碳化硅：第三代半導(dǎo)體之星

1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(dǎo)體材料的代表，在禁帶寬度、擊穿電場、熱導(dǎo)率、電子飽和速率、抗輻射能力等關(guān)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、高頻率的需求，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(yīng)用領(lǐng)域包括智能電網(wǎng)、新能源汽車、光伏風(fēng)電、5G通信等，在功率器件領(lǐng)域，碳化硅二極管、MOSFET已經(jīng)開始商業(yè)化應(yīng)用。

2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(dǎo)體功率器件會經(jīng)歷單晶生長、晶錠切片、外延生長、晶圓設(shè)計、制造、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、拋光得到碳化硅襯底，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、金屬鈍化等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外殼中組裝成模組。

3下游應(yīng)用場景豐富，新能源帶來最大增長點

按照電學(xué)性能的不同，碳化硅材料制成的器件分為導(dǎo)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(yīng)用領(lǐng)域不同。導(dǎo)電型碳化硅功率器件是通過在低電阻率的導(dǎo)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、MOSFET、IGBT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外延層后進一步加工制成，包括HEMT等氮化鎵射頻器件，主要用于5G通信、車載通信、國防應(yīng)用、數(shù)據(jù)傳輸、航空航天。

4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)

4.1供給端：海外龍頭主導(dǎo)出貨量，全球有效產(chǎn)能仍不足

當(dāng)前制約碳化硅器件大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)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?qū)щ娦吞蓟枰r底市場中，Wolfspeed占據(jù)超60%的市場份額，II-VI和Rohm的子公司SiCrystal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，Wolfspeed、II-VI和天岳先進各占據(jù)約30%的市場份額。

4.2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(lǐng)域滲透率提升，碳化硅器件市場規(guī)模有望持續(xù)擴大，其中新能源車和光伏下游為主要驅(qū)動因素。對碳化硅器件在電動汽車領(lǐng)域的市場空間進行測算，假設(shè)如下：

1)全球新能源乘用車銷量：根據(jù)Clean Technica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%；2022年全球新能源乘用車銷量為1031萬輛，滲透率為14%，假設(shè)2022-2025全球新能源乘用車銷量持續(xù)增長，至2025年新能源車滲透率達24%；

2)碳化硅MOS器件滲透率：假設(shè)碳化硅MOS器件在新能源車應(yīng)用滲透率從2021年18%逐年增長6%至2024年的42%；

3)6英寸碳化硅襯底市場空間：特斯拉Model 3在主驅(qū)逆變器上共使用48顆SiCMOSFET，單車消耗約0.25片6英寸碳化硅襯底，隨著技術(shù)進步帶來碳化硅器件使用范圍進一步擴大至包括OBC，DC/DC轉(zhuǎn)化器等方面，假設(shè)單車將消耗0.5片6英寸碳化硅襯底，而其售價按照10%的幅度逐年下降；

4)碳化硅器件市場空間：當(dāng)前碳化硅襯底占器件總成本的46%，假設(shè)價格逐年下降，至2025年碳化硅襯底占總器件成本的30%；

5)綜上：2025年碳化硅襯底(按6英寸算)在新能源車市場的需求量達339萬片，市場空間為129億元，碳化硅器件的市場空間達429億元，2021-2025碳化硅器件的CAGR達85%

對碳化硅器件在光伏逆變器領(lǐng)域的市場空間進行測算，假設(shè)如下：

1）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，而光伏逆變器IGBT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(yīng)；

2）光伏逆變器IGBT器件市場空間：假設(shè)光伏逆變器平均售價、毛利率逐年下降，IGBT器件價格占逆變器價格的12%；

3）光伏逆變器碳化硅MOS器件市場空間：由CASA，假設(shè)碳化硅滲透率增至 2025的 50%，而技術(shù)進步和規(guī)模效應(yīng)使碳化硅器件成本從現(xiàn)硅基IGBT價格的4倍逐年下降；

4）6英寸碳化硅襯底需求：假設(shè)碳化硅襯底成本占器件總成本的比例從當(dāng)前46%逐漸下降至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(yù)計2021-2025年，碳化硅器件在光伏應(yīng)用領(lǐng)域市場空間由23億元增長至92億元，CAGR為42%，到2025年碳化硅襯底（按6英寸算）需求量超過72萬片。

審核編輯 ：李倩