 年增加了 6 成，仅 2019 年就新增了 321 款新品。 英飞凌预计 2021 财年 SiC 销售额达到 1.5 亿欧元。英飞凌的目标是将 SiC 的销售额从 2020 财年的 8000 万欧元增长至 2021 财年的 1.5 亿欧元，其中 一半将来自汽车业。 英飞凌看好沟槽式 SiC 发展。有关平面与沟槽的争论，英飞凌看好沟槽式 SiC 的市场前景，虽然一些客户仍然对特定应用更喜欢平面，但不断增长 的成本优势和沟槽技术的出色表现意味着行业势头最终将转向沟槽。英飞 凌的第一代沟槽解决方案不仅在目前主要使用平面技术的竞争对手中损失 最少，而且还是唯一在 Rohm 以外使用沟槽解决方案的公司。英飞凌已经 在其第二代解决方案的高级开发中（功率能力提高了 25-30％），进一步巩 固了其前进的优势。 2020 年上半年 SiC 晶片 Cree 占比 45%。根据半导体时代产业数据中心数 据显示：2020 上半年全球半导体 SiC 晶片市场份额，美国 CREE 出货量占 据全球 45%，日本罗姆子公司 SiCrystal 占据 20%，II-VI 占 13%；中国企 业天科合达的市场占有率由 2019 年 3%上升至 2020 年上半年的 5.3%，山 东天岳占比为 2.6%。目前国内出货量比较大或者比较知名的晶圆衬底企业 有天科合达、山东天岳、河北同光、东莞天域、河北普兴、中科钢研、中 电科二所和南砂晶圆等。 国内供应商市占率提升较快。根据 Yole 数据，2018 年导电型 SiC 晶片，美 国占有全球碳化硅晶片产量的 70%以上，仅 CREE 公司就占据一半以上市 场份额，剩余份额大部分被日本和欧洲的其他碳化硅企业占据。从以上数据对比可知，国内以天科合达和山东天岳为主的 SiC 晶片厂商发展速度较 快，市占率提升明显。4.2 中国大力布局碳化硅，产业链逐步完善 中国 SiC 产业链正在逐渐完善。中国企业在单晶衬底方面以 4 英寸为主， 目前已经开发出了 6 英寸导电性 SiC 衬底和高纯半绝缘 SiC 衬底。山东天 岳、天科合达、河北同光、中科节能均已完成 6 英寸衬底的研发，中电科 装备研制出 6 英寸半绝缘衬底。外延片方面，中国瀚天天成、东莞天域半 导体、国民天成均可供应 4-6 英寸外延片。模块方面有斯达半导体、比亚 迪电子、中车时代电气等公司。三安光电在 SiC 方面也在深度布局。 国内 IGBT 龙头斯达半导体布局 SiC。2020 年 12 月 18 日，斯达半导体发 布公告，计划投资建设全碳化硅功率模组产业化项目，总投资 2.29 亿元， 建设年产 8 万颗车规级全碳化硅功率模组生产线和研发测试中心，项目将 按照市场需求逐步投入。 预测 2025 年中国碳化硅晶片占全球比将从 2020 年的 8.6%提升至 16%。 根据半导体时代产业数据中心，预测 2020 年中国碳化硅晶片在半导体领域 的出货量 13 万片，仅占全球 8.67%；预测 2025 年出货量 80 万片，2020- 2025 年复合增长率为 43.8%，远高于全球 27.2%复合增长率，中国出货量 占有率上升至 16%。五、看好行业细分龙头5.1 投资建议SiC 产业有望在新能源车、光伏、轨交等领域的需求拉动下迎来快速发 展，预测 2027 年全球 SiC 器件市场规模达到 100 亿美元。目前欧美日企业 占据主导地位，国内 SiC 产业链逐渐完善，企业快速发展，市占率提升较 快，天科合达的 SiC 晶片全球市占率从 2018 年的 1.7%提升到了 2020 年上 半年的 5.3%，天科合达的 SiC 晶片全球市占率从 2018 年的 0.5%提升到了 2020 年上半年的 2.6%。预测 2025 年中国碳化硅晶片占全球比将从 2020 年 的 8.6%提升至 16%。看好全球 SiC 优质公司：科锐（Cree）、意法半导体（STMicro）、英飞 凌（Infineon）、斯达半导、三安光电、华润微、中车时代电气、天科合 达（未上市）、山东天岳（未上市）、泰科天润（未上市）。5.2 风险提示 SiC 技术难度较大，国内进展缓慢； SiC 成本居高不下，各领域应用进展不达预期； SiC 扩产项目较多，竞争激励，产能过剩； 新能源车发展不达预期、光伏、轨交等领域 SiC 渗透率不达预期； SiC 产业需要持续性投入。（报告观点属于原作者，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）精选报告来源：【未来智库官网】。