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SiC產(chǎn)業(yè)深度報告：價格迎來甜蜜點，SiC應(yīng)用駛?cè)肟燔嚨酪?、汽車電子?qū)動SiC功率市場黃金十年1.1

功率器件下游應(yīng)用分布廣泛，需求景氣度抬升化合物半導(dǎo)體主要應(yīng)用于（1）光電子，如

LED、激光器等；（2）射頻通信，如

PA、

LNA。開關(guān)、濾波器等；（3）電力電子，如二極管、MOSFET、IGBT等。GaAs、GaN受益于

5G終端及基站，SiC受益于新能源汽車。第二代化合物

GaAs相對

成熟，主要用于通訊領(lǐng)域，全球市場容量接近百億美元，受益于射頻芯片尤其是

PA升

級驅(qū)動。GaN大功率、高頻性能更出色，主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，受益于基站

PA對高頻、

高壓需求；SiC主要作為高功率半導(dǎo)體材料應(yīng)用于汽車以及工業(yè)電力電子，在大功率轉(zhuǎn)

換應(yīng)用中具有巨大的優(yōu)勢，有望受益于新能源汽車。第三代化合物半導(dǎo)體滲透率穩(wěn)步提升。根據(jù)

Yole和

Omdia，2020

年

SiC和

GaN功率半

導(dǎo)體全球市場將增長至

8.54

億美元，其中

SiC電力電子市場規(guī)模約

7.03

億美元，到

2025

年有望超過

30

億美元。綜合

Yole、IHS、Gartner等多家三方機構(gòu)數(shù)據(jù)，2020

年全球功

率半導(dǎo)體器件市場規(guī)模約

180~200

億美元，SiC、GaN電力電子器件滲透率約為

4.2%~4.5%，同比提升

1%。國內(nèi)第三代半導(dǎo)體市場快速成長，滲透率仍有較大提升空間。根據(jù)

CASA統(tǒng)計，2020

年

我國第三代半導(dǎo)體電力電子和射頻電子總產(chǎn)值超過

100

億元，同比增長

69.5%。其中，

SiC、GaN電力電子產(chǎn)值規(guī)模達(dá)

44.7

億元，同比增長

54%，襯底材料約

2.2

億元，外延

及芯片約

5

億元，器件及模組約

7.2

億元，裝臵約

30

億元，與前幾年相比，中下游的增

速加快。據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2020

年國內(nèi)

SiC、GaN電力電子器件滲透率僅

1.56%，低于全球的

4.2%~4.5%的水平，仍有較大上升空間。根據(jù)

CASA，未來

5

年

SiC、GaN電力電子器件應(yīng)用市場有望以

45%的

CAGR增長到

2025

年的超過

300

億元

市場規(guī)模。第三代半導(dǎo)體材料器件在新能源汽車、太陽能光伏和消費類電源（PFC）三個領(lǐng)域應(yīng)用

取得較大進(jìn)展。我國第三代半導(dǎo)體電力電子器件領(lǐng)域主要應(yīng)用于新能源汽車、消費類電

源（PFC）、光伏逆變器、快充電源、工業(yè)級商業(yè)電源等。其中，新能源汽車是第三代半導(dǎo)體電力電子器件領(lǐng)域最大的市場，規(guī)模約為

15.8

億元，占到整個第三代半導(dǎo)體電力電子器件市場規(guī)模的

38%。隨著

SiC分立器件或模塊在汽車

逆變器、車載充電器（OBC）和

DC/DC轉(zhuǎn)換器中被廣泛使用，CASA預(yù)計國內(nèi)

SiC汽車

領(lǐng)域

CAGR有望達(dá)到

30.6%，到

2025

年市場規(guī)模超

45

億元，預(yù)計全球汽車

SiC功率半

導(dǎo)體市場預(yù)計將以

38.0％的

CAGR增長至

2025

年超過

100

億元市場規(guī)模。1.2

碳化硅：高壓、大功率器件核心材料SiC作為第三代化合物半導(dǎo)體，相比

Si具有大禁帶寬度、高臨界擊穿場強、高熱導(dǎo)率三

個最顯著特征。4H-SiC的禁帶寬度是

Si的

3

倍，因此

SiC材料能夠在更高溫（如汽車電

子）下穩(wěn)定工作。SiC的臨界擊穿場強可以達(dá)到

Si的

10

倍，與

Si器件相比，SiC可以在

更高雜質(zhì)濃度、更薄漂移層厚度的情況下制作出高耐壓功率器件。從而同時實現(xiàn)“高耐

壓”、“低導(dǎo)通電阻”、“高頻”三個特性。SiC的導(dǎo)熱率可達(dá)

Si的

3

倍，因此能夠提高熱

傳導(dǎo)能力。隨著電子元器件集成度提升，功率和密度增大，單位體積發(fā)熱量增加，高導(dǎo)

熱率的材料有利于元器件向更小型化發(fā)展。SiC在高電壓、高功率領(lǐng)域應(yīng)用具有優(yōu)勢。由于

SiC材料具有耐高溫、耐高壓、低導(dǎo)通

電阻（低開關(guān)損耗）、高頻等優(yōu)良特性，因此應(yīng)用于汽車電子、光伏、軌道交通、工業(yè)控

制等領(lǐng)域?qū)肀?/p>

Si材料更顯著的優(yōu)勢。目前

SiC半導(dǎo)體仍處于發(fā)展初期。SiC襯底處于行業(yè)上游，1970

年代

SiC單晶生長方法

取得突破，1990

年代

SiC襯底實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。SiC襯底本身具有較高的成本。SiC外延材

料和

SiC基電力電子器件性能及其可靠性仍然受到襯底結(jié)晶缺陷、表面加工質(zhì)量的制約。

晶圓生長過程中易出現(xiàn)材料的基面位錯，以致

SiC器件可靠性下降。另一方面，晶圓生

長難度導(dǎo)致

SiC材料價格昂貴，想要大規(guī)模得到應(yīng)用仍需一段時期的技術(shù)改進(jìn)。目前市場上

SiC產(chǎn)品主要包括

SiC二極管、SiCMOSFET、SiC二極管與

SiCMOSFET構(gòu)成的全

SiC模塊、以及

SiC二極管與

SiIGBT構(gòu)成的混合模塊這四大類產(chǎn)品。SiC裸

片目前主要出售給大客戶。SiC二極管在挖礦機、數(shù)據(jù)中心電源、充電樁中有批量的商

業(yè)應(yīng)用。SiCMOSFET應(yīng)用于光伏逆變器、充電樁、電動汽車充電與驅(qū)動、電力電子變

壓器等。SiC二極管在功率因素校正（PFC）中應(yīng)用較廣，是

SiC器件主要的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)前的

SiC器件主要包括純肖特基接觸的

SBD器件和帶有

p型注入的結(jié)勢壘型

JBS器件。電壓

集中在

650V、1200V。SiCMOSFET兼具耐高壓和無尾電流的優(yōu)點。Si材料器件會隨著電壓增加，單位面積導(dǎo)

通電阻增加，因此

600V以上的電壓中主要采用

IGBT，IGBT導(dǎo)通電阻比

MOSFET還要

小，但缺點在于關(guān)斷時會產(chǎn)生尾電流，從而造成極大的開關(guān)損耗。SiC器件漂移層電阻

比

Si器件低，SiCMOSFET能夠?qū)崿F(xiàn)高耐壓和低導(dǎo)通電阻，且

MOSFET原理上不產(chǎn)生尾

電流，所以用

SiC-MOSFET替代

IGBT能夠明顯地減少開關(guān)損耗，并且實現(xiàn)散熱部件的

小型化。SiCMOSFET相比

IGBT，還能在高頻條件下驅(qū)動，從而實現(xiàn)無源器件的小型化。與

600V～900V的

SiMOSFET相比，SiCMOSFET芯片面積更?。蓪崿F(xiàn)小型封裝），且體

二極管的恢復(fù)損耗非常小，適用于工業(yè)機器電源、高效率功率調(diào)節(jié)器的逆變器或轉(zhuǎn)換器

中。目前

SiC基電力電子器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光伏、功率因子校正電源、汽車、風(fēng)電及

牽引機車行業(yè)。汽車領(lǐng)域已經(jīng)較為廣泛搭載

SiCSBD和

SiCMOSFET。據(jù)

Yole統(tǒng)計，2018

年，國際上

有

20

多家汽車廠商已經(jīng)在車載充電機（OBC）中使用

SiCSBD或

SiCMOSFET。此外，

特斯拉

Model3

的逆變器采用了意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的全

SiC功率模塊，該功率模塊包含兩

個采用創(chuàng)新芯片貼裝解決方案的

SiCMOSFET，并通過銅基板實現(xiàn)散熱。目前針對車用

電機控制器的

SiC模塊主要包括：650V、900V和

1200V三個電壓等級，電流從幾十安

培到幾百安培不等。SiC和

GaN這兩種第三代半導(dǎo)體材料均可作為

MOSFET器件材料?；谄渥陨硖匦缘牟?/p>

異，600~900V應(yīng)用采用

GaN器件的居多，900V以上應(yīng)用采用

SiC器件的居多。此

外，當(dāng)前已有較多的

GaNFET器件應(yīng)用在高端的

DC-DC轉(zhuǎn)化器中，SiCMOSFET的使用

也會逐漸增多，但分別應(yīng)用在不同的場景和領(lǐng)域：SiCMOSFET主要應(yīng)用在高壓大電流

的模塊，GaNFET主要應(yīng)用在高頻的模塊。在高壓、超高壓器件，SiC的優(yōu)勢尤為明顯。目前

600V、1200V、1700VSiC器件已實

現(xiàn)商業(yè)化，預(yù)期未來

3300V（三菱電機已經(jīng)生產(chǎn)出來）和

6500V級、甚至萬伏級以上的

應(yīng)用需求將快速提升。SiC混合模塊的電流可以做到

1000A以上，與相同電流電壓等級

的

Si模塊比較，性能優(yōu)勢較為明顯，成本和可靠性方面相對于全

SiC模塊較易被用戶接

受，因此，在要求有高電能轉(zhuǎn)換效率的領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用市場。隨著

SiC產(chǎn)品向高壓

大容量方向發(fā)展，SiC產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用量都會越來越多。但在

600V及以下小容量

換流器中，在面臨現(xiàn)有

SiMOSFET強有力競爭之外，還可能會受到

GaN器件的沖擊。1.3

多因素推動，SiC大規(guī)模運用甜蜜點到來盡管

SiC功率器件在性能上有諸多優(yōu)勢，但此前

SiC的發(fā)展主要受到價格、晶圓質(zhì)量、

工藝技術(shù)等限制，沒有被大規(guī)模使用。近兩年，起步較早的

Wolfspeed、Rohm、英

飛凌等海外廠商不斷進(jìn)行產(chǎn)品迭代，產(chǎn)品性能、質(zhì)量持續(xù)提升；晶圓良率提升，尺寸升

級，產(chǎn)能擴充，襯底價格快速下探，我們認(rèn)為

SiC器件廣泛應(yīng)用的甜蜜點已經(jīng)到來。1.3.1

產(chǎn)品升級迭代，性能及穩(wěn)定性提升打開更大應(yīng)用市場空間自

Wolfspeed發(fā)布

2011

年發(fā)布業(yè)界首款

SiCMOSFET以來，羅姆、三菱電機、意法半

導(dǎo)體、英飛凌等陸續(xù)也推出

SiC功率產(chǎn)品并持續(xù)進(jìn)行迭代。襯底質(zhì)量不斷提升。SiC外延材料和

SiC基功率器件性能及可靠性受到襯底結(jié)晶缺陷、表

面加工質(zhì)量的制約，晶圓生長過程中易出現(xiàn)材料的基面位錯，以致

SiC器件可靠性下降。

2020

年以來，國外

6

英寸

SiC襯底產(chǎn)品已實現(xiàn)商用化，主流大廠陸續(xù)推出

8

英寸襯底樣

品并開始投建

8

英寸

SiC晶圓產(chǎn)線，微管密度達(dá)到

0.6cm-2。SiC外延方面，6

英寸產(chǎn)品

實現(xiàn)商用化。國內(nèi)

SiC商業(yè)化襯底仍然以

4

英寸為主，并逐步向

6

英寸過渡，微管密度

小于

1

個/cm2，襯底可用面積實現(xiàn)

95%。研發(fā)方面，實現(xiàn)了高質(zhì)量

6

英寸襯底材料的制

備，微管密度為

0.5

個/cm2，螺位錯密度為

1200

個/cm2。SiC功率晶體設(shè)計不斷迭代，產(chǎn)品性能持續(xù)提升。隨著

SiC功率晶體設(shè)計的不斷發(fā)展，

各廠商近年來持續(xù)進(jìn)行產(chǎn)品升級迭代，可靠性和性能大幅提升。目前已量產(chǎn)的增強型碳

化硅功率晶體的晶粒結(jié)構(gòu)主要有平面式（planar）和溝槽式（trench）兩種。平面式結(jié)構(gòu)設(shè)計較為簡單，溝槽式在制造過程中多一步柵槽刻蝕工藝。溝槽式結(jié)構(gòu)能夠更有效利用較高的電子遷移率，達(dá)到更低的通態(tài)電阻。以

Rohm的第三

代溝槽柵極

SiCMOSFET為例，相比第二代產(chǎn)品，第三代采用了溝槽型柵極結(jié)構(gòu)，將

RonA減小了一半，獲得相同導(dǎo)通電阻所需要的芯片面積有所減小，還可以降低成本。此外，

Rhom通過采用特殊雙溝槽結(jié)構(gòu)（Doubletrench），解決了溝槽柵極

MOSFET結(jié)構(gòu)底部

的柵極氧化膜在關(guān)斷時會承受較高的電場，難以保證長期可靠性的問題（英飛凌采取非

對稱溝槽式（AsymmetricTrench）結(jié)構(gòu)解決這一問題）。1.3.2

SiC成本下降迎來價格甜蜜點DieSize和成本是SiC技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的核心變量。我們比較目前市場主流1200V硅基IGBT及

SiC基

MOSFET，可以發(fā)現(xiàn)

SiC基

MOSFET產(chǎn)品較

Si基產(chǎn)品能夠大幅減少

DieSize，

且表現(xiàn)性能更好。但是最大阻礙仍在于

WaferCost，根據(jù)

yoledevelopment測算，單片

成本

SiC比

Si基產(chǎn)品高出

7~8

倍。目前

SiC主流尺寸處于

4

英寸向

6

英寸過渡階段。單晶尺寸的增加往往會伴隨結(jié)晶質(zhì)量

的下降，SiC襯底從

1~8

英寸不等，主流尺寸為

4~6

英寸。由于尺寸越大，生產(chǎn)效率越

高，但生產(chǎn)品質(zhì)控制難度越高，因此目前

6

英寸主要用于二極管，4

英寸主要用于

MOSFET。

由于

6

英寸的硅晶圓產(chǎn)線可以升級改造成用于生產(chǎn)

SiC器件，所以預(yù)計

6

英寸

SiC襯底

的高市占率會維持較長時間。未來

5

年內(nèi)驅(qū)動

SiC器件市場增長的主要因素將由

SiC二極管轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

SiCMOSFET。

目前，SiC電力電子器件市場的主要驅(qū)動因素是功率因數(shù)校正（PFC）和光伏應(yīng)用中大規(guī)

模采用的

SiC二極管。然而，得益于

SiCMOSFET性能和可靠性的提高，3~5

年內(nèi)，SiCMOSFET有望在電動汽車傳動系統(tǒng)主逆變器中獲得廣泛應(yīng)用，未來

5

年內(nèi)驅(qū)動

SiC器件

市場增長的主要因素將由

SiC二極管轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

SiCMOSFET。SiC成本下降依賴于尺寸增加、可用厚度增加和缺陷密度下降。伴隨大直徑襯底占比不

斷提高，襯底單位面積生長成本下降。單晶可用厚度在不斷增加。以直徑

100mm單晶

為例，2015

年前大部分單晶廠商制備單晶平均可用厚度在

15mm左右，2017

年底已經(jīng)

達(dá)到

20mm左右。伴隨襯底結(jié)晶缺陷密度下降的同時，工藝復(fù)雜程度增加。在大部分襯底提供商完成低缺陷密度單晶生長工藝及厚單晶生長工藝研發(fā)后，襯底單位面積價格會

迎來相對快速的降低。SiC電力電子器件價格進(jìn)一步下降，與同類型

Si器件價差縮小。根據(jù)

CASA，Mouser，

從公開報價來看，2020

年底

650VSiCSBD均價為

1.58

元/A，同比下降

13.2%，與

Si器件的價差約

3.8

倍；1200VSiCSBD均價為

3.83

元/A，同比下降

8.6%，與

Si器件的

差距約

4.5

倍。根據(jù)

CASA調(diào)研，實際成交價低于公開報價，650VSiCSBD實際成交價

格約

0.7

元/A，1200VSiCSBD價格約

1.2

元/A，約為公開報價的

60%-70%，同比則下

降了

20%-30%，實際成交價與

Si器件價差已經(jīng)縮小至

2-2.5

倍之間，已經(jīng)達(dá)到了甜蜜

點。若考慮系統(tǒng)成本（周邊的散熱、基板等）和能耗等因素，SiC產(chǎn)品已經(jīng)具備一定競

爭力，隨著產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)更加成熟和產(chǎn)能不斷擴充，未來在下游新能源汽車、光伏逆變、

消費類電子等市場應(yīng)用有望加速滲透。1.4

新能源汽車是

SiC器件最重要驅(qū)動力隨著全球?qū)τ跉夂蜃兣?、二氧化碳減排的認(rèn)知不斷提升，各國政府陸續(xù)推出一系列燃油

車禁售目標(biāo)及新能源車補貼措施，例如我國《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2020-2035）》

提出到

2025

年新能源汽車新車銷量占比達(dá)到

25%左右。車企也紛紛制定新能源車銷量

占比目標(biāo)，例如奧迪預(yù)計到

2025

年其新能源車型銷量占比達(dá)到

40%，沃爾沃計劃

2025

年達(dá)到

50%，2030

年達(dá)到

100%，寶馬預(yù)計到

2030

年新能源車型銷量占比達(dá)到

50%

等等。新能源汽車的高速發(fā)展為第三代半導(dǎo)體功率器件帶來廣闊應(yīng)用空間。新能源汽車將是

SiC器件需求規(guī)模大幅增長的主要推動力。按照

SiC功率器件應(yīng)用發(fā)展

來看，初期

SiC器件主要用于

PFC電源領(lǐng)域，過去十年

SiC在光伏及一些能源儲存系統(tǒng)

中被廣泛，未來十年，新能源汽車、充電設(shè)施、軌道交通將是

SiC器件需求規(guī)模大幅增

長的主要推動力。根據(jù)

Yole，2019

年

SiC全球市場規(guī)模超過

5.4

億美元，到

2025

年將

達(dá)到

25.6

億美元，CAGR30%，其中新能源汽車占比最高，2025

年市場規(guī)模將達(dá)到

15.5

億美元，CAGR38%，充電樁增速高達(dá)

90%。新能源汽車系統(tǒng)架構(gòu)中涉及到

SiC應(yīng)用的系統(tǒng)主要有電機驅(qū)動器、車載充電器（OBC）

/非車載充電樁和電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載

DC/DC）。SiIGBT具有導(dǎo)通壓降小、耐壓高、開

關(guān)速度快的優(yōu)勢，目前大量應(yīng)用于新能源汽車的

OBC、DC/DC和電機控制器中。未來

SiC器件將在新能源汽車應(yīng)用中具有更大優(yōu)勢。IGBT是雙極型器件，在關(guān)斷時存

在拖尾電流，因此關(guān)斷損耗大。MOSFET是單極器件，不存在拖尾電流，SiCMOSFET的導(dǎo)通電阻、開關(guān)損耗大幅降低，整個功率器件具有高溫、高效和高頻特性，能夠提高

能源轉(zhuǎn)換效率。電機驅(qū)動：電機驅(qū)動中使用

SiC器件的優(yōu)勢在于提升控制器效率，提升功率密度和開關(guān)

頻率，減少開關(guān)損耗以及簡化電路散熱系統(tǒng)，從而降低成本、大小，改善功率密度。豐

田的

SiC控制器將電驅(qū)動控制器體積減小

80%。電源轉(zhuǎn)換：車載

DC/DC變換器的作用是將動力電池輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，

從而為動力推進(jìn)、HVAC、車窗升降、內(nèi)外照明、信息娛樂和一些傳感器等不同系統(tǒng)提供

不同的電壓。使用

SiC器件可降低功率轉(zhuǎn)換損耗并實現(xiàn)散熱部件的小型化，從而減小變

壓器體積。充電模塊：車載充電器和充電樁使用

SiC器件，能夠發(fā)揮其高頻、高溫和高壓的優(yōu)勢，

采用

SiCMOSFET，能夠顯著提升車載/非車載充電機功率密度、減少開關(guān)損耗并改善熱

管理。根據(jù)

Wolfspeed，汽車電池充電機采用

SiCMOSFET在系統(tǒng)層面的

BOM成本將降

低

15%；在

400V系統(tǒng)相同充電速度下，SiC充電量較硅材料可以翻倍。非車載直流快速充電機：將輸入的外部

AC轉(zhuǎn)換為電動汽車所需的

DC電源，并將其

存儲在電池中。SiC的高開關(guān)速度是新型快速充電器的核心。車載蓄電池充電機（OBC）：將來自電池子系統(tǒng)的

DC電源轉(zhuǎn)換為主驅(qū)動電機的

AC電源。在插入外部電源充電時，OBC的整流電路將

AC電源轉(zhuǎn)換為

DC電源，為蓄電

池充電。OBC系統(tǒng)還可以通過再生制動收集車輛動量產(chǎn)生的動能，并送到電池。與

硅相比，SiCOBC體積小

60％，器件熱量和能量損失都更少。特斯拉引領(lǐng)行業(yè)潮流，率先在逆變器上使用

SiC。特斯拉

Model3

的電驅(qū)動主逆變器采

用意法半導(dǎo)體的全

SiC功率模塊，包含

650VSiCMOSFET，其襯底由科銳提供。目前特

斯拉僅在逆變器中引用了

SiC材料，未來在車載充電器（OBC）、充電樁等都可以用到

SiC。大陸電動車龍頭廠比亞迪漢四驅(qū)版是國內(nèi)首款在電機控制器中使用自主研發(fā)SiC模塊的

電動汽車。借助

SiC的低開關(guān)及導(dǎo)通損耗及高工作結(jié)溫特性，漢

EV的

SiC模塊同功率情

況下體積較硅

IGBT縮小一半以上，功率密度提升一倍。根據(jù)比亞迪，公司計劃到

2023

年，在旗下所有電動車中用

SiC功率半導(dǎo)體全面替代

IGBT。2020

年

12

月，比亞迪半導(dǎo)

體公布目前在規(guī)劃自建

SiC產(chǎn)線，預(yù)計

2021

年建成自有

SiC產(chǎn)線。目前汽車

SiC模塊供應(yīng)鏈廠商主要從四個維度進(jìn)軍市場。SiC模組廠商與

Tier1

廠商合作：以羅姆為代表，2020

年

6

月，羅姆與大陸集團(tuán)

（Continental）動力總成事業(yè)群緯湃科技（VitescoTechnologies）達(dá)成合作協(xié)議，

共同開發(fā)

SiC動力解決方案，緯湃科技將首選合作伙羅姆提供的

SiC功率器件，提

升電動汽車功率電子效率；領(lǐng)先功率器件及模塊廠商：在全球

Si功率器件領(lǐng)先的英飛凌、安森美、ST意法半

導(dǎo)體等廠商在

SiC材料功率器件同樣具備優(yōu)勢。襯底廠商垂直整合：以

II-VI為代表，通過收購

SiC器件廠商，及

GE的

SiCIP授權(quán)，

垂直整合

SiC業(yè)務(wù)；電動汽車

OEM廠商同時也是

Tier1：例如比亞迪，不僅是整車廠，比亞迪半導(dǎo)體具

備自主研發(fā)

SiC模塊能力。車用

SiC器件滲透率提升有望帶來市場規(guī)?？焖贁U張。據(jù)

Yole統(tǒng)計，新能源汽車是

SiC功率器件下游最重要的應(yīng)用市場，預(yù)計到

2024

年新能源車用

SiC功率器件市場規(guī)模將

達(dá)到近

12

億美元。2018

年國際上有

20

多家汽車廠商已經(jīng)在車載充電機（OBC）中使用

SiCSBD或

SiCMOSFET。目前以特斯拉

Model3、比亞迪漢為代表的車型在逆變器中采用

SiC功率模塊只是車用

SiC器件的起步，未來隨著

SiC在車載充電器、DC/DC轉(zhuǎn)換以

及充電樁中滲透率提升，市場空間有望快速擴大。僅考慮逆變器的使用，新能源車將消耗絕大部分

SiC襯底產(chǎn)能；如果考慮車載

OBC、

充電樁、DC/DC的

SiC使用滲透提升，需求量將更大。從產(chǎn)能角度來看，以特斯拉

Model3

為例估算，根據(jù)拆解圖，主逆變器中有

24

個

SiC模塊，每個模塊

2

個

SiCMOSFET，

共需要

48

顆芯片。一個

6

寸片面積約為

8.8

輛車所消耗的

SiCMOSFET芯片面積，假設(shè)

10%邊緣損耗和

60%良率，則單個

6

寸片足夠供應(yīng)約

4.7

輛車。Model3/Y2019

年交貨

量

30

萬輛，消耗

6.4

萬片

SiC，約占當(dāng)年全球產(chǎn)能

24%。盡管

SiC產(chǎn)業(yè)鏈在快速擴產(chǎn)，

預(yù)計

2025

年產(chǎn)能為

2019

年的

10

倍，中期測算，僅考慮逆變器的搭載，新能源汽車將

占

SiC襯底產(chǎn)能

50%。根據(jù)

Yole及科銳業(yè)務(wù)情況，科銳預(yù)計到

2024

年，其

SiC晶圓可服務(wù)市場規(guī)模約

11

億美

元，SiC器件可服務(wù)市場規(guī)模達(dá)到

50

億美元。考慮降價因素

2025

年新能源汽車

SiC需求中樞在

59~65

億美元。我們假設(shè)

2025

年

全球新能源汽車出貨量

1800

萬~2000

萬輛，考慮

SiC晶圓隨著技術(shù)成熟價格下降，假

設(shè)單價約

2000

美元/片，則預(yù)計到

2025

年新能源汽車僅逆變器

SiC需求空間彈性中樞

在

59~65

億美元。此外，新能源汽車

DC/DC、車載充電器系統(tǒng)及充電樁中

SiC的應(yīng)用將

進(jìn)一步提升新能源車用

SiC市場規(guī)模！二、產(chǎn)業(yè)鏈大力擴產(chǎn)應(yīng)對需求爆發(fā)，國內(nèi)企業(yè)有望同步成長SiC上游處于供不應(yīng)求階段，諸多硅電力電子廠商積極參與。目前，國外已有超過

30

家公司具備

SiC材料、器件制造能力，并從事相關(guān)商業(yè)活動?，F(xiàn)有硅電力電子器件龍頭

制造商或多或少地活躍在

SiC領(lǐng)域。目前有包括

Infineon、Rohm、Cree、STM等

20

家

企業(yè)提供

SiC肖特基二極管產(chǎn)品。據(jù)

CASA，2020

年國內(nèi)投產(chǎn)

3

條

6

英寸

SiC晶圓產(chǎn)線，到

2020

年底，國內(nèi)至少已有

8

條

6

英寸

SiC晶圓制造產(chǎn)線（包括中試線），另有約

10

條

SiC生產(chǎn)線正在建設(shè)。國內(nèi)

600~3300VSiCSBD的產(chǎn)業(yè)化初見成效，開始批量應(yīng)用，面向電網(wǎng)的

6.5kVSiCSBD正

在研發(fā)。國內(nèi)企業(yè)也已經(jīng)研發(fā)出

1200V/50ASiCMOSFET。2.1

外資廠商主導(dǎo)

SiC市場，大力擴產(chǎn)迎接需求科銳：全球

SiC襯底龍頭企業(yè)，引領(lǐng)行業(yè)升級營收連續(xù)五個季度環(huán)比增長。公司2022

財年第?

季度營收1.57億美元，環(huán)比增長7.4%，

同比增長

35.6%。單季度

Non-GAAP凈虧損

2380

萬美元，Non-GAAP毛利率

33.5%，

Q2

為

32.3%，資本開支

2.09

億美元。展望下季度，公司預(yù)計營收區(qū)間為

1.65

至

1.75

億美金，環(huán)比再提升，單季度

Non-GAAP凈虧損收窄至

1900-2300

萬美元。與通用汽車達(dá)成戰(zhàn)略合作。2021

年

10

月，Wolfspeed宣布與通用汽車達(dá)成一項戰(zhàn)略供

應(yīng)商協(xié)議，Wolfspeed降維為通用汽車的未來電動汽車計劃開發(fā)并提供碳化硅功率器件

解決方案，Wolfspeed碳化硅器件將賦能通用汽車電動汽車動力系統(tǒng)。更

名

Wolfspeed，

戰(zhàn)

略

重

大

轉(zhuǎn)

變

，

第

三

代

化

合

物

半

導(dǎo)

體

成

核

心

業(yè)

務(wù)

。

科

銳

（Cree|Wolfpseed，美）是目前全球最大的

SiC襯底制造商，公司

1987

年成立于達(dá)勒姆，

創(chuàng)始人曾在北卡羅來納州立大學(xué)從事

SiC物理特性相關(guān)科研工作。公司技術(shù)最初商業(yè)化

用于

LED市場，小部分產(chǎn)品進(jìn)入軍用和航空航天領(lǐng)域，后進(jìn)入照明市場。近年來，科銳

戰(zhàn)略發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，2021

年

10

月，公司公告正式更名

Wolfpseed，Wolfspeed原本是

Cree的主營第三代化合物半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的子公司，公司在

2019

年出售了照明業(yè)務(wù)，2020

年

10

月宣布出售

LED業(yè)務(wù)，足見公司在第三代化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域的信心。Wolfspeed業(yè)務(wù)的競爭對手包括其他材料供應(yīng)商，如

II-VI公司和日本

Rohm，在功率器件領(lǐng)域，競

爭對手還包括英飛凌和意法半導(dǎo)體。引領(lǐng)行業(yè)升級，向

8

英寸襯底發(fā)展。Woldspeed1991

年推出全球第一款商用

SiC晶圓，

后陸續(xù)引領(lǐng)全球?qū)崿F(xiàn)

2

英寸、4

英寸、6

英寸

SiC單晶量產(chǎn)商用，8

英寸

SiC單晶襯底也

已研制成功。業(yè)務(wù)垂直涵蓋襯底和器件。Wolfspeed第三代化合物射頻和電力電子材料和器件業(yè)務(wù)分

為材料、射頻產(chǎn)品、功率產(chǎn)品三部分。其中材料產(chǎn)品包括

4

英寸/6

英寸的硅基和

SiC基

襯底，SiC外延包括

n型、p型和厚膜外延以及氮化物異質(zhì)外延。Wolfspeed功率產(chǎn)品包

括

SiCMOSFET裸芯片、SiCMOSFET、SiC模塊、SiC基肖特基二極管裸芯片、SiC基肖

特基二極管以及柵極驅(qū)動板和參考設(shè)計，主要應(yīng)用于汽車電子、工業(yè)和再生能源領(lǐng)域。公司功率和射頻產(chǎn)品主要由位于北卡羅萊納州的自有工廠以及在加州

MorganHill的

租賃工廠生產(chǎn)。其

LED生產(chǎn)基地位于廣東惠州。需求旺盛，Wolfspeed營收恢復(fù)增長。復(fù)盤

Wolfspeed季度營收、毛利率、ASP及出

貨量，第三代化合物半導(dǎo)體業(yè)務(wù)營收從

2019

年年中開始下滑，2019

年的下滑主要是因

為功率及射頻需求減少，出貨量降低，2020

年開始，受中美貿(mào)易摩擦、疫情影響，公司

營收同比下降，尤其是貿(mào)易摩擦，導(dǎo)致亞洲需求減少，部分客戶調(diào)整供應(yīng)鏈，轉(zhuǎn)向其他

供應(yīng)商。2021

年以來，隨著下游對功率及射頻需求的增長，公司營收恢復(fù)增長。Wolfspeed的競爭優(yōu)勢及壁壘在于：1）

專利數(shù)量多：截至

2019

年

6

月，Wolfspeed擁有

1379

項美國授權(quán)專利和約

2394

項國外專利，最長有效期到

2039

年。此外

Wolfspeed還與

LED、SiC、GaN和電源

設(shè)備市場的主要廠商達(dá)成了約

20

項專利及交叉許可協(xié)議。2）

規(guī)模大、市占率高：SiC襯底全球市占率接近

60%，近年來有所下降，未來隨著公

司大力擴產(chǎn)，聚焦

SiC業(yè)務(wù)，有望維持高市占率。3）

超過

20

年

SiC領(lǐng)域經(jīng)驗積累：SiC襯底制造過程需要超高溫控制，以提升結(jié)晶質(zhì)

量；SiC材料硬度高，需要掌握

SiC劃切技術(shù)（英飛凌曾收購具備可減少損耗的特

殊劃切技術(shù)廠商

Siltectra）。4）

車規(guī)級認(rèn)證周期長、要求嚴(yán)格：車規(guī)級

SiC器件對產(chǎn)品性能要求高，具有認(rèn)證周期

長，通過認(rèn)證后與客戶合作關(guān)系穩(wěn)固長久的特點，目前

Wolfspeed已有多款車規(guī)級

產(chǎn)品，在建的

NorthFab將滿足車規(guī)級

8

寸工藝標(biāo)準(zhǔn)。Wolfspeed計劃未來大幅擴產(chǎn)

30

倍（相比

2016Q3）。目前全球

SiC襯底市場主要由

科銳主導(dǎo)，其市場份額占全球

6

成。2019

年

5

月，科銳宣布未來

5

年投資

10

億美元用

于擴大

SiC產(chǎn)能，與

2016Q3

產(chǎn)能比，科銳

2024

年的

SiC、GaNDevice（GaNonSiCRF）、

SiC晶圓產(chǎn)能將分別最大擴大

30

倍。Wolfspeed同時擴產(chǎn)現(xiàn)有工廠和投建新工廠，擴廠

SiC襯底及器件產(chǎn)能。Wolfspeed10

億

Capex中

4.5

億美元用于“NorthFab”新工廠，增產(chǎn)

SiC和

GaN器件，同時籌備符

合車載認(rèn)定要求的生產(chǎn)產(chǎn)線，預(yù)計在

2020

年開始生產(chǎn)。預(yù)計到

2024

年

6

英寸

SiC晶圓

產(chǎn)能將提高

30

倍，8

英寸

SiC晶圓將會實現(xiàn)量產(chǎn)，產(chǎn)能將進(jìn)一步提高。另外將對達(dá)勒姆

總部的園區(qū)內(nèi)的現(xiàn)有工廠投資

4.5

億美元，作為其

SiC晶圓的第一個“MegaFactory”，

增加

SiC晶圓產(chǎn)能。剩下一億美元用于其他領(lǐng)域相關(guān)業(yè)務(wù)投資。除自用生產(chǎn)

SiC器件外，Wolfspeed與意法半導(dǎo)體、英飛凌、安森美等公司均簽訂長期

SiC晶圓供貨戰(zhàn)略協(xié)議，為這些公司提供

6

寸

SiC晶圓。II-VI：垂直布局

SiC產(chǎn)業(yè)鏈，五年擴產(chǎn)

5~10

倍美國

II-VI公司成立于

1971

年，其主營業(yè)務(wù)包括光電材料和化合物半導(dǎo)體，產(chǎn)品應(yīng)用于

光通信、工業(yè)、航空國防、消費電子等領(lǐng)域。2020

財年總營收

23.8

億美元，其中化合

物半導(dǎo)體營收占比

35%，約

8.3

億美元。垂直整合打通

SiC產(chǎn)業(yè)鏈。II-VI在

SiC領(lǐng)域有接近

20

年的研究經(jīng)驗，目前也已經(jīng)研發(fā)

成功

8

寸

SiC晶圓。II-VI在

SiC的布局采用的是垂直整合的方式，在其襯底產(chǎn)能基礎(chǔ)上，

2020

年

6

月，獲得通用電氣

SiC器件及功率模組技術(shù)，2020

年

8

月收購

Ascatron（瑞

典）以及

INNOViON（美國）。Ascatron是瑞典國家科研所旗下公司，由寬帶隙材料專家

團(tuán)隊帶領(lǐng)，專注于

SiC外延及器件。INNOViON是全球最大的離子注入服務(wù)供應(yīng)商，全

球范圍內(nèi)有

30

臺注入設(shè)備，技術(shù)覆蓋從

2

英寸到

12

英寸晶圓，以及各種半導(dǎo)體材料，

包括硅、砷化鎵、磷化銦和

SiC。通過垂直整合，預(yù)計公司未來將在

SiC器件市場占據(jù)一

定份額。未來五年襯底擴產(chǎn)

5-10

倍。就

II-VI公司襯底業(yè)務(wù)來講，自

2014

年以來，其

SiC襯底

產(chǎn)能平均每

18-24

個月翻倍，公司計劃自

2020

年開始，5

年內(nèi)

6

寸晶圓產(chǎn)能擴張

5-10

倍，同時擴大運用差異化的材料技術(shù)的

8

寸晶圓產(chǎn)能。II-VI的

SiC產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域聚焦射

頻及汽車電子用功率半導(dǎo)體。結(jié)合

Yole，StrategyAnalytics，LightCounting等數(shù)據(jù)，公

司預(yù)計化合物半導(dǎo)體及金剛石在射頻及功率器件中的市場規(guī)模將在

2025

年達(dá)到

62

億美

元。SiC襯底：價值量占比最高的環(huán)節(jié)，目前受海外龍頭主導(dǎo)SiC襯底是

SiC器件價值量最高的環(huán)節(jié)。SiC器件發(fā)展主要分為

3

個部分：SiC單晶的制

備、SiC晶體外延生長、SiC電力電子器件應(yīng)用。根據(jù)英飛凌，SiC襯底目前仍是

SiC器

件成本中占比最高的部分。全球襯底市場仍由外資廠商主導(dǎo)。SiC襯底制備是生產(chǎn)

SiC器件的關(guān)鍵技術(shù)，科學(xué)家最

早于

1955

年制備出

3C-SiC孿晶，奠定了

SiC發(fā)展基礎(chǔ)，20

世紀(jì)

80

年代初，科研人員

制備出

SiC晶體，全球?qū)?/p>

SiC的投入開始增加。根據(jù)

CASA，2020

年上半年科銳（45%）、

II-VI（13%）、羅姆（20%，收購

SiCrystal）三家占據(jù)全球

78%市場份額。SiC器件：產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合，加強布局迎接新能源汽車機會全球

SiC功率器件集中度高。SiC功率器件方面，意法半導(dǎo)體占比最高，此外

Wolfspeed、

羅姆、英飛凌、三菱電機均占據(jù)一定市場份額，市場集中度同樣較高。我們認(rèn)為，形成

這一格局的原因主要是：意法半導(dǎo)體在

Si基功率器件領(lǐng)域原本就具備優(yōu)勢，還成為特斯拉

Model3

全

SiC模

塊的定制化供應(yīng)商，此外

ST與科銳、SiCrystal自

2019

年

1

月以來簽訂了超過

6

億

美元的

SiC晶圓供應(yīng)合同，提前鎖定上游材料；Wolfspeed與羅姆自身有

SiC襯底產(chǎn)能，具備從襯底到器件設(shè)計、生產(chǎn)的全產(chǎn)業(yè)鏈

能力；II-VI雖然具備襯底產(chǎn)能，但

2020

年才通過收購的方式垂直整合，未來也有望在器

件搶占部分市場份額；英飛凌憑借其在功率器件方面的領(lǐng)先技術(shù)，通過與

Wolfspeed合作，在器件領(lǐng)域占

比也較大。產(chǎn)業(yè)鏈廠商通過上下游延伸，提升競爭力。前面提到，II-VI公司

2020

年收購

Ascatron和

INNOViON，向下游器件延伸。羅姆收購

SiCrystal獲得

SiC晶圓產(chǎn)能。此外，英飛凌

在

2018

年

11

月收購

Siltectra，Siltectra成立于

2010

年，具備一項能夠大幅減少材料損

耗的切割晶體材料的技術(shù)，能使得

SiC晶圓產(chǎn)出芯片數(shù)量在

2022

年增加

2

倍。意法半

導(dǎo)體

2019

年

12

月收購瑞典

Norstel，Norstel能夠提供

6

寸

SiC襯底及外延。頭部廠商

積極進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈上下游延伸，以提升市占率。積極擴產(chǎn)只待需求爆發(fā)。無論是襯底廠商還是器件廠商，均在積極擴產(chǎn)，以承接未來

2-3

年后汽車電子、工業(yè)領(lǐng)域

SiC器件應(yīng)用需求的全面爆發(fā)。2.2

國內(nèi)

SiC產(chǎn)業(yè)鏈較完整，加速向國際水平看齊三安垂直產(chǎn)業(yè)鏈布局，在國內(nèi)具備顯著優(yōu)勢。三安光電是國內(nèi)極少有的已形成

SiC垂直

產(chǎn)業(yè)鏈布局的廠商，三安集成

2014

年成立，2018

年推出

SiC二極管，目前已完成

650V和

1200V布局。在長沙投資

160

億于

SiC等化合物三代半垂直產(chǎn)業(yè)鏈，資本開支力度遠(yuǎn)

超國外廠商。湖南三安收購福建北電新材料

100%股權(quán)，向襯底等上游延伸。三年時間，

公司完成

SiC器件產(chǎn)品線覆蓋。我們認(rèn)為三安大力加快

SiC垂直產(chǎn)業(yè)鏈布局及擴產(chǎn)，在

國內(nèi)

SiC產(chǎn)業(yè)鏈中具備技術(shù)及資金優(yōu)勢，同時產(chǎn)品具備國際競爭力，未來將充分受益新

能源汽車等需求爆發(fā)?；衔锇雽?dǎo)體快速起量，持續(xù)加碼布局。2021H1，三安集成實現(xiàn)營收

10.2

億元（不含泉州三安濾波器實現(xiàn)營收

1242.6

萬元），同比大幅增長

170.6%，Q2

營收

6.1

億元，環(huán)

比增長

48.4%，Q3

收入

6.5

億元，同比翻倍以上增長。公司

GaAs已經(jīng)達(dá)到

8000

片/

月產(chǎn)能，覆蓋

2G~5G、wifi領(lǐng)域，國內(nèi)外客戶累計近

100

家。濾波器

SAW和

TC-SAW開拓客戶

41

家。光通訊產(chǎn)品

PD、VCSEL、DFB穩(wěn)步上升。電力電子產(chǎn)品

SiC、硅基

GaN逐步進(jìn)入量產(chǎn)階段。光通信及

VCSEL客戶數(shù)量及質(zhì)量逐步提升。SiC投資：長沙項目重點布局

SiC，整合材料公司。三安集成是全球少數(shù)實現(xiàn)

SiC從材料到封裝一體化的半導(dǎo)體公司。目前，三安集成是繼

科銳、羅姆后，全球少數(shù)實現(xiàn)

SiC垂直產(chǎn)業(yè)鏈布局的廠商，在國內(nèi)更是行業(yè)先驅(qū)者。與

Si材料相比，SiC晶圓生長速率滿、晶錠長度短、晶圓大小受晶種限制，且硬度高，不

易切切割、研磨、拋光，進(jìn)而影響

SiC器件質(zhì)量及穩(wěn)定性，故目前襯底市場格局集中、

價格高企、產(chǎn)能有限。三安具備的產(chǎn)業(yè)鏈一體化能力有利于增強品控、提高交貨能力、

提升公司盈利能力。三安集成實現(xiàn)國內(nèi)

SiC產(chǎn)業(yè)鏈一體化具有重要意義。目前國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)鏈在各環(huán)節(jié)仍有一

定差距。國外襯底正從

6

英寸向

8

英寸轉(zhuǎn)移，國內(nèi)仍處于

4

英寸至

6

英寸過渡階段；國

內(nèi)外延質(zhì)量較國外仍有提升空間；SiC二極管國內(nèi)外發(fā)展均較成熟，但國內(nèi)

MOSFET進(jìn)

度較緩；封裝設(shè)備國產(chǎn)化率低；國內(nèi)

SiC車規(guī)級產(chǎn)品可靠性驗證經(jīng)驗欠缺；僅少數(shù)領(lǐng)域

應(yīng)用開始滲透，未來批量應(yīng)用空間更大。國外

SiC產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)形成閉環(huán)反饋，有利于

加速研發(fā)及產(chǎn)品落地，三安集成的垂直產(chǎn)業(yè)鏈能力對于國內(nèi)

SiC產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展、公司技術(shù)

研發(fā)及產(chǎn)品商業(yè)化具有重要意義。長沙加碼

160

億投資

SiC等第三代化合物半導(dǎo)體，搶先卡位布局。2020

年

6

月，公司

公告在長沙高新技術(shù)園區(qū)成立子公司，投資160億元于SiC等化合物第三代半導(dǎo)體項目，

包括長晶—襯底制作—外延生長—芯片制備—封裝產(chǎn)業(yè)鏈。長沙投資的具體項目的產(chǎn)品

包括

6

寸

SiC導(dǎo)電襯底、4

寸半絕緣襯底、SiC二極管外延、SiCMOSFET外延、SIC二

極管外延芯片、SiCMOSFET芯片、SiC器件封裝二極管、SiC器件封裝

MOSFET。該項

目

2020

年

7

月開工，計劃

2021

年

6

月試產(chǎn)，預(yù)計

2

年內(nèi)完成一期項目并投產(chǎn)，4

年內(nèi)

完成二期項目并投產(chǎn)，6

年內(nèi)達(dá)產(chǎn)。SiC產(chǎn)品：從二極管到

MOSFET，產(chǎn)品線覆蓋逐漸增強。打造

SiCMOSFET器件量產(chǎn)平臺，完成

SiC器件產(chǎn)品線覆蓋。2020

年

12

月三安集成

首次推出

1200V80mΩ

SiCMOSFET，目前已完成研發(fā)并通過一系列產(chǎn)品性能和可靠性

測試，可廣泛用于光伏逆變器、開關(guān)電源、脈沖電源、高壓

DC/DC、新能源汽車充電和

電機驅(qū)動等領(lǐng)域，能夠減小系統(tǒng)體積、降低系統(tǒng)功率，提升電源系統(tǒng)功率密度，目前多

家客戶處于樣品測試階段。三安

SiCMOSFET性能優(yōu)異，可有效降低成本。三安此次推出的

SiCMOSFET采用平面

型設(shè)計，通過反復(fù)優(yōu)化，提升

SiC柵氧結(jié)構(gòu)質(zhì)量，閾值電壓穩(wěn)定性得到明顯提高，1000

小時的閾值漂移在

0.2V以內(nèi)，進(jìn)而提升了器件可靠性。此外，三安通過優(yōu)化

SiCMOSFET器件結(jié)構(gòu)和布