碳化矽行業專題研究報告：新能源汽車、光伏驅動行業成長

（報告出品方/作者：東莞證券，劉夢麟、陳偉光、羅煒斌）

1。 SiC 電氣特性優越，有望成為最具前景的半導體材料之一

1.1 半導體材料分種類眾多，市場規模穩健增長

近年來我國半導體產業快速發展，市場規模快速增長。半導體指常溫下導電效能介於導體與絕緣體之間的材料，是現代電子資訊產業的基礎，其下游產品廣泛應用於行動通訊、計算機、電力電子、醫療電子、工業電子、軍工航天等行業，被稱為現代工業的“糧食”。近年受益於智慧手機和智慧穿戴等新興消費電子市場的快速放量，以及汽車電子、工業控制和物聯網等科技產業的發展，疊加半導體國產化的快速推進，我國半導體產業迎來了快速發展階段。2021 年，我國半導體銷售額達到了 1，921 億美元，同比增長26。80%，2017-2021 年複合增速高達 9。94%，高於全球同期 6。18%的複合增速。從銷售額佔比來看，我國半導體產業的全球影響力逐步增強，國內半導體銷售額佔全球比重從2017年的30。69%提升至 2021 年的 35。27%。

半導體材料位於半導體產業鏈最上游環節，是晶片製造與封測的支撐性行業。半導體行業技術門檻較高，涉及的產業鏈較長，從上游至下游包括晶片設計、製造、封測、終端應用等環節，終端應用包括 5G 通訊、計算機、雲計算、大資料、汽車電子、物聯網和工業電子等領域。其中，半導體材料與半導體裝置位於半導體產業鏈最上游，屬於晶片製造與封測的支撐性行業。

半導體材料分為晶圓製造材料和封裝材料。半導體材料（semiconductor material）是一類具有半導體效能（導電能力介於導體與絕緣體之間，電阻率約在1mΩ·cm～1GΩ·cm範圍內），在積體電路、分立器件等半導體產品生產製造中起到關鍵性的作用。半導體材料具有熱敏性、光敏性和摻雜性等特點，一般情況下其導電率隨著溫度的升高而升高。按照半導體的製造過程進行劃分，半導體材料可分為晶圓製造材料和封裝材料。其中，晶圓製造材料主要是製造矽晶圓半導體、砷化鎵、SiC 等化合物半導體的晶片過程中所需的各類材料，封裝材料則是將製得的晶片封裝切割過程中所用到的材料。

半導體材料細分種類眾多，其中晶圓製造材料佔據主要份額。半導體材料是半導體產業鏈中細分領域最多的環節，細分子行業多達上百個。其中，晶圓製造材料主要包括矽片、光刻膠、光刻膠配套試劑、電子氣體、純淨高純試劑、CMP 拋光液和濺射靶材等；封裝材料則包括引線框架、晶片貼上結膜、鍵合金絲、縫合膠、環氧膜塑膠、封裝基板、陶瓷封裝材料和環氧膜塑膠等。據 SEMI 資料，2021 年全球半導體材料銷售額約為643億美元，其中晶圓製造材料銷售額為 404 億美元，佔比 63%，多年來始終佔據半導體材料的主要份額，封裝材料 2021 年銷售額為 239 億元，佔比37%。

全球半導體材料市場規模穩健增長，未來晶圓製造材料佔比有望繼續提升。近年來，全球半導體材料市場規模穩健增長，總銷售額從 2010 年的 449 億美元增長至2021年的643億美元，2010-2021 年複合增長率為 3。33%。其中，全球晶圓製造材料銷售規模從2010年的 231 億美元增長至 2021 年的 404 億美元，2010-2021 年複合增速達5。23%；封裝材料市場則維持相對平穩，2021 年市場規模為 239 億美元，2010-2021 年複合增速為0。84%。大陸市場方面，2021 年半導體材料銷售額達到 119 億美元，同比大幅增長21。89%，2010-2021 年複合增速達到 9。67%，增速高於全球平均水平。未來，隨著半導體晶片工藝升級、晶片尺寸持續小型化，以及全球矽材料、化合物半導體材料的品種和效能不斷迭代升級的影響下，晶圓製造材料佔比有望繼續提升。

1.2 SiC 電氣特性優越，有望成為半導體領域最具前景的材料之一

半導體材料發展至今已經歷三個階段。常見的半導體材料包括矽（Si）、鍺（Ge）等元素半導體及砷化鎵（GaAs）、碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）等化合物半導體材料，從被研究和規模化應用的時間先後順序來看，上述半導體材料被業內通俗地劃分為三代。第一代半導體材料從 20 世紀 50 年代開始大規模應用，以矽（Si）、鍺（Ge）為代表。該類材料產業鏈較為成熟，技術儲備完善且製作成本較低，目前主要應用於大規模積體電路中，主要產品包括低壓、低頻、低功率的電晶體和探測器。矽基半導體材料是目前產量最大、應用最廣的半導體材料，90%以上的半導體產品是用矽基材料製作。

第二代半導體材料從 20 世紀 90 年代開始大規模應用，以砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）為代表。隨著半導體產業的發展，矽材料的物理瓶頸日益顯現，其物理性質限制了在光電子和高頻高功率器件上的應用。第二代半導體材料在物理結構上具備直接帶隙的特點，相對於矽基材料具有光電效能佳、工作頻率高，抗高溫、抗輻射等優勢，適用於製作高速高頻、大功率及發光電子器件，是製作高效能微波、毫米波器件及發光器件的優良材料，廣泛運用於移動通訊、衛星通訊、光通訊和 GPS 導航等領域。第三代半導體是以氮化鎵（GaN）、碳化矽（SiC）為代表的化合物半導體，該類半導體材料禁頻寬度大於或等於 2。3eV，因此也被稱為寬禁帶半導體材料。第三代半導體在禁頻寬度、擊穿電場、熱導率、電子飽和速率、抗輻射能力等關鍵引數方面具有顯著優勢，滿足了現代工業對高功率、高電壓、高頻率的需求。因此，第三代半導體主要被用於製作高速、高頻、大功率及發光電子元器件，下游應用領域包括智慧電網、新能源汽車、光伏風電、5G 通訊等。

SiC 材料介紹。SiC，是一種無機物，化學式為 SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生產綠色 SiC 時需要加食鹽）等原料透過電阻爐高溫冶煉而成。SiC 在大自然也存在罕見的礦物，莫桑石。在 C、N、B 等非氧化物高技術耐火原料中，SiC 為應用最廣泛、最經濟的一種，可以稱為金鋼砂或耐火砂。 SiC 有望成為半導體材料領域最具前景的材料之一。與矽器件相比，以SiC 為襯底製成的功率器件具有耐高壓、耐高溫和低能量損耗等電氣效能，是最具發展前景的半導體材料之一。SiC 優越的電氣特性包括如下方面：

1 耐高壓。由於 SiC 的擊穿電場強度是矽的 10 餘倍，使用SiC 製備器件能夠進一步提升耐壓容量、工作頻率以及電流密度，同時大幅降低器件的導通損耗。2 耐高溫。隨著禁頻寬度越大，器件的極限工作溫度越高，由於SiC 的禁帶接近矽的3 倍，SiC 的極限工作溫度較矽將有明顯的提升，可以達到600℃以上。同時，SiC的熱導率比矽更高，有助於降低對散熱系統的要求，使終端可以更加輕量和小型化。3 低能量損耗。SiC 具有 2 倍於矽的飽和電子漂移速率，相較於矽材料具有極低的導通電阻，導通損耗低；同時，SiC 具有接近 3 倍於矽的禁頻寬度，洩漏電流比矽器件大幅減少，能夠進一步降低功率損耗；此外，SiC 器件在關斷過程中不存在電流拖尾現象，開關損耗低，大幅提高實際應用的開關頻率。

總體來看，SiC 具備耐高壓、耐高溫和低能量損耗等優越效能，可以滿足電力電子技術對高溫、高功率、高壓、高頻及抗輻射等惡劣工作條件的新要求，有望成為半導體材料領域最具前景的材料之一。

2。 碳化矽下游應用廣泛，國內廠商份額較低

2.1 產業鏈各環節介紹

SiC 產業鏈介紹：上游襯底，中游外延片，下游器件與應用。以SiC

材料

為襯底的產業鏈主要包括 SiC 襯底材料的製備、外延層的

生長

、器件製造以及下游應用市場。SiC產業上游透過原材料製成襯底材料然後製成外延材料；中游包括SiC 器件、SiC 功率半導體、SiC 功率模組；下游應用於 5G 通訊、新能源汽車、光伏、半導體、軌道交通、鋼鐵行業、建材行業等。 按照電學效能的不同，SiC 襯底可分為半絕緣型襯底和導電型襯底。SiC 襯底是SiC產業鏈的核心，其電學效能襯底電學效能決定了下游晶片功能與效能的優劣，為使材料能滿足不同晶片的功能要求，需要製備電學效能不同的 SiC 襯底。按照電學效能的不同，SiC 襯底可分為兩類：根據工信部發布的《重點新材料首批次應用示範指導目錄（2019年版）》，一類是具有高電阻率（電阻率≥105Ω·cm）的半絕緣型SiC 襯底，另一類是低電阻率（

電阻率

區間為 15~30mΩ·cm）的導電型 SiC 襯底。

SiC 襯底是第三代半導體材料中氮化鎵、SiC 應用的基石。在SiC 襯底上，主要使用化學氣相沉積法（CVD 法）在襯底表面生成所需的薄膜材料，即形成外延片，進一步製成器件。其中，在導電型 SiC 襯底上生長 SiC 外延層製得 SiC 外延片，可進一步製成功率器件，應用於新能源汽車、光伏發電、軌道交通、智慧電網、航空航天等領域；在半絕緣型 SiC 襯底上生長氮化鎵外延層製得 SiC 基氮化鎵（GaN-on-SiC）外延片，可進一步製成微波射頻器件，應用於 5G 通訊、雷達等領域。

外延片是指在 SiC 襯底上生長的一層或多層外延層。相比襯底，外延材料厚度、摻雜濃度均勻性好、片間一致性優、缺陷率低，有效提高了下游產品的一致性和良率。功率器件一般對缺陷密度、高電壓及電流耐受度要求高，所以會使用外延片來進行晶片製造。外延片對於提升器件的引數穩定性，具有重要意義。從生產工藝來看，目前外延常用工藝為化學氣相沉積（CVD）法，即透過使用外延爐以及前驅氣體來在SiC 拋光片上生長外延層。外延中的核心技術包括對外延溫度、氣流、時間等引數的精確控制，以使得外延層的缺陷度小，從而提高器件的效能及可靠性。器件依據不同的設計，所需的外延引數也不同。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600V~6500V的應用，SiC 外延層的厚度一般在 1~40μm。由於 SiC 外延有一定難度，所以市場上有一些專門做 SiC 外延的廠商，如瀚天天成、東莞天域等。目前國產6 英寸SiC 外延產品已經實現商用化，8 英寸產品在研製中。

SiC 產業鏈附加值向上遊集中，襯底和外延片是 SiC 器件的重要組成部分。SiC產業鏈從上游至下游包含 SiC 襯底、外延片生產、器件製造和封裝測試等環節，其中襯底位於SiC 產業鏈的最上游，成本佔比達 47%，其次為外延片，佔比23%，這兩大工序為SiC器件的重要組成部分。由於 SiC 襯底生產工藝壁壘高，生產良率較低，全球產量具有明顯的瓶頸，因此其製造成本一直居高不下。此外，外延片的引數效能會受到SiC 襯底質量的影響，其本身也會影響下游器件的效能。由此可見，SiC 襯底及外延片是SiC產業鏈的核心環節，行業的附加值向上遊集中。

2.1.1 半絕緣型 SiC 襯底在射頻器件上的應用

半絕緣型襯底 SiC 襯底具有高電阻率（電阻率≥105Ω·cm），在半絕緣型SiC襯底上生長 GaN 外延層製成 SiC 基氮化鎵（GaN-on-SiC）外延片，可進一步製成微波射頻器件，並運用於 5G 通訊和雷達領域，其中通訊基站以及軍事應用是SiC 基氮化鎵主要應用領域，兩者產值佔整體產值約 9 成。 射頻器件在無線通訊中扮演訊號轉換的角色。射頻器件是無線通訊的基礎性零部件，在無線通訊中扮演訊號轉換的角色，主要由功率放大器（PA）、雙工器、射頻開關、濾波器（包括 SAW 濾波器和 BAW 濾波器）和低噪放大器（LNA）等組成。目前主流的射頻器件有砷化鎵、矽基 LDMOS 和 GaN-on-SiC 等不同型別，其中半絕緣型SiC 襯底製備的GaN射頻器件主要為面向通訊基站以及雷達器件的功率放大器。

GaN 射頻器件是理想的微波射頻器件，有望逐步替代大部分矽基LDMOS 份額。按材料分類，目前主流的射頻器件包括砷化鎵（GaAs）、矽基 LDMOS 和SiC 基氮化鎵（GaN-on-SiC）等不同型別，目前 GaAs 器件已在 PA 上得到廣泛運用；矽基LDMOS 器件在通訊領域已應用多年，但主要應用於小於 4GHz 的低頻領域；而 GaN-on-SiC 射頻器件擁有良好的導熱效能，並具有高功率、高頻率等優勢，突破了市場上主流射頻器件如砷化鎵、矽基LDMOS器件的技術瓶頸，能夠滿足 5G 通訊對於高頻、高速、高功率處理能力的要求，已經逐步成為 5G 功率放大器的主流技術路線。隨著全球特別是我國5G 網路建設的大規模推進，預計 SiC 基氮化鎵器件的需求將進一步增加，並逐步替代大部分矽基LDMOS 份額。軍事應用方面，SiC 基氮化鎵器件已取代砷化鎵、矽基 LDMOS 器件佔據主要市場，對於高頻高輸出的衛星通訊領域，SiC 基氮化鎵射頻器件的應用也有望逐步推廣。

下游需求驅動增長，GaN-on-SiC 市場規模有望開啟。在5G 通訊以及軍事應用等下游驅動之下，SiC 基氮化鎵射頻器件的市場空間不斷開啟。據Yole 預測，到2025 年，功率在 3W 以上的射頻器件市場中，砷化鎵器件市場份額基本維持不變的情況下，氮化鎵射頻器件有望替代大部分矽基 LDMOS 份額，佔據射頻器件市場約50%的份額。Yole預計全球 SiC 基氮化鎵射頻器件的市場規模將從 2019 年的 7。4 億美元增長至2025 年的20億美元，19-25 年複合增速達到 18。02%。

絕大部分氮化鎵射頻器件採用 SiC 襯底製備，預計將拉動SiC 襯底需求。從襯底選擇來看，目前氮化鎵射頻器件主要基於矽、SiC 等異質襯底外延材料製備而成，且預計未來一段時間也是 GaN 襯底材料的主要選擇。與矽基氮化鎵相比，SiC 氮化鎵主要優勢在於其材料缺陷和錯位密度低。SiC 基氮化鎵材料外延生長技術相對成熟，且SiC 襯底導熱性好，適合於大功率應用，同時襯底電阻率高降低了射頻損耗，因此SiC 基氮化鎵射頻器件成為目前市場的主流。根據 Yole 報告，90%左右的氮化鎵射頻器件採用SiC襯底製備，GaN 射頻器件的廣泛應用也將有效拉動 SiC 襯底需求。《瓦森納協定》限制部分材料出口，半絕緣型襯底國產替代可期。2008 年的《瓦森納協定》將半絕緣型 SiC 襯底等材料對我國等部分國家實現出口限制，國內SiC 產業的持續發展對核心技術國產自主化、實現供應鏈安全可控提出了迫切的需求。自主可控趨勢加速了寬禁帶半導體器件的國產化替代程序，為寬禁帶半導體行業帶來了發展新機遇。在寬禁帶半導體領域，下游應用企業已在調整供應鏈，支援國內企業。數家國內寬禁帶半導體企業的上中游產品陸續獲得了下游使用者驗證機會，進入了多個關鍵廠商供應鏈，逐步開始了以銷促產的良性發展。

2.1.2 導電型 SiC 襯底在功率器件領域的應用

導電型 SiC 襯底主要應用於製造功率器件。與傳統矽功率器件製作工藝不同，SiC功率器件不能直接製作在 SiC 襯底上，需在導電型襯底上生長SiC 外延層得到SiC 外延片，並在外延層上製造各類功率器件。 功率半導體是電能轉換與電路控制的核心，應用功能場景日益豐富。功率器件又被稱為電力電子器件，是構成電力電子變換裝置的核心器件，主要包括功率二極體、功率三極體、閘流體、MOSFET、IGBT 等。作為構成電力電子轉換裝置的核心元件，功率半導體幾乎進入國民經濟各個工業部門和社會生活的各個方面，電子裝置應用場景日益豐富，功率半導體的市場需求也與日俱增。隨著新應用場景的出現和發展，功率半導體的應用範圍已從傳統的消費電子、工業控制、電力傳輸、計算機、軌道交通、新能源等領域，擴充套件至物聯網、電動汽車、雲計算和大資料等新興應用領域。

2.2 競爭格局：海外企業壟斷，國內份額較低

從生產經營角度看，SiC 行業的業內生態可分為兩種商業模式。從生產經營角度看，SiC行業的企業業態可分為兩種商業模式：第一類企業覆蓋多個產業鏈環節，例如同時從事襯底、外延及 SiC 器件的製作，如美國科銳公司（現已更名為Wolfspeed）；第二類企業只從事產業鏈的單個或者部分環節，例如貳陸公司等。國內方面，目前國內絕大多數企業只聚焦於 SiC 產業鏈的某一個環節，如山東天嶽、天科合達聚焦於SiC 襯底材料的研發、生產和銷售，東莞天域和瀚天天成聚焦 SiC 外延片環節，下游SiC 器件領域則包括泰科天潤、中車時代、上海瞻芯等。

行業格局：SiC 襯底市場被海外企業主導，國內廠商份額較小。SiC 襯底是SiC產業鏈中技術壁壘較高的環節，涉及裝置研製與生產、原料合成、晶體生長與切割、晶片加工和清洗檢測等眾多環節，因此需要長期的工藝技術積累，存在較高的技術及人才壁壘。目前 SiC 襯底市場被海外廠商主導，2020 年上半年 Wolfspeed 在全球SiC 襯底市場（包含半絕緣和導電型）的市佔率高達 45%，國內公司總體處於發展初期，目前以4英寸小尺寸產能為主，並向 6 英寸進軍。目前國內 SiC 襯底市場份額較小，國產SiC 襯底的市佔率約為 10%。

導電型 SiC 襯底：根據 Yole 資料，美國 Wolfspeed 一家獨大，佔據全球60%以上的市場份額，基本控制行業的市場價格和市場標準。行業內其他公司包括：美國貮陸（II-VI）、德國 Si Crystal、Dow，日本 ShowaDenko 等。前三大企業佔據行業90%以上份額。半絕緣型 SiC 襯底：全球市場美國 Wolfspeed，貮陸（II-IV）合計佔據接近70%市場份額，國內山東天嶽份額在半絕緣型 SiC 襯底份額保持領先，2020 年市佔率為30%。

SiC 外延裝置：市場被四家海外企業壟斷。目前，全球 SiC 外延裝置被行業四大龍頭企業 Axitron、LPE、TEL 和 Nuflare 所壟斷，行業前四名企業市佔率接近100%。目前全球四大企業的 SiC 外延裝置各有優勢，其中 Axitron 的外延裝置生長能力最強，因此其產能相對更大；LPE 的外延裝置生長速度最高；日企 TEL 的裝置為雙腔體，有助於提高產量；而 Nuflare 的旋轉速率更高，每分鐘可達到 1，000 轉，因此產品具有更強的均勻性。

SiC 功率器件：驗證週期較長，國內廠商切入緩慢。在下游的SiC 功率器件領域，全球主要市場份額掌握在美國的 Wolfspeed 和日本的 Rohm 兩大龍頭企業手中，市場份額分別為 27%和 22%，行業前四企業市佔率合計 73%。由於 SiC 器件對穩定性要求較高，並且驗證週期較長，因此國內廠商切入較為緩慢。 從 SiC 功率器件的應用來看，由於 SiC 功率器件能夠顯著提升新能源汽車的效能，如提升續航能力和充電速率，以及實現汽車的輕量化，因此 SiC 功率器件在新能源汽車領域的應用比例最高，其次為電源裝置、光伏發電和國防軍工領域，佔比分別為21%、17%和 11%。

國內方面，國內 SiC 器件廠商以 IDM 企業為主，少量為純設計企業。其中上市公司包括三安光電、中車時代電氣、華潤微等。

3。 下游應用：新能源汽車、光伏驅動行業成長

SiC 功率器件在下游應用中嶄露頭角。功率器件是電力電子行業的重要基礎元器件之一，能夠實現對電能的處理、轉換及控制，主要包括功率二極體、閘流體、IGBT、MOSFET等產品。隨著新應用場景的出現和發展，功率器件的應用範圍已從傳統的消費電子、工業控制、電力傳輸、計算機、軌道交通等領域，擴充套件至新能源汽車、風光儲、物聯網、雲計算和大資料等新興應用領域。以 SiC 為襯底製造的功率器件，具備耐高壓、耐高溫和低能量損耗等優越效能，可以滿足電力電子技術對高溫、高功率、高壓、高頻及抗輻射等惡劣工作條件的新要求，與矽基功率器件相比，能夠極大提高能源轉換效率，在新能源汽車、充電樁、光伏新能源、軌道交通、智慧電網的應用上逐漸嶄露頭角。據Yole預測，到 2025 年，全球 SiC 市場規模將達到 25。60 億美元，2019-2025 年複合增速高達29。53%。

3.1 新能源汽車:滲透率不斷提升，SiC 器件需求有望逐步放量

新能源汽車消費興起，滲透率不斷提升。2019 年及之前，國內新能源車消費的主要驅動力來自於補貼政策和 B 端需求。2020 年以來，隨著特斯拉、比亞迪、蔚小理等終端車廠陸續推出高性價比車型，在外形、續航、智慧化等方面的產品競爭力不斷提升，消費者對於電動汽車的接受程度進一步提升，新能源汽車的產品競爭力也逐步成為驅動新能源汽車消費的主導因素。此外，為了應對氣候問題，近年來全球主要國家陸續提出實現“碳中和”的日程表，其中我國在 2020 年提出 2030 年碳達峰、2060 年碳中和的目標，在目標的約束下，各國加快可再生能源的投資力度，積極推動新能源汽車銷售。在需求以及“雙碳”政策的驅動之下，全球新能源汽車銷售高速增長，2021

年

全球新能源汽車銷量為 675 萬輛，同比增長 108%，其中我國新能源車銷量 352 萬輛，同比增長157%；從佔比來看，2021

年

全球新能源車的滲透率為 8。16%，而我國已經達到13。40%。

SiC 器件應用廣泛，效能優勢明顯。在新能源汽車中，SiC 器件主要應用在電機驅動系統、車載充電系統（OBC）、電源轉換系統（車載 DC/DC）、以及非車載充電樁。其中，電機驅動系統中，SiC 器件主要應用在主逆變器上，與 IGBT 相比，能夠顯著降低電力電子系統的體積、重量和成本，據 ST 預計，SiCMOSFET 的逆變器封裝尺寸較矽基IGBT減少 50%以上；同時，在電動車平均執行狀態之下，SiC 逆變器的效率也較IGBT高。據Wolfspeed 預測，SiC 逆變器能夠提升電動車 5%-10%的續航能力，同時節省400-800美元的電池成本。OBC 以及電源轉換系統方面，SiC 的應用能夠有效降低開關損耗、提高極限工作溫度，進而提升系統效率。

下游廠商積極採用 SiC 方案，需求有望逐步放量。2021 年9 月，特斯拉宣佈Model3將搭載 STSiC 器件，全車共有 48 個 SiCMOSFET 用於主逆變器中。透過搭載SiC器件，特斯拉的逆變器效率從 Model S 的 82%提升至 Model 3 的90%，同時降低了開關損耗，實現了續航能力的提升。隨著特斯拉率先匯入 SiC 器件後，比亞迪、小鵬、蔚來、現代等多個終端廠商積極跟進，其中比亞迪預計在 2023 年全面採用SiC 器件替代IGBT。隨著終端車廠陸續採用 SiC 方案，SiC 的需求有望逐步放量。

預計 2025 年國內車用 SiC 器件市場規模約為 166。98 億元，對應外延片市場規模約為38。41 億元。我們對 2022-2025 年國內汽車銷量、新能源汽車銷量、以及SiC 在新能源汽車的滲透率進行謹慎預測，得出到 2025 年，採用 SiC 的新能源車將達到461萬輛。以 Model 3 為參考，謹慎假設 2021 年單車 SiC 使用量為48 個，並預計到2025年取代IGBT 用量，達到 150 個，由於單片 6 寸 SiC 襯底製備的晶片數量為448 顆，照此換算，單車使用 SiC 襯底數量從 2021 年的 0。10

片

增長至 2025 年的0。31 片。目前單片6英寸SiC 襯底約為 1，000 美元，按 6。8 匯率換算成人民幣 6，800 元，參考天嶽先進襯底價格下降速度，同時規模效應的顯現，謹慎預計襯底價格每年下降5%，即到2025 年，單片6 英寸襯底價格為 5，539 元。綜上，SiC 襯底市場規模將從2021 年的2。35 億元增長至2025 年的 78。48 億元。由於襯底佔 SiC 器件 47%成本，我們倒推出SiC 器件市場規模，2025 年為 166。98 億元。同時外延片佔 SiC 器件 23%成本，我們得出，到2025 年，外延片市場規模約為 38。41 億元。

3.2 光伏：光伏新增裝機持續增長，逆變器用SiC 市場規模巨大

積極推進可再生能源建設，光伏新增裝機持續高增長。在“雙碳”目標約束下，全球主要國家積極推進可再生能源建設，提高可再生能源在能源消費結構中的佔比，2021年全球光伏新增裝機規模為 170GW，同比大幅增長 30。77%，其中我國光伏新增裝機55GW，同比增長 13。86%。據 CPIA 預計，到 2030 年，樂觀情況下，全球光伏新增裝機365GW，2021-2030 複合增速為 13。58%；我國光伏新增裝機有望達128GW，2021-2030 複合增速為 15。16%。

逆變器是光伏發電重要裝置，目前多采用 IGBT 方案。光伏逆變器作為光伏電站的轉換裝置，主要作用是將太陽電池元件產生的直流電轉化為交流電。光伏逆變器主要由功率模組、控制電路板、斷路器、濾波器、電抗器、變壓器及機箱等組成。過去逆變器的功率器件多采用 MOSFET 器件，但由於 MOSFET 不適合用於高壓大容量的系統中，IGBT憑藉其在中、高壓容量中的優勢，已經逐步取代 MOSFET 成為逆變器的核心器件。在光伏逆變器的應用場景中，多采用 IGBT 單管或 IGBT 模組方案。SiC 方案優勢逐步凸顯，滲透率有望加速提升。使用 SiC MOSFET 或SiC MOSFET 與SiCSBD結合功率模組的光伏逆變器，轉換效率有望從 96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，裝置迴圈壽命提升 50 倍，從而能夠縮小系統體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產成本。據 Yole 資料，2020 年光伏逆變器中採用SiC 方案的滲透率約為 10%，預計到 2025 年將達到 50%，行業前景可觀。

光伏逆變器用 SiC 市場規模巨大。2020 年我國光伏新增裝機48。2GW，CPIA 預測到2025年，保守、樂觀情況下，國內新增裝機分別為 90 和 110GW，取中值為100GW，謹慎預計2025

年

國內光伏逆變器新增裝機 100GW。結合 Yole 資料，SiC 在光伏逆變器中的滲透率從 2020 年的 10%增長至 2025 年的 50%，即採用 SiC 方案的裝機從2020 年的4。82GW增長至 2025 年的 50GW。根據陽光電源 2020 年披露的光伏逆變器收入及銷售量，得出逆變器的造價為 0。21 元/W，功率器件約佔 11%，即功率器件的成本為0。02 元，由於目前SiC方案成本約是 IGBT 的 2-3 倍，謹慎預計 2。5 倍，即 SiC 方案成本為0。06 元/W。同時，隨著技術推進以及規模優勢的顯現，預計 SiC 方案成本將出現逐年下降。綜上，到2025年，光伏逆變器用 SiC 市場規模將達到 22。84 億元，2020-2025 年複合增速高達21。74%。

3.3 軌道交通：SiC 器件特性優異，已在城軌系統中得到應用

常見的軌道交通場景包括傳統鐵路、城際軌道以及城市軌道三大類別。根據世界鐵路聯盟 UIC 統計，截至 2021 年 6 月中國在運營的高速鐵路里程數達到3。8 萬公里，約佔全球總數的 68%。全球在建設或者規劃中的高速鐵路里程 7。4 萬公里，中國建設及規劃里程為 2。6 萬公里，約佔 36%。截至 2020 年，我國機車保有量為2。2 萬輛，我國鐵路動車組保有量共 3918 組，同比增長 6。9%。不斷增長的軌道里程以及存量交通工具器件替代預期是 SiC 切入軌道交通的主要契機。 由於大型軌道交通工具對載貨載客等乘運能力需求較高，對牽引變流器、電力電子電壓器等提出了更高的要求。由於 SiC 器件具備禁頻寬度大、熱導率高、電子飽和遷移速率高和擊穿電場高、能量損耗更低、耐高溫的特性，並且 SiC 器件能有效減輕軌道交通的載重，推進更輕更快更高效的軌道交通系統建設，常用於牽引變流器中SiC 功率器件正逐漸滲透過往以矽基器件為主的軌道交通市場。

目前 SiC 器件已在城市軌道交通系統中得以應用，在海外，日本在2021 年下半年推出搭載 SiC 車載裝置的 E131 Series 500 系列列車；德國搭載SiC 牽引逆變器的Avenio有軌電車正式投入適用。在國內，2021 年中車株洲所與深圳地鐵集團聯合自主研發的國內首臺地鐵列車全 SiC 牽引逆變器；同年，時代電氣公告稱基於3300V 全SiC 器件的牽引變流器在深圳 1 號線載客運營，牽引能耗降低 10%。未來隨著SiC 器件容量的提升，SiC 模組將在軌道交通領域發揮更大的作用。

3.4 智慧電網：SiC 器件可有效降低電力損失

電網是能源的傳輸、利用的主要載體，智慧電網即電網的智慧化，高電壓、大容量是智慧電網目前提升的主要方向，進一步提高柔性直流輸電的電壓等級和容量，實現大容量柔性直流輸電技術是智慧電網領域一大難題。 SiC 功率器件能夠更有效地協助智慧電網實現安全、無縫地容許各種不同型別的發電和儲能系統接入系統並實現電網容量擴容，SiC 功率器件在智慧電網的主要應用包括高壓直流輸電換流閥、柔性直流輸電換流閥、靈活交流輸電裝置、高壓直流斷路器、電力電子變壓器等裝置中。 SiC 器件應用在超高壓直流輸送電和智慧電網領域，可使電力損失有效降低，同時提升電網供電效率。根據 GeneSiC 半導體的研究，與市售的 6。5kV/25 A Si IGBT 相比，SiCBJT的開啟能量損耗降低了 19 倍，關斷能量損耗降低了 25 倍。SiC 器件在智慧電網中的應用對實現節能減排、發展低碳經濟願景有著重要意義。

4。 政策支援+成本下降，碳化矽國產替代有望加速

國家政策大力支援第三代半導體發展，為企業提供良好的生產經營環境。近年來，中國SiC 行業受到各級政府的高度重視和國家產業政策的重點支援。國家陸續出臺了多項政策，鼓勵 SiC 行業發展與創新，《關於做好 2022 年享受稅收優惠政策的積體電路企業或專案、軟體企業清單制定工作有關要求的通知》《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和 2035 年遠景目標綱要》《基礎電子元器件產業發展行動計劃（2021-2023 年）》等產業政策為 SiC 行業的發展提供了明確、廣闊的市場前景，為企業提供了良好的生產經營環境。

行業變革：SiC 向大尺寸演進是大勢所趨，有效提升材料使用率。按直徑計算，SiC襯底的尺寸主要有 2 英寸（50mm）、3 英寸（75mm）、4 英寸（100mm）、6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm）等規格。為提高生產效率並降低成本，大尺寸化是SiC 襯底製備的重要發展方向，襯底尺寸越大，單位襯底可製造的晶片數量越多，邊緣的浪費也越小，單位晶片的成本就越低。在半絕緣型市場，目前主流的襯底規格為4 英寸，在導電型市場，目前主流的襯底規格為 6 英寸。但隨著襯底尺寸的擴大，晶體生長難度

工藝

呈幾何級增長，技術壁壘也越高。從行業先進水平來看，目前全球龍頭Wolfspeed 已研發出8英寸SiC 襯底併成功量產，技術保持全球領先。

晶棒、襯底良率部分仍有提升空間，未來製造成本有望繼續下降。從SiC 襯底的製造環節看，目前襯底的製造包括長晶端和機加工端，長晶方面，SiC 包含200 多種同質異構結構的晶型，但只有 4H 型（4H-SiC）等少數幾種是所需的晶型。而PVT 長晶的整個反應處於 2300°C 高溫、完整密閉的腔室內（類似黑匣子），極易發生不同晶型的轉化，任意生長條件的波動都會影響晶體的生長、引數很難精確調控，很難從中找到最佳生長條件。目前行業主流良率在 50-60%左右（傳統矽基在 90%以上），有較大提升空間；機加工方面，SiC 硬度與金剛石接近（莫氏硬度達 9。5），切割、研磨、拋光技術難度大，工藝水平的提高需要長期的研發積累。目前該環節行業主流良率在70-80%左右，仍有提升空間。

SiC 器件的報價在持續下降，並與矽基器件價差逐漸縮小。根據CASA Research統計的半導體器件經銷商網上平均報價（元/安培）來看，SiC 肖特基二極體（SBD）以及SiCMOSFET

器件

近年來在逐步下降，其中 650V SiC SBD 報價在2018-2020 年的複合降幅達到 25%，而 650V SiC MOSFET 的複合降幅為 32%。由於 SiC 器件價格的下降，其與矽基器件的價差也在逐漸縮小。根據 CASA 第三代半導體產業發展報告的資料顯示，在公開報價方面，650V 的 SiC SBD 2020年底的平均價格是 1。58 元/A，較2019 年底下降了13。2%，與 Si 器件的價差在 3。8 倍左右。1200V 的 SiC SBD

的

平均價是3。83 元/A，較2019年下降了 8。6%，與 Si 器件的差距在 4。5 倍左右。據 CASA 調研顯示，實際成交價低於公開報價 650V 的 SiC SBD

的

實際成交價格約 0。7 元/A，1200V 的SiC SBD 價格約1。2 元/A，基本約為公開報價的 60%-70%，較上年下降了 20%-30%，實際成交價與Si 器件價差已經縮小至 2-2。5 倍之間。而 SiC MOSFET 價格下降幅度達 30%-40%，與Si 器件價差收窄到2。5-3倍之間。

預計 SiC 器件在高電壓場景中先具備替代優勢。從安森美的功率器件原廠價格對比來看，目前其 650V SiC MOSFET 價格比同電壓的矽基 IGBT 單管要貴3。2 倍，而1200VSiCMOSFET 比同電壓的 IGBT 單管價格差距就縮小至 2。2 倍。這反映在高電壓等級下，SiC器件的價格與矽基的差距更小。考慮到 SiC 對系統成本的減少，例如減少散熱組價和縮小體積，我們預計在高電壓場景下，SiC 已出現替換矽基器件的優勢。華為預計2025年前 SiC 價格逐漸於矽持平。華為在《數字能源 2030》中指出，以SiC 為代表的第三代半導體功率晶片和器件能夠大幅提升各類電力電子裝置的能量密度，提高電能轉換效率，降低損耗，滲透率將在未來全面提升； SiC 的瓶頸當前主要在於襯底成本高，預計未來 2025 年前，其價格會逐漸降為矽持平。 海外廠商在碳化矽領域佔據先發優勢，國內企業加速驗證。海外企業由於佔據先發優勢，在技術進展與產能規模上具備一定壟斷地位，在導電型SiC 襯底市場中，海外龍頭Wolfspeed 佔據 60%以上市場份額，美國 II-VI 公司、德國SiCrystal AG、道康寧（DowCorning）、日本新日鐵等緊隨其後。國內企業仍在起步階段，技術不斷追趕同時產能尚在爬坡，天嶽先進、天科合達等一眾廠商初具規模，但隨著國內企業產品得到驗證程序加速，下游廠商認可程度不斷提升，海外企業與國內企業差距相對縮小，國產替代具備廣闊的市場空間。

寬禁帶半導體的軍事用途使得國外對中國實行技術和產品禁運和封鎖。《瓦森納協定》是一項由 42 個國家簽署，管制傳統武器及軍商兩用貨品出口的條約。寬禁帶半導體是有源相控陣雷達、毫米波通訊裝置、鐳射武器、“航天級”固態探測器、

耐

超高輻射裝置等軍事裝備中的核心元件，因而受到國際上《瓦森納協定》的出口管制，並且對外收購相關企業也會受到西方發達國家的嚴格審查。國內行業透過外延式收購的方式進行發展的難度較大。 《瓦森納協定》在 2008 年修訂後，開始限制半絕緣 SiC 襯底等材料向中國等部分國家進行出口。此外，根據美國商務部工業與安全域性（BIS）出口管制清單，SiC 晶片也被列為限制出口產品。雖然我國在新能源汽車、光伏等 SiC 應用的主要領域具備一定先發優勢，但在 SiC 領域起步較晚，發展基礎薄弱，且透過外延收購的方式進行發展的難度較大，因此只能以內生髮展為主的方式實現國產替代。

海外技術禁運，加速寬禁帶半導體器件的國產替代程序。由於寬禁帶半導體的軍事用途使得國外對中國實行技術禁運和封鎖，國內 SiC 產業的持續發展對核心技術國產自主化、實現供應鏈安全可控提出了迫切的需求。自主可控趨勢加速了寬禁帶半導體器件的國產替代程序，為寬禁帶半導體行業帶來了發展新機遇。在寬禁帶半導體領域，下游應用企業已在調整供應鏈，支援國內企業。數家國內寬禁帶半導體企業的上中游產品陸續獲得了下游使用者驗證機會，進入了多個關鍵廠商供應鏈，逐步開始了以銷促產的良性發展。受益 SiC 下游應用的旺盛需求，國內外企業積極擴產。隨著近年SiC 器件的應用場景日漸多元，在電動汽車、光伏發電、軌道交通和智慧電網等下游領域的滲透率快速提升，下游需求實現快速增長。為了滿足以電動汽車、光伏為代表的客戶未來的增長需求，國內外企業紛紛擴產，密集加大資本投入以搶佔市場先機。2022 年4 月，全球SiC龍頭企業 Wolfspeed 正式啟用其位於美國紐約州馬西的最先進的莫霍克谷SiC 製造廠，這是全球首個 8 英寸 SiC 晶圓廠，現已正式啟用並

試產

，預估 2023 年上半年可望貢獻

顯著

營收；2022 年 5 月，意

法

半導體宣佈其 8 寸 SiC 襯底、外延片和SiC MOSFET 都將達到完工達產狀態，目標在 2024 年 SiC 襯底自給率達到 40%。隨著下游市場的超預期發展，SiC產業鏈的景氣程度有望持續向好，各環節企業也將直接受益於行業發展。

國內方面，2021 年國內累計投產 3 條 6 英寸 SiC 晶圓產線，總體來看國內至少已有7條SiC 晶圓製造產線（包括中試線），另有約 10 條 SiC

產

線正在建設中；GaN 射頻產線方面，目前國內已有 5 條 4 英寸 GaN-on-SiC 生產線，約有5 條GaN 射頻產線正在建設中。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關資訊，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。