1、2022年碳化硅行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)鏈分析1. 碳化硅：性能優(yōu)異，先進(jìn)生產(chǎn)力代表碳化硅發(fā)展歷程碳化硅是由美國(guó)人艾奇遜在1891年電熔金剛石實(shí)驗(yàn)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室偶然發(fā)現(xiàn)的一種碳化物，當(dāng)時(shí) 誤認(rèn)為是金剛石的混合體，故取名金剛砂，1893年艾奇遜研究出來了工業(yè)冶煉碳化硅的方法， 也就是大家常說的艾奇遜爐，一直沿用至今。半導(dǎo)體材料演變情況常見的半導(dǎo)體材料包括硅（Si）、鍺（Ge）等元素半導(dǎo)體及砷化鎵（GaAs）、碳化硅（SiC） 、氮化鎵（GaN）等化合物半導(dǎo)體材料。從被研究和規(guī)?；瘧?yīng)用的時(shí)間先后順序來看，上述半 導(dǎo)體材料被業(yè)內(nèi)通俗地劃分為三代。碳化硅優(yōu)勢(shì)：穩(wěn)定高效，適用高壓高頻領(lǐng)域第三代半導(dǎo)體材料是指以碳

2、化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、 電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，因此采用第三代半導(dǎo)體材料制備的半導(dǎo)體器件不僅能在更高 的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，適用于高電壓、高頻率場(chǎng)景，還能以較少的電能消耗，獲得更高的運(yùn)行能力。碳化硅優(yōu)勢(shì)：節(jié)能+減重，新能源領(lǐng)域潛力廣闊羅姆通過輸入WLTC（全球統(tǒng)一輕型車輛測(cè)試循環(huán)）行駛循環(huán)的模擬行駛試驗(yàn)條件，對(duì)逆變器進(jìn)行 了采用第四代SiC MOSFET和IGBT的行駛電費(fèi)試驗(yàn)。結(jié)果顯示，采用SiC MOSFET總電費(fèi)比IGBT 改善6%，市區(qū)模式改善10%。改善電力消耗也意味著，維持行車距離不變的情況下可以降低電池 電容。產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)：產(chǎn)能向大尺

3、寸轉(zhuǎn)移目前，碳化硅產(chǎn)業(yè)中襯底仍以4-6英寸為主。若將尺寸由6英寸提高至8英寸，SiC的單片面積將增大 77.8%，可利用面積大大提高。大直徑襯底能夠有效降低器件制備成本，以直徑 6英寸襯底為例， 使用直徑 6英寸襯底相對(duì)直徑 4英寸襯底能夠節(jié)省大約 30%的器件制備成本。Wolfspeed、II-IV均在2015年制備成功8英寸SiC樣片。此外，羅姆和意法半導(dǎo)體也分別宣布擁有8 英寸襯底制作技術(shù)。產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)：襯底供不應(yīng)求，產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)張據(jù) CASA Research 整理，國(guó)際龍頭紛紛大力完善產(chǎn)業(yè)布局，強(qiáng)化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，持續(xù)加大襯底產(chǎn)能的 擴(kuò)張。據(jù)各公司官網(wǎng)披露，Wolfspeed投資近 10 億美元

4、進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)，預(yù)計(jì)在2017-2024間整體產(chǎn)能 將擴(kuò)大30倍；ROHM計(jì)劃在2017年-2024 年間產(chǎn)能擴(kuò)充 16 倍；II-VI 計(jì)劃5年內(nèi)產(chǎn)能擴(kuò)充 5-10 倍。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈：襯底為核心，降本為關(guān)鍵在碳化硅器件的成本占比當(dāng)中：襯底、外延、前段分別占比47%、23%、19%。我們認(rèn)為，襯底 是碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)，襯底行業(yè)的發(fā)展也是未來碳化硅產(chǎn)業(yè)降本、大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的主要驅(qū) 動(dòng)力。2. 襯底為核心，技術(shù)瓶頸逐步突破碳化硅的晶體制備方法：PVT法使用最廣目前碳化硅單晶的制備方法主要有：物理氣相傳輸法（PVT）；頂部籽晶溶液生長(zhǎng)法（TSSG）；高溫化學(xué)氣相沉 積法（HT-CVD）。 其中TSSG

5、法生長(zhǎng)晶體尺寸較小目前僅用于實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)，商業(yè)化的技術(shù)路線主要是PVT和HT-CVD。與HT-CVD法 相比，采用PVT法生長(zhǎng)的SiC單晶所需要的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易控制，設(shè)備價(jià)格以及運(yùn)行成本低，因此PVT法為工 業(yè)生產(chǎn)所采用的主要方法。碳化硅晶型：4H晶型最優(yōu)碳化硅的典型結(jié)構(gòu)可分為兩類，一類是閃鋅礦結(jié)構(gòu)的立方碳化硅晶型，稱為 3C-SiC 或 -SiC，另一類是六角型 或菱形結(jié)構(gòu)的大周期結(jié)構(gòu)其中典型的 有 6H-SiC、4H-SiC、15R-SiC 等，統(tǒng)稱為 -SiC。 3C-SiC 制造器件方面具有高電阻率的優(yōu)勢(shì)。然而，Si和SiC晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的高度不匹配會(huì)導(dǎo)致 3C-SiC 外延層

6、中產(chǎn)生大量缺陷。 4H-SiC在制造 MOSFET 方面非常有潛力，因?yàn)槠渚w生長(zhǎng)和外延層生長(zhǎng)的工藝表現(xiàn)更為優(yōu)異，電子遷移率方面， 4H-SiC 高于 3C-SiC 和 6H-SiC，為 4H-SiC MOSFET 提供了更好的微波特性。行業(yè)痛點(diǎn)之良率：碳化硅襯底良率普遍偏低良率低主要由2個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成：（1）晶棒良品率=半導(dǎo)體級(jí)晶棒產(chǎn)量/（半導(dǎo)體級(jí)晶棒產(chǎn)量+非半導(dǎo)體級(jí) 晶棒產(chǎn)量）100%；（2）襯底良品率=合格襯底產(chǎn)量/（合格襯底產(chǎn)量+不合格襯底產(chǎn)量）100% 。碳化硅的晶型多達(dá)200多種，而想要生成所需要的單一晶型（主流為4H晶型），需要非常精確的 控制。另一方面，SiC襯底作為莫氏硬度達(dá)9.

7、2的高硬度脆性材料，加工過程中存在易開裂問題，加 工完成后的襯底易存在翹曲等質(zhì)量問題。英飛凌為了提高產(chǎn)量，就曾在2018年收購了SiC晶圓切割 領(lǐng)域的新銳公司Siltectra。3. 海外占據(jù)領(lǐng)先地位，國(guó)內(nèi)奮起直追碳化硅市場(chǎng)：海外廠商為主導(dǎo)目前碳化硅襯底市場(chǎng)以海外廠商為主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)企業(yè)市場(chǎng)份額較小。碳化硅襯底產(chǎn)品的制造涉及設(shè)備 研制、原料合成、晶體生長(zhǎng)、晶體切割、晶片加工、清洗檢測(cè)等諸多環(huán)節(jié)，需要長(zhǎng)期的工藝技術(shù)積 累，存在較高的技術(shù)及人才壁壘。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院援引Yole數(shù)據(jù)，2020年上半年，碳化硅襯底市場(chǎng)（半絕緣和導(dǎo)電型） Wolfspeed市占率達(dá)到45%以上，國(guó)內(nèi)龍頭天科合達(dá)和山東天岳

8、的合計(jì)市場(chǎng)份額不到10%。山東天 岳、爍科晶體（中電科孵化）、河北同光（中科院半導(dǎo)體所孵化）現(xiàn)有主要產(chǎn)品為高純半絕緣襯底 ，而天科合達(dá)（中科院物理所孵化）、世紀(jì)金光主要產(chǎn)品為導(dǎo)電型襯底。半絕緣型襯底：市場(chǎng)高度集中，TOP3三分天下從襯底的下游晶圓與器件來看，大量生產(chǎn)廠家仍然位于日本、歐洲與美國(guó)；但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家在襯底 領(lǐng)域已經(jīng)擁有了一定的市場(chǎng)份額。根據(jù)天岳先進(jìn)招股書援引Yole數(shù)據(jù)，在2020年半絕緣型碳化硅 襯底市場(chǎng)中，貳陸公司（II-IV）、科銳公司（Wolfspeed）以及天岳先進(jìn)依次占據(jù)前三甲的位臵， 市場(chǎng)份額分別為35%、33%和30%，市場(chǎng)高度集中。4. 下游需求強(qiáng)勁，空間+滲透率雙

9、倍增長(zhǎng)碳化硅兩大產(chǎn)業(yè)鏈以碳化硅材料為襯底的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括碳化硅襯底材料的制備、外延層的生長(zhǎng)、器件制造以及下游 應(yīng)用市場(chǎng)。在碳化硅襯底上，主要使用化學(xué)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(jìn)一步制成器件。半絕緣碳化硅應(yīng)用：碳化硅基氮化鎵占據(jù)主導(dǎo)地位在RF GaN行業(yè)，一切都始于GaN-on-SiC技術(shù)。20多年前推出的GaN-on-SiC現(xiàn)在是RF功率應(yīng)用中 LDMOS和GaAs的重要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。射頻（RF）GaN的兩個(gè)市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素仍然是5G電信和國(guó)防。衛(wèi)星 通信（SatCom）和消費(fèi)類手機(jī)等新興細(xì)分市場(chǎng)也代表著新的機(jī)會(huì)。據(jù)Yole預(yù)測(cè)，GaN RF市場(chǎng)的總 價(jià)值將

10、在2020年-2026年間從8.91億美元增加到24億美元以上，復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR2020-2026） 為18%。半絕緣碳化硅應(yīng)用：5G引領(lǐng)增長(zhǎng)，GaN器件份額逐步提升我國(guó)5G建設(shè)和應(yīng)用保持在全球領(lǐng)先水平，根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2022年底5G基站總數(shù)將突破200萬個(gè)， 而5G建設(shè)也是GaN射頻器件的主要下游應(yīng)用領(lǐng)域。氮化鎵射頻器件正在取代 LDMOS 在通信宏基站、雷達(dá)及其他寬帶領(lǐng)域的應(yīng)用。根據(jù)天岳先進(jìn)招股 書援引Yole，至 2025 年，功率在 3W 以上的射頻器件市場(chǎng)中，砷化鎵器件市場(chǎng)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硅基 LDMOS 份額，占據(jù)射頻器件市場(chǎng)約 50

11、%的份額。 全球氮化鎵射頻器件市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)增長(zhǎng)，從 2019 年的 7.4 億美元增長(zhǎng)至 2025 年的 20億美元， 期間年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 18%。半絕緣碳化硅應(yīng)用：GaN-on-SiC 或GaN-on-Si？為了提供滿足不斷增長(zhǎng)的需求所需的帶寬，無線行業(yè)正在從今天的4G網(wǎng)絡(luò)全速前進(jìn)到5G。電信運(yùn)營(yíng) 商專注于提供最佳的客戶體驗(yàn)，同時(shí)也需要控制資本和運(yùn)營(yíng)支出。因此，具有優(yōu)良性能和高效率的基 礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)極為關(guān)鍵。為了5G更大的帶寬和更低的延遲，下一代無線基站（包括宏基站和小型基 站）需要采用能夠滿足這些性能、效率和價(jià)值要求的技術(shù)，而氮化鎵（GaN）已成為一個(gè)至關(guān)重要的 組成部分。GaN解決

12、方案中，有一個(gè)常見的討論：對(duì)于RF應(yīng)用，GaN-on-SiC 或GaN-on-Si 哪個(gè)是 更好的解決方案？導(dǎo)電型碳化硅應(yīng)用：新能源車銷量+滲透帶來雙重增長(zhǎng)從應(yīng)用領(lǐng)域來看，新能源汽車是SiC器件最 大的應(yīng)用市場(chǎng)，據(jù)Yole預(yù)測(cè)，其2025年份 額將超過50%。新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展 帶動(dòng)了充電柱的需求增長(zhǎng)。5. 重點(diǎn)公司分析Wolfspeed：驅(qū)動(dòng)SiC商業(yè)化，引領(lǐng)技術(shù)革命公司近年加強(qiáng)與上下游產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)合，通過合同、聯(lián)盟或其他方式提前鎖定訂單，與下游主要企業(yè)簽訂了數(shù)個(gè)長(zhǎng) 期供貨協(xié)議，總金額達(dá)到13億美元。另一方面，公司不斷整合業(yè)務(wù)，2018年3月6日，公司根據(jù)與英飛凌的資產(chǎn)購 買協(xié)議，收購了

13、英飛凌射頻功率業(yè)務(wù)（RF Power）的部分資產(chǎn)；2020年，公司出售 LED 照明業(yè)務(wù)，專注 SiC 電 力電子和 GaN 射頻。意法半導(dǎo)體：SiC器件龍頭，客戶分布廣泛2017年11月，意法半導(dǎo)體的碳化硅功率器件開啟了SiC在高端汽車中的大規(guī)模應(yīng)用。同時(shí)，公司計(jì)劃在2020至 2022年間將SiC器件產(chǎn)能擴(kuò)大2.5倍。在2019年12月，意法半導(dǎo)體收購了瑞典SiC晶圓制造商N(yùn)orstel，加強(qiáng)其內(nèi)部碳化硅片供應(yīng)，同時(shí)消除對(duì)外部晶圓 源的依賴。公司預(yù)計(jì)將在2023年進(jìn)行8英寸的商業(yè)化生產(chǎn)。天岳先進(jìn)：中國(guó)碳化硅襯底上市第一股天岳先進(jìn)成立于2010年，經(jīng)過十余年的技術(shù)發(fā)展，公司已掌握涵蓋了設(shè)備設(shè)計(jì)、 熱場(chǎng)設(shè)計(jì)、粉料合成、晶體生長(zhǎng)、襯底加工等環(huán)節(jié)的核心技術(shù)，自主研發(fā)了不同 尺寸半絕緣型及導(dǎo)電型碳化硅襯底制