碳化硅行業(yè)研究

碳化硅行業(yè)研究1.SiC產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟1.1.SiC具有優(yōu)秀材料特性，適用于高壓、高頻場(chǎng)景SiC具有優(yōu)秀的材料特性。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，并和氮化鎵（GaN）都具有寬禁帶的特性，被稱為第三代半導(dǎo)體材料。由于SiC具有寬禁帶寬度，從而導(dǎo)致其有高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度等材料特性。受益于SiC的材料特性，SiC功率器件具有耐高壓、體積小、功耗低、耐高溫等優(yōu)勢(shì)。SiC器件適用于高壓、高頻應(yīng)用場(chǎng)景。功率器件可以按照設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分為二極管、MOSFET、IGBT等，也可以按照產(chǎn)品并聯(lián)形態(tài)分為單管或者模組，還可以按照襯底材料分為硅基、SiC、GaN功率器件。對(duì)比來(lái)看，SiC器件和IGBT都可以在650V以上的高壓下工作，但SiC器件能承受的頻率更高。根據(jù)感抗和容抗公式，相同感抗、容抗下，電路頻率提升，電容和電感值可以下降，即可以使用更小體積的電容和電感。SiC器件需要的被動(dòng)元器件數(shù)量和體積就更小，從而減小了整個(gè)系統(tǒng)的體積。SiC產(chǎn)業(yè)鏈主要包括襯底、外延、器件制造、封測(cè)等環(huán)節(jié)。SiC襯底的制造過(guò)程是首先將碳粉和硅粉在高溫下反應(yīng)得到高純度SiC微粉，然后將其放在單晶生長(zhǎng)爐中高溫升華形成SiC晶體，最后SiC晶體通過(guò)晶錠加工、切割、研磨、拋光和清洗得到SiC襯底。根據(jù)襯底電阻率的不同，SiC襯底可以分類為導(dǎo)電型、半絕緣型襯底。由于襯底具有一定缺陷，不適合在其上直接制造半導(dǎo)體器件，所以襯底上一般會(huì)沉積一層高質(zhì)量的外延材料。導(dǎo)電型SiC襯底上一般再外延一層SiC，然后用于制作功率器件，而半絕緣型SiC襯底上可以外延GaN材料，用于制作射頻器件。SiC襯底是晶圓成本中占比最大的一項(xiàng)。由于SiC襯底加工環(huán)節(jié)復(fù)雜、耗時(shí)，所以其在整個(gè)SiC晶圓中所占成本比例最高。SiC晶圓的其他加工成本包括外壓以及正面和背面的摻雜、金屬化、CMP、清洗等?？紤]到SiC材料屬于高硬度的脆性材料，所以在加工、減薄過(guò)程中容易比硅晶圓出現(xiàn)更多的翹曲、裂片現(xiàn)象，從而使得目前良率損失占成本比例仍較大。1.2.SiC襯底是產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)SiC襯底將迎來(lái)高速成長(zhǎng)，其中導(dǎo)電型襯底占主要地位。按照電阻率的不同，SiC襯底分為導(dǎo)電型和半絕緣型襯底。由于導(dǎo)電型襯底用于做功率器件，下游應(yīng)用更廣泛，所以其市場(chǎng)空間也較半絕緣型襯底要大。展望未來(lái)，Wolfspeed預(yù)測(cè)2022年全球SiC材料的市場(chǎng)空間在7億美元，而2026年將增長(zhǎng)到17億美元，復(fù)合增速達(dá)到25%，且其中用于功率器件的導(dǎo)電性襯底仍將占主要地位。Wolfspeed在SiC襯底一家獨(dú)大，中國(guó)廠商迎頭趕上。從整個(gè)SiC襯底市場(chǎng)來(lái)看，因?yàn)閃olfspeed較早開(kāi)始SiC的研發(fā)與生產(chǎn)，所以目前的全球份額領(lǐng)先，而II-VI和SiCrystal位居第二梯隊(duì)，有10%多的市場(chǎng)份額。接下來(lái)的廠商包括SKSiltron（5%）以及天科合達(dá)（4%）。單獨(dú)看半絕緣型SiC襯底市場(chǎng)的話，市場(chǎng)上的供應(yīng)商數(shù)量較少，呈現(xiàn)Wolfspeed、II-VI和山東天岳三足鼎立的格局?？紤]到

瓦森納協(xié)定中將半絕緣SiC襯底等材料對(duì)中國(guó)等部分國(guó)家進(jìn)行出口限制，國(guó)產(chǎn)半絕緣型襯底廠商有望迎來(lái)較好發(fā)展。國(guó)產(chǎn)SiC襯底與海外的差距逐步縮窄。目前全球的SiC襯底量產(chǎn)線主要尺寸為6英寸，而業(yè)內(nèi)頭部公司也在往8英寸產(chǎn)線發(fā)展。例如，Wolfspeed的第一條8英寸SiC產(chǎn)線將在2022年Q2開(kāi)始生產(chǎn)，標(biāo)志著全球第一條8英寸SiC產(chǎn)線的投產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)的SiC襯底產(chǎn)線以4英寸為主，部分廠商也開(kāi)始量產(chǎn)6英寸的襯底。以天岳先進(jìn)為例，國(guó)內(nèi)4英寸產(chǎn)線的量產(chǎn)時(shí)間較海外晚10年以上，但6英寸的量產(chǎn)時(shí)間差距縮小至7~10年，反映國(guó)產(chǎn)SiC襯底技術(shù)也在逐步提升。全球SiC從6英寸往8英寸發(fā)展，有望帶動(dòng)芯片單價(jià)下降。正如硅片晶圓從8英寸往12英寸發(fā)展，目前SiC晶圓也正在從6英寸往8英寸發(fā)展。更大的晶圓尺寸可以帶來(lái)單片芯片數(shù)量的提升、提高產(chǎn)出率，以及降低邊緣芯片的比例，從而提升晶圓利用率。例如，Wolfspeed統(tǒng)計(jì)，6英寸SiC晶圓中邊緣芯片占比有14%，而到8英寸中占比降低到7%。隨著全球SiC晶圓的尺寸擴(kuò)大，預(yù)計(jì)將帶動(dòng)SiC芯片單價(jià)降低，從而打開(kāi)應(yīng)用市場(chǎng)。國(guó)產(chǎn)8英寸SiC襯底實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。8英寸SiC晶體生長(zhǎng)的難點(diǎn)在于：8英寸籽晶的研制、大尺寸帶來(lái)的溫場(chǎng)不均勻和氣相原料分布和輸運(yùn)效率問(wèn)題、應(yīng)力加大導(dǎo)致晶體開(kāi)裂問(wèn)題。由于這些問(wèn)題所在，全球第一座8英寸SiC晶圓廠直到2022年4月才開(kāi)始生產(chǎn)。不過(guò)，中國(guó)企業(yè)也在快速追趕中。爍科晶體宣布在2022年1月實(shí)現(xiàn)8英寸N型碳化硅襯底小批量生產(chǎn)；中國(guó)科學(xué)院物理研究所在2022年4月也宣布成功生長(zhǎng)出了單一4H晶型的8英寸SiC晶體。國(guó)內(nèi)6英寸SiC襯底預(yù)計(jì)仍有較大成長(zhǎng)空間。根據(jù)中國(guó)寬禁帶功率半導(dǎo)體及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)2020-2025年國(guó)內(nèi)4英寸SiC晶圓市場(chǎng)逐步從10萬(wàn)片減少至5萬(wàn)片，6英寸晶圓將從8萬(wàn)片增長(zhǎng)至20萬(wàn)片；2025-2030年，4英寸晶圓將逐步退出市場(chǎng)，6英寸增加至40萬(wàn)片。SiC襯底售價(jià)隨著出貨量提升而逐步下行。2021年，天岳先進(jìn)的平均銷售價(jià)格為6767元/片，較2020年同比下降25%?？紤]到目前國(guó)產(chǎn)6英寸襯底還未大批量生產(chǎn)，所以預(yù)計(jì)還會(huì)有降價(jià)空間。另一方面，半絕緣型SiC襯底由于市場(chǎng)供應(yīng)商較少，且下游有部分軍事裝備應(yīng)用，所以目前售價(jià)較高。當(dāng)前SiC襯底售價(jià)較高是良率水平低、晶圓尺寸小、自動(dòng)化程度低等多因素導(dǎo)致的。隨著各廠商提升工藝、往更大尺寸SiC晶圓發(fā)展，預(yù)計(jì)SiC襯底售價(jià)將逐步下行。1.3.SiC外延提升器件參數(shù)穩(wěn)定性外延是指在SiC襯底上生長(zhǎng)一層或多層外延層。相比襯底，外延材料厚度、摻雜濃度均勻性好、片間一致性優(yōu)、缺陷率低，有效提高了下游產(chǎn)品的一致性和良率。功率器件一般對(duì)缺陷密度、高電壓及電流耐受度要求高，所以會(huì)使用外延片來(lái)進(jìn)行芯片制造。目前外延常用工藝為化學(xué)氣相沉積（CVD）法，即通過(guò)使用外延爐以及前驅(qū)氣體來(lái)在SiC拋光片上生長(zhǎng)外延層。外延中的核心技術(shù)包括對(duì)外延溫度、氣流、時(shí)間等參數(shù)的精確控制，以使得外延層的缺陷度小，從而提高器件的性能及可靠性。器件依據(jù)不同的設(shè)計(jì)，所需的外延參數(shù)也不同。一般而言，外延的厚度越大，器件能夠承受的電壓也就越高。針對(duì)600V~6500V的應(yīng)用，SiC外延層的厚度一般在1~40μm。由于SiC外延有一定難度，所以市場(chǎng)上有一些專門做SiC外延的廠商，如瀚天天成、東莞天域等。目前國(guó)產(chǎn)6英寸SiC外延產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用化，8英寸產(chǎn)品在研制中。1.4.國(guó)產(chǎn)SiC器件在快速追趕海外龍頭SiC器件制造需要增加高溫離子注入、高溫退火等步驟，相比硅基器件難度更大。除了在SiC襯底制造上的難點(diǎn)，SiC器件的制造過(guò)程也有一定門檻。因?yàn)樘荚拥脑影霃绞?1pm，小于硅原子的原子半徑（在110pm以上），所以硅和碳之間鍵長(zhǎng)更短，鍵能也就更高（相比硅與硅原子）。襯底元素鍵能的差異使得SiC晶圓制造過(guò)程需要更高的溫度。例如，傳統(tǒng)硅基材料可以用擴(kuò)散的方式完成摻雜工藝，但SiC需要使用高溫離子注入進(jìn)行摻雜，然后還需要高溫退火來(lái)修復(fù)晶格結(jié)構(gòu)。SiC的材料特性給器件制造帶來(lái)了新的難度。從SiC的器件形態(tài)來(lái)看，目前主要分為SiC分立二極管、分立晶體管、SiC和Si混合模組、全SiC模組等。目前汽車中使用的SiC器件多為SiC模組，因?yàn)橐蟾吖β蕰?huì)需要并聯(lián)多個(gè)SiCMOSFET器件。隨著新能源汽車需求的提升，預(yù)計(jì)SiC模組的市場(chǎng)占比將進(jìn)一步增大。SiC肖特基二極管相比硅基FRD具備優(yōu)勢(shì)，目前發(fā)展較成熟。SiC肖特基二極管（SBD）是最早進(jìn)入市場(chǎng)的碳化硅功率器件產(chǎn)品，從2001年英飛凌首先推出SiC肖特基二極管產(chǎn)品以來(lái)，經(jīng)歷20年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外有多家公司量產(chǎn)SiC肖特基二極管系列產(chǎn)品。根據(jù)CASAResearch，目前國(guó)產(chǎn)SiC二極管實(shí)現(xiàn)650V-1700V全系列批量供貨能力，導(dǎo)通電流最高達(dá)50A。SiCMOSFET分為平面型和溝槽型，溝槽型是未來(lái)發(fā)展方向。目前SiCMOSFET器件產(chǎn)品中存在兩種主流的技術(shù)路線方案，即平面型和溝槽型MOSFET。溝槽型MOSFET通過(guò)將柵極做成溝槽型，減少柵極所占用的面積，從而減少每個(gè)單元的尺寸，達(dá)到減少導(dǎo)通電阻的目的。不過(guò)由于這種結(jié)構(gòu)需要開(kāi)溝槽、工藝復(fù)雜，所以其單元一致性比平面型MOSFET要差一點(diǎn)。截至2021年，走平面型MOSFET技術(shù)路線的公司主要有Wolfspeed、安森美等，而走溝槽型路線的公司以英飛凌、Rohm為主。由于溝槽型具有更好的性能表現(xiàn)，預(yù)計(jì)其是未來(lái)發(fā)展方向。海外廠商的SiCMOSFET已經(jīng)過(guò)幾輪迭代。自從2011年Wolfspeed第一代SiCMOSFET的推出，海外10余家公司量產(chǎn)SiCMOSFET系列產(chǎn)品，其中擊穿電壓涵蓋650-1700V，單芯片導(dǎo)通電流最高達(dá)100A以上。隨著各廠商產(chǎn)品的迭代，目前如英飛凌、Rohm的溝槽型產(chǎn)品可以將導(dǎo)通電阻最低降到10mΩ左右，而以Wolfspeed為代表的平面型產(chǎn)品的導(dǎo)通電阻會(huì)稍高。國(guó)產(chǎn)SiCMOSFET在快速追趕。國(guó)內(nèi)SiCMOSFET產(chǎn)品參數(shù)一般為650V

（120-15mΩ）、1200V（80-17mΩ）。對(duì)比來(lái)看，國(guó)產(chǎn)SiCMOSFET的導(dǎo)通電阻和品質(zhì)因素表現(xiàn)稍差，不過(guò)在快速追趕中。1.5.SiC制造中長(zhǎng)晶環(huán)節(jié)具有較高壁壘長(zhǎng)晶爐是目前SiC單晶制備的主要設(shè)備。傳統(tǒng)硅晶棒大部分是通過(guò)直拉單晶法制備，即將多晶硅原料放在單晶爐中加熱融化，然后將籽晶浸入液面后慢慢向上提拉，形成晶棒。由于SiC沒(méi)有液態(tài)，只有氣態(tài)和固態(tài)，所以不能用直拉單晶的制備方法。目前制備SiC單晶的方法主要分為三種技術(shù)路線：物理氣相運(yùn)輸法

（PVT）、溶液轉(zhuǎn)移法（LPE）、高溫化學(xué)氣相沉積法（HT-CVD）。PVT法是目前SiC單晶生長(zhǎng)研究最多、最成熟的技術(shù)，被海外主流廠商所采用，而其中使用的主要設(shè)備是長(zhǎng)晶爐。除設(shè)備之外，目前SiC襯底在制備中的難點(diǎn)包括：?jiǎn)尉L(zhǎng)速度慢。硅單晶的生長(zhǎng)速度約為300mm/h，碳化硅單晶的生長(zhǎng)速度約為0.4mm/h，兩者相差近800倍。故而，SiC的單晶長(zhǎng)度一般就幾厘米到10厘米，一般稱為晶錠，而不是像硅棒有2-3米的長(zhǎng)度。晶棒生長(zhǎng)過(guò)程中的控制環(huán)節(jié)。SiC粉末到晶棒的過(guò)程中涉及到熱場(chǎng)設(shè)計(jì)、生長(zhǎng)條件控制、缺陷控制等核心技術(shù)，是目前主要影響SiC良率的環(huán)節(jié)。例如，碳化硅有多達(dá)250余種同質(zhì)異構(gòu)體，用于制作功率半導(dǎo)體的主要是4H-SiC單晶結(jié)構(gòu)。碳化硅單晶生長(zhǎng)過(guò)程中，4H晶型生長(zhǎng)窗口小，對(duì)溫度和氣壓設(shè)計(jì)有著嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)，生長(zhǎng)過(guò)程中控制不精確將會(huì)得到其他結(jié)構(gòu)的碳化硅晶體。天岳先進(jìn)

2020年的晶棒良率為51%，雖然較前幾年有所上升，但仍然處于偏低的水平，反映晶棒生產(chǎn)的高門檻。切磨拋加工能力。由于SiC材料硬度大，所以在切磨拋中容易破碎，造成良率損失或者更長(zhǎng)的加工時(shí)間。襯底良率一般體現(xiàn)單個(gè)半導(dǎo)體級(jí)晶棒經(jīng)切片加工后產(chǎn)出合格襯底的占比。天岳先進(jìn)

2020年襯底良率在70%，反映晶棒到襯底環(huán)節(jié)仍有一定損失。長(zhǎng)晶爐的單臺(tái)產(chǎn)能在逐步提升。根據(jù)天岳先進(jìn)的公告，2020年其長(zhǎng)晶爐的單臺(tái)年產(chǎn)能在111片襯底，較2019年的單臺(tái)產(chǎn)能增長(zhǎng)了32%，反映長(zhǎng)晶爐的生產(chǎn)效率在逐步提升。由于半絕緣型襯底的厚度一般較導(dǎo)電型襯底更厚，所以長(zhǎng)晶爐生長(zhǎng)半絕緣型襯底的產(chǎn)能會(huì)小于生產(chǎn)導(dǎo)電型襯底。以天科合達(dá)和晶盛機(jī)電規(guī)劃的投資項(xiàng)目為例，其中襯底以導(dǎo)電型為主，而長(zhǎng)晶爐的單臺(tái)年產(chǎn)能預(yù)計(jì)為300~400片。SiC芯片制造設(shè)備以6英寸為主，需要高溫離子注入機(jī)進(jìn)行摻雜。在SiC襯底制造環(huán)節(jié)，除了長(zhǎng)晶爐，廠商還需要切割機(jī)、研磨機(jī)、拋光機(jī)和檢測(cè)設(shè)備來(lái)幫助對(duì)SiC晶體進(jìn)行加工處理。在SiC芯片制造環(huán)節(jié)，除了傳統(tǒng)的晶圓加工用的光刻機(jī)、涂膠顯影機(jī)、刻蝕機(jī)，SiC還會(huì)額外需要高溫離子注入機(jī)（取代擴(kuò)散爐）來(lái)完成摻雜。不過(guò)由于目前SiC晶圓以6英寸為主，所以晶圓產(chǎn)線的投資額相對(duì)較低。2.SiC應(yīng)用方興未艾2.1.SiC器件市場(chǎng)高速發(fā)展SiC市場(chǎng)將迎來(lái)高速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2021年到2027年市場(chǎng)規(guī)模CAGR為34%。根據(jù)Yole的預(yù)測(cè)，2021年全球碳化硅市場(chǎng)規(guī)模為10.9億美元，其中主要應(yīng)用市場(chǎng)為汽車。到2027年，Yole預(yù)計(jì)整體SiC市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到63億美元，使得2021年到2027年的復(fù)合增速為34%，其中汽車SiC市場(chǎng)預(yù)計(jì)增長(zhǎng)到50億美元，占比提升到79%，且復(fù)合增速高于行業(yè)整體，達(dá)到39%。除汽車之外，能源、工業(yè)也是SiC的重要應(yīng)用下游，預(yù)計(jì)到2027年也分別有4.6、5.5億美元的市場(chǎng)空間。傳統(tǒng)功率器件廠商紛紛布局SiC。根據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)，2021年全球SiC功率器件市場(chǎng)同比增長(zhǎng)57%。全球從各廠商SiC功率器件收入來(lái)看，2021年收入前五的公司分別是ST、英飛凌、Wolfspeed、Rohm、安森美。這五家頭部企業(yè)目前都采用垂直一體化整合模式，即SiC業(yè)務(wù)覆蓋從襯底生產(chǎn)到器件制造的全流程。SiC器件在部分應(yīng)用中已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模出貨。目前SiC器件已經(jīng)在汽車、充電樁、光伏逆變器、軌道交通等下游中都得到了商業(yè)化應(yīng)用，其中電動(dòng)車電驅(qū)中的650VSiC模組已經(jīng)大批量出貨，而Yole預(yù)計(jì)1200V模組產(chǎn)品預(yù)計(jì)將在未來(lái)1-2年在光伏逆變器中開(kāi)始上量。2.2.新能源汽車是SiC的主要應(yīng)用場(chǎng)景電驅(qū)逆變器是SiC在汽車上的主要應(yīng)用領(lǐng)域。在新能源汽車上，SiC應(yīng)用的主要領(lǐng)域是電驅(qū)逆變器、車載充電機(jī)（OBC）和直流電壓轉(zhuǎn)換器（DC/DC）。根據(jù)Wolfspeed的預(yù)測(cè)，到2026年，逆變器應(yīng)用占汽車SiC器件市場(chǎng)的80%以上，是其中最為重要的應(yīng)用領(lǐng)域。SiC器件應(yīng)用于電驅(qū)逆變器中，能夠顯著降低電力電子系統(tǒng)的體積、重量和成本，并提高功率密度；應(yīng)用于車載充電機(jī)和DC/DC系統(tǒng)，能夠降低開(kāi)關(guān)損耗、提高極限工作溫度、提升系統(tǒng)效率。除此之外，SiC也可以應(yīng)用于新能源汽車充電樁上，達(dá)到減小充電樁體積、提高充電速度的效果。電動(dòng)車通過(guò)使用SiC逆變器可以提升效率、增加電池續(xù)航。在電驅(qū)逆變器中使用SiC器件的優(yōu)勢(shì)一方面在于損耗降低和效率的提升，另一方面在于整個(gè)系統(tǒng)成本的降低。具體來(lái)說(shuō)：

減小逆變器體積和重量。因?yàn)镾iC器件自身芯片面積會(huì)減小，且其工作頻率高，可以節(jié)省外圍的被動(dòng)元器件，從而SiC模塊體積會(huì)小于IGBT模塊；SiC散熱性好，也減少了冷卻系統(tǒng)的體積。據(jù)ST估計(jì)，SiCMOSFET的逆變器封裝尺寸比硅基IGBT的減少50%以上。提升逆變器效率，增加續(xù)航。ST估計(jì)，在一個(gè)電動(dòng)車平均運(yùn)行狀態(tài)（15%負(fù)載）下，SiC逆變器的效率比IGBT逆變器高3.4%。與一個(gè)85kWh電池的硅基IGBT方案對(duì)比，SiC方案的同等續(xù)航電池容量只需要82.1kWh，相當(dāng)于節(jié)省了435美元的電池成本（按150$/kWh的電池成本計(jì)算）。這也意味著在同樣電池容量下，SiC方案可以提升電動(dòng)車的續(xù)航。越來(lái)越多的車型開(kāi)始搭載SiC功率器件。隨著特斯拉在Model3的主逆變器中首次采用全SiC功率器件，越來(lái)越多的廠商開(kāi)始發(fā)布搭載SiC器件的車型，包括比亞迪、蔚來(lái)、小鵬、豐田、奔馳等。通過(guò)搭載SiC器件，這些新發(fā)布的車型可以實(shí)現(xiàn)更小的逆變器和車載充電機(jī)、更高的逆變效率、更高功率密度，從而提升汽車驅(qū)動(dòng)功率、充電速度以及續(xù)航。考慮到蔚來(lái)、小鵬等搭載SiC車型將在2022下半年開(kāi)始交付，預(yù)計(jì)車規(guī)SiC器件將迎來(lái)放量。800V電壓可以明顯提升電動(dòng)車充電速度。以小鵬G9車型為例，其是國(guó)內(nèi)首款基于800V碳化硅平臺(tái)的車型，預(yù)計(jì)將于2022年開(kāi)始交付。高壓碳化硅平臺(tái)使得小鵬可以推出480kW的超級(jí)充電樁技術(shù)，而480kW的充電功率可以使得一個(gè)100kWh電池包的充滿時(shí)間只要10多分鐘，真正解決電動(dòng)車充電焦慮問(wèn)題。高電壓等級(jí)下，SiC的效率提升優(yōu)勢(shì)將更明顯。根據(jù)ST的數(shù)據(jù)，在400V電壓平臺(tái)下，SiC能夠比硅基IGBT器件擁有2%~4%的效率提升，而在750V電壓平臺(tái)下其效率提升幅度則可增大至3.5%~8%。當(dāng)汽車平臺(tái)選擇更高電壓等級(jí)時(shí)，SiC的優(yōu)勢(shì)將更明顯，所以我們預(yù)計(jì)SiC器件會(huì)逐步在高壓平臺(tái)、以及400V高性能車型上得到應(yīng)用。2.3.SiC器件提升光伏逆變器的轉(zhuǎn)換效率光伏逆變器中的開(kāi)關(guān)電路和續(xù)流二極管都可以使用SiC器件。逆變器電路中的功率器件分為兩大類：開(kāi)關(guān)器件和續(xù)流二極管。開(kāi)關(guān)器件用來(lái)控制電路的通斷，將直流逆變?yōu)榻涣鳌＠m(xù)流二極管（可選用快恢復(fù)二極管或者肖特基二極管）并聯(lián)在開(kāi)關(guān)器件上，為感性負(fù)載上的電流提供通路。這兩部分電路都可以通過(guò)使用SiC器件來(lái)降低損耗。SiC器件可以提升逆變器的效率。通過(guò)組合Si和SiC器件的使用，目前逆變器的電路有多種方案，包括：1）全硅基型，是全部使用硅基器件，包括IGBT、二極管；2）混合型，是混合使用硅基與SiC器件，例如SiIGBT+SiC二極管，或SiIGBT+SiCMOSFET；3）全SiC型，是全部使用SiCMOSFET或者SiC二極管。從表現(xiàn)來(lái)看，使用全SiC的逆變器在逆變效率上好于混合型，而全硅基型的效率表現(xiàn)弱于前兩類逆變器。應(yīng)用于光伏領(lǐng)域的SiC器件發(fā)展逐漸成熟。SiC肖特基二極管早在2001年就被英飛凌推出，然后在2017年左右，SiCMOSFET產(chǎn)品也得到量產(chǎn)。近幾年，應(yīng)用于光伏領(lǐng)域的SiC和Si的混合型模塊以及全SiC模塊都相繼推出。例如，2019年，英飛凌推出應(yīng)用于光伏的EasyPack3B模塊，采用IGBT模塊和SiC肖特基二極管，應(yīng)用于如陽(yáng)光電源

SG250HX逆變器中。SiC器件發(fā)展逐漸成熟。2.4.軌交中SiC器件逐步得到應(yīng)用SiC器件可以降低軌道交通的能耗。軌道交通車輛中的牽引變流器、輔助變流器、變壓器、充電機(jī)是主要使用功率半導(dǎo)體的地方，其中牽引系統(tǒng)是軌交主要耗電之處。根據(jù)中國(guó)軌道交通網(wǎng)的數(shù)據(jù)，牽引用電占城市軌道交通總用電的50%以上。SiC器件的優(yōu)勢(shì)就在于提高效率、減少能耗。根據(jù)中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)的評(píng)估，深圳地鐵和中車株洲電力機(jī)車研究所聯(lián)合研制的全碳化硅牽引逆變器能耗比硅基IGBT降低10%以上，牽引電機(jī)在中低速段噪聲下降5dB以上。國(guó)產(chǎn)SiC器件在軌交上逐步得到應(yīng)用。在SiC應(yīng)用方面，日本地鐵較早開(kāi)始使用SiC肖特基二極管以及全SiC功率模塊在牽引逆變器上。中車時(shí)代電氣是國(guó)產(chǎn)軌交SiC器件較領(lǐng)先的企業(yè)，在2017年就在3300V/500ASiC混合模塊上取得研發(fā)進(jìn)展。目前國(guó)產(chǎn)SiC模塊已經(jīng)用于深圳地鐵1號(hào)線、蘇州軌交3號(hào)線等軌交車輛上。3.SiC持續(xù)降本，在高壓領(lǐng)域更具系統(tǒng)成本優(yōu)勢(shì)3.1.SiC與硅基器件價(jià)差逐漸縮小SiC器件的報(bào)價(jià)在持續(xù)下降，并與硅基器件價(jià)差逐漸縮小。根據(jù)CASAResearch統(tǒng)計(jì)的半導(dǎo)體器件經(jīng)銷商網(wǎng)上平均報(bào)價(jià)（元/安培）來(lái)看，SiC肖特基二極管（SBD）以及SiCMOSFET器件近年來(lái)在逐步下降，其中650VSiCSBD報(bào)價(jià)在2018~2020年的復(fù)合降幅達(dá)到25%，而650VSiCMOSFET的復(fù)合降幅為32%。由于SiC器件價(jià)格的下降，其與硅基器件的價(jià)差也在逐漸縮小。SiC器件的實(shí)際成交價(jià)與硅基器件差距縮小至2~3倍區(qū)間。相比于經(jīng)銷商的公開(kāi)報(bào)價(jià)，半導(dǎo)體器件的實(shí)際成交價(jià)一般要更低。根據(jù)CASAResearch的調(diào)研，2020年底，650VSiCSBD的實(shí)際成交價(jià)格約0.7元/安培，1200VSiCSBD的成交價(jià)格約1.2元/A。SiC器件的實(shí)際成交價(jià)基本約為公開(kāi)報(bào)價(jià)的60%-70%，且較上一年下降了20%左右。從實(shí)際成交價(jià)來(lái)看，SiC器件與硅基器件的價(jià)格差距預(yù)計(jì)縮小至2~3倍區(qū)間。預(yù)計(jì)SiC器件在高電壓場(chǎng)景中先具備替代優(yōu)勢(shì)。從安森美的功率器件原廠價(jià)格對(duì)比來(lái)看，目前其650VSiCMOSFET價(jià)格比同電壓的硅基IGBT單管要貴3.2倍，而1200VSiCMOSFET比同電壓的IGBT單管價(jià)格差距就縮小至2.2倍。這反映在高電壓等級(jí)下，SiC器件的價(jià)格與硅基的差距更小?？紤]到SiC對(duì)系統(tǒng)成本的減少，例如減少散熱組價(jià)和縮小體積，我們預(yù)計(jì)在高電壓場(chǎng)景下，SiC已出現(xiàn)替換硅基器件的優(yōu)勢(shì)。華為預(yù)計(jì)2025年前碳化硅價(jià)格逐漸于硅持平。華為在數(shù)字能源2030中指出，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體功率芯片和器件能夠大幅提升各類電力電子設(shè)備的能量密度，提高電能轉(zhuǎn)換效率，降低損耗，滲透率將在未來(lái)全面提升；

碳化硅的瓶頸當(dāng)前主要在于襯底成本高，預(yù)計(jì)未來(lái)2025年前，其價(jià)格會(huì)逐漸降為硅持平。3.2.汽車應(yīng)用帶動(dòng)SiC晶圓需求保持迅猛增長(zhǎng)SiC晶圓需求預(yù)計(jì)將爆發(fā)增長(zhǎng)。TrendForce預(yù)估，隨著電動(dòng)汽車滲透率的不斷提升，以及整車架構(gòu)逐漸朝向800V等更高壓的方向發(fā)展，2025年電動(dòng)汽車市場(chǎng)對(duì)6英寸SiC晶圓的需求量將達(dá)169萬(wàn)片，較目前有數(shù)倍的成長(zhǎng)。雖然行業(yè)領(lǐng)先者在2022年已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)8英寸SiC襯底，但考慮到良率和爬坡時(shí)間，預(yù)計(jì)6英寸SiC晶圓在未來(lái)幾年仍將占據(jù)主流。SiC功率器件市場(chǎng)未來(lái)4年復(fù)合增速預(yù)計(jì)為29%，汽車應(yīng)用貢獻(xiàn)主要增長(zhǎng)。Wolfspeed預(yù)估在2022年，全球SiC功率器件市場(chǎng)規(guī)模在22億美元，其中工業(yè)和能源市場(chǎng)有6億美元，而汽車市場(chǎng)有16億美元。隨著汽車電動(dòng)化、快速充電設(shè)施的發(fā)展、光伏及工業(yè)應(yīng)用對(duì)電路效率提升的需求，預(yù)計(jì)全球SiC功率器件市場(chǎng)到2026年增長(zhǎng)為60億美元的規(guī)模，其中工業(yè)和能源市場(chǎng)為14億美元，而汽車市場(chǎng)將大幅增長(zhǎng)至46億美元。4.重點(diǎn)企業(yè)分析4.1.天岳先進(jìn)國(guó)內(nèi)半絕緣型碳化硅襯底龍頭。山東天岳先進(jìn)科技股份有限公司成立于2010年，是一家專注于碳化硅襯底的公司。公司先后承擔(dān)多個(gè)國(guó)家項(xiàng)目，在碳化硅襯底領(lǐng)域走在國(guó)內(nèi)前列。目前公司產(chǎn)品包括半絕緣型和導(dǎo)電型碳化硅襯底。根據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)，2021年公司在半絕緣碳化硅襯底的市場(chǎng)占有率連續(xù)三年保持全球前三。除了襯底，公司對(duì)碳化硅外延也有布局。導(dǎo)電型碳化硅襯底建設(shè)將完善天岳的碳化硅布局。公司目前在山東濟(jì)南、濟(jì)寧建立碳化硅襯底生產(chǎn)基地，主要生產(chǎn)半絕緣型襯底；在上海投資建設(shè)6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底材料，預(yù)計(jì)將于2022年三季度實(shí)現(xiàn)一期項(xiàng)目投產(chǎn)。天岳的導(dǎo)電型襯底項(xiàng)目計(jì)劃于2026年達(dá)產(chǎn)，達(dá)產(chǎn)后將新增碳化硅襯底產(chǎn)能約30萬(wàn)片/年。4.2.天科合達(dá)國(guó)內(nèi)導(dǎo)電型碳化硅襯底龍頭。天科合達(dá)成立于2006年，在國(guó)內(nèi)最早建立了完整的碳化硅晶片生產(chǎn)線。公司在國(guó)內(nèi)率先成功研制6英寸碳化硅襯底，并已實(shí)現(xiàn)2英寸至6英寸的碳化硅晶片的規(guī)模化生產(chǎn)和銷售。公司先后承擔(dān)和參與多項(xiàng)國(guó)家重大科研項(xiàng)目，并先后起草或參與起草多項(xiàng)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。公司目前的產(chǎn)品主要包括碳化硅襯底、其他碳化硅產(chǎn)品（主要是寶石晶體）、碳化硅單晶生長(zhǎng)爐等。根據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)，2018年公司導(dǎo)電型碳化硅襯底的全球市場(chǎng)占有率為1.7%，排名全球第六、國(guó)內(nèi)第一。根據(jù)Wolfspeed2021年數(shù)據(jù)，天科合達(dá)在全球碳化硅襯底市占率為4%，排名全球第五、國(guó)內(nèi)第一。2020年8月，天科合達(dá)的第三代半導(dǎo)體碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)項(xiàng)目在北京市大興區(qū)順利開(kāi)工，總投資約9.5億元人民幣，總建筑面積5.5萬(wàn)平方米，新建一條400臺(tái)/套碳化硅單晶生長(zhǎng)爐及其配套切、磨、拋加工設(shè)備的碳化硅襯底生產(chǎn)線，項(xiàng)目計(jì)劃于2022年年初完工投產(chǎn)，建成后可年產(chǎn)碳化硅襯底12萬(wàn)片。4.3.斯達(dá)半導(dǎo)國(guó)內(nèi)IGBT龍頭，新能源業(yè)務(wù)占比快速提升。根據(jù)Omdia統(tǒng)計(jì)，2020年，斯達(dá)半導(dǎo)

IGBT模塊的全球份額排名全球第六位，在國(guó)內(nèi)企業(yè)中排名第一位。2021年，斯達(dá)半導(dǎo)新能源業(yè)務(wù)營(yíng)收同比增長(zhǎng)16