發布日期：2022-04-19 13:15:25 文章來源：中信建投證券
一、碳化硅 SiC 為第三代半導體材料
1.1、半導體材料市場廣闊
半導體行業市場規模較大，產業鏈較長，技術門檻較高且應用廣泛，是現代電子信息產業的基礎。半導體 行業的產業鏈主要包括上游半導體材料、中游半導體元件以及下游應用領域。上游材料半導體材料是一類具有 半導體性能（導電能力介于導體與絕緣體之間）、可用來制作半導體器件和集成電路的電子材料。
中游半導體 元件主要包括集成電路、傳感器、分立器件以及光電子器件，集成電路（IC）是一種微型電子器件或部件，通過特殊工藝把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起；傳感器是實現自動檢測和 自動控制的首要環節；分立器件是具有單一功能的電路基本元件，如晶體管、二極管、電阻、電容、電感等；光電子器件是光纖網絡的構成要件，多應用于 5G 通信等領域。半導體元件可應用于下游消費電子、網絡通信、 工業控制、新能源、軌道交通及光電顯示等主要領域。
全球半導體產業規模呈現不斷上升趨勢，半導體材料是半導體產業鏈上游的主要組成部分。近年來全球半 導體產業規模呈現不斷上升趨勢，2014 至 2020年全球半導體銷售額年復合增長率為 4.6%。中國半導體產業同樣呈現規模持續擴大，在政策大力支持與下游應用快速繁榮等因素的推動下，2014 至 2020 年中國半導體銷售 額年復合增長率達 8.7%，占全球半導體銷售額比例由 2014 年的 27%上升至 2020 年的 34%，是當前全球最大 的半導體消費市場。半導體材料在集成電路和分立器件等半導產品生產制造過程中起關鍵作用。常見的半導體 制造材料包括硅（Si）、鍺（Ge）等元素半導體及砷化鎵（GaAs）、碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等化合物半 導體材料，其中以碳化硅、氮化鎵等化合物為材料的半導屬于第三代化合物半導體材料。
半導體材料市場空間廣闊，制造材料銷售額占比不斷提高。全球半導體材料銷售額規模不斷上升，2015 年至 2019 年復合增長率為 4.8%；中國大陸半導體材料市場快速增長，2015 至 2019 年復合增長率達 9.3%，占 全球半導體材料銷售額比例不斷攀升，由 2015 年的 14%增長至 2019 年的 16.7%。從材料類別來看，半導體制造材料銷售規模占全部半導體材料銷售額比例超50%，且呈現逐年上升的趨勢，2015 至 2019 年制造材料銷售 額復合增長率達 8.1%，而封裝材料 2015 至 2019 年銷售額復合增長率為-0.1%。
1.2、第三代半導體制造材料碳化硅性能優勢突出
第一代半導體材料主要是指硅（Si）、鍺（Ge）為代表的元素半導體材料，應用極為普遍，包括集成電路、 電子信息網絡工程、電腦、手機等。其中，最典型的應用是集成電路，主要應用于低壓、低頻、低功率的晶體 管和探測器中。硅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硅基材 料制作的。但是硅材料的物理性質限制了其在光電子和高頻電子器件上的應用，如其間接帶隙的特點決定了它 不能獲得高的電光轉換效率；且其帶隙寬度較窄，飽和電子遷移率較低，不利于研制高頻和高功率電子器件， 硅基器件在 600V 以上高電壓以及高功率場合就達到其性能的極限。
第二代半導體材料主要是以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）為代表的化合物材料，目前手機所使用的關鍵 通信芯片都采用類似材料制作。砷化鎵材料的電子遷移率約是硅的 6 倍，具有直接帶隙，故其器件相對硅基器 件具有高頻、高速的光電性能，因此被廣泛應用于光電子和微電子領域，是制作半導體發光二極管和通信器件 的關鍵襯底材料。由于第二代半導體材料的禁帶寬度不夠大，擊穿電場較低，限制了其在高溫、高頻和高功率 器件領域的應用。另外，由于砷化鎵材料的毒性，可能引起環境污染問題，對人類健康存在潛在的威脅。
第三代半導體材料是指以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為代 表的寬禁帶半導體材料，多在通信、新能源汽車、高鐵、衛星通信、航空航天等場景中應用，其中碳化硅、氮 化鎵的研究和發展較為成熟。與前兩代半導體材料相比，第三代半導體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱 導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優勢，因此，采用第三代半導體材料制備的半導體器件不僅能在更 高的溫度下穩定運行，適用于高電壓、高頻率場景，此外，還能以較少的電能消耗，獲得更高的運行能力。
碳化硅是由碳和硅組成的Ⅳ-Ⅳ族化合物半導體材料，具有多種同素異構類型，是世界上硬度排名第三的 物質，在熱、化學和機械方面都非常穩定。在物理性質上，SiC 具有高硬度、高耐磨性、高導熱率、高熱穩定性以及散熱性好的特點；在化學性質上，SiC 表面易形成硅氧化物薄膜以防止其進一步氧化，但在高溫下該氧化膜會迅速發生氧化反應。
碳化硅的典型結構可分為兩類，一類是閃鋅礦結構的立方碳化硅晶型，稱為 3CSiC 或 β-SiC，這里 3 指的是周期表性次序中面的數目；另一類是六角型或菱形結構的大周期結構其中典型的 有 6H-SiC、4H-SiC、15R-SiC 等，統稱為 α-SiC。其中，4H-SiC 和 6H-SiC 是兩種半導體所需的材料，碳化硅 與其他半導體材料具有相似的特性，4H-SiC 的飽和電子速度是 Si 的兩倍，從而為 SiC 元件提供了較高的電流 密度和較高的電壓，常被用來作為碳化硅功率器件。而 6H-SiC 和 4H-SiC 最大的差異在于 4H-SiC 的電子遷移 率是 6H-SiC 的兩倍，這是因為 4H-SiC 有較高的水平軸（a-aixs）的移動率。在碳化硅晶體生長過程中需要精 確控制硅碳比、生長溫度梯度、晶體生長速率以及氣流氣壓等參數，否則容易產生多晶型夾雜，導致產出的晶 體不合格。
碳化硅在半導體中存在的主要形式是作為襯底材料，基于其優良的特性，碳化硅襯底的使用極限性能優于 硅襯底，可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應用需求，當前碳化硅襯底已應用于射頻器件及功率 器件。
1.3、碳化硅產業鏈詳概況
近年來，以碳化硅晶片作為襯底材料的技術逐漸成熟并開始規模生產及應用。SiC 生產過程主要包括碳化 硅單晶生長、外延層生長及器件制造三大步驟，對應的是碳化硅產業鏈襯底、外延、器件三大環節。
1.3.1 襯底
襯底是所有半導體芯片的底層材料，主要起到物理支撐、導熱及導電作用，碳化硅襯底主要包括導電型和 半絕緣型兩類，二者在外延層及下游應用場景不同。作為導電型襯底材料，經過外延生長、器件制造、封裝測 試，制成碳化硅二極管、碳化硅 MOSFET 等功率器件，適用于高溫、高壓等工作環境，應用于新能源汽車、 光伏發電、軌道交通、智能電網、航空航天等領域；作為半絕緣型襯底材料，經過外延生長、器件制造、封裝 測試，制成 HEMT 等微波射頻器件，適用于高頻、高溫等工作環境，主要應用于 5G 通訊、衛星、雷達等領域。
當前碳化硅襯底以 4、6 英寸為主，科銳公司已成功研發 8 英寸產品。在半絕緣型碳化硅市場，目前主流的襯底產品規格為 4 英寸；在導電型碳化硅市場，目前主流的襯底產品規格為 6 英寸。碳化硅襯底的尺寸（按 直徑計算）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。碳化硅襯底正在不斷向大尺寸的方向發展，目前行業內公司主要量產襯底尺寸集中在 4 英寸及 6 英寸。在最新技術研發儲備上，以行業領先者 WolfSpeed 公司的研發進程為例，WolfSpeed 公司已成功研發 8 英寸產 品。為提高生產效率并降低成本，大尺寸是碳化硅襯底制備技術的重要發展方向，襯底尺寸越大，單位襯底可 制造的芯片數量越多，單位芯片成本越低；襯底的尺寸越大，邊緣的浪費就越小，有利于進一步降低芯片的成 本。由于現有的 6 英寸的硅晶圓產線可以升級改造用于生產 SiC 器件，所以 6 英寸 SiC 襯底的高市占率將維持 較長時間。
碳化硅晶體生長是碳化硅襯底制備的關鍵技術，目前行業采用主流的方法為物理氣相傳輸法（PVT）。碳 化硅襯底行業屬于技術密集型行業，是材料、熱動力學、半導體物理、化學、計算機仿真模擬、機械等交叉學科應用，其制作過程首先是使晶體生長形成碳化硅晶錠，將其加工和切割形成碳化硅晶片后通過對晶片進行研 磨、拋光和清洗最終形成碳化硅襯底。碳化硅晶體生長是碳化硅襯底制備的關鍵點，SiC 單晶主要有物理氣相 傳輸法（PVT）、頂部籽晶溶液生長法（TSSG）、高溫化學氣相沉積法（HTCVD）三種方法。
其中，TSSG 法 生長晶體尺寸較小目前僅用于實驗室生長，商業化的技術路線主要是 PVT 和 HTCVD，而與 HTCVD 法相比， 采用 PVT 法生長 SiC 單晶具有所需設備簡單、操作容易控制、設備價格以及運行成本低等優點。因此，PVT 法是目前工業生產晶體所采用的主要方法，WolfSpeed 公司、II-VI 公司、SiCrystal、天科合達、山東天岳等國 內外主要碳化硅晶片生產企業均采用 PVT 法，該法首先在高溫區將材料升華，然后輸送到冷凝區使其成為飽 和蒸氣，最后經過冷凝成核而長成晶體?；?PVT法制備碳化硅襯底的工藝流程主要包含原料合成、晶體生長、晶錠加工、晶體切割及晶片處理五大工藝流程。
1.3.2 外延
外延層是在晶片的基礎上，經過外延工藝生長出特定單晶薄膜，襯底晶片和外延薄膜合稱外延片。其中， 在導電型碳化硅襯底上生長碳化硅外延層制得碳化硅同質外延片，可進一步制成肖特基二極管、MOSFET、 IGBT 等功率器件，應用于新能源汽車、光伏發電、軌道交通、智能電網、航空航天等領域；在半絕緣型碳化 硅襯底上生長氮化鎵外延層制得碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）異質外延片，可進一步制成 HEMT 等微波射 頻器件，應用于 5G 通訊、雷達等領域。在全球市場中，外延片企業主要有 II-VI、Norstel、WolfSpeed、羅姆 等 IDM 公司。近年來，國內瀚天天成、東莞天域、基本半導體已能提供 4 寸及 6 寸 SiC 外延片。
外延的質量受到晶體和襯底加工的影響，處在產業的中間環節，對產業的發展起到非常關鍵的作用。由于 碳化硅功率器件與傳統硅功率器件制作工藝不同，不能直接制作在碳化硅單晶材料上，必須在導通型單晶襯底 上額外生長高質量的外延材料，并在外延層上制造各類器件，所以外延的質量對器件的性能是影響非常大。以 往器件大多是在低電壓的環境工作，但隨著碳化硅功率器件制造要求和耐壓等級的不斷提高，碳化硅外延材料 不斷向低缺陷、厚外延方向發展。電壓越大，所需要的外延就越厚，在 600 伏的低壓情況下，器件需要的外延 厚度大約為 6μm；在中壓 1200~1700 伏下，需要的厚度為 10~15μm；在 1 萬伏以上的高壓情況下，需要的厚度 為 100μm 以上。在核心參數方面，外延片核心參數厚度、摻雜濃度在低壓、中壓領域已經可以做到相對較優 的水平，但在高壓領域，還有很多難題需要攻克，包括厚度、摻雜濃度的均勻性、三角缺陷等。在中低壓應用 領域，碳化硅外延的技術相對成熟，基本可以滿足中低壓 SBD、MOS、JBS 等器件需求；在高壓應用領域，器 件的類型趨向于使用雙極器件。
碳化硅外延制備技術方面，當前主要的外延技術是化學氣相沉積法（CVD），該法通過臺階流的生長來實 現一定厚度和摻雜的碳化硅外延材料，根據不同的摻雜類型，分為 n 型和 p 型外延片。碳化硅外延的生長參數 要求較高，受到設備密閉性、反應室氣壓、氣體通入時間、氣體配比情況、沉積溫度控制等多重因素影響。而 第三代半導體中，由于氮化鎵材料作為襯底實現規模化生產當前仍面臨挑戰，因此是以藍寶石、硅晶片或碳化 硅晶片作為襯底，通過外延生長氮化鎵器件。
1.3.3 碳化硅功率器件
碳化硅功率器件主要包含 SiC 功率二極管、SiC MOSFET 器件和碳化硅絕緣柵雙極晶體管（SiC BJT/SiC IGBT）等 SiC 晶體管兩大類。SiC 從上個世紀 70 年代開始研發，2001 年 SiC-SBD 開始商用，2010 年 SiCMOSFET 開始商用，而 SiC-IGBT 的商用仍存在挑戰。隨著 6 英寸 SiC 單晶襯底和外延晶片的缺陷降低和質量提 高，使得 SiC 器件制備能夠在目前現有 6 英寸 Si 基功率器件生長線上進行，這將進一步降低 SiC 材料和器件成本，推進 SiC 器件和模塊的普及。當前，國際上 600～1700VSiC-SBD、MOSFET 已經實現產業化，主流產品耐 壓水平在 1200V 以下，封裝形式以 TO 封裝為主。價格方面，國際上的 SiC 產品價格是對應 Si 產品的 5～6 倍， 正以每年 10%的速度下降，隨著上游材料紛紛擴產上線，未來 2～3 年后市場供應加大，價格將進一步下降， 預計價格達到對應 Si 產品 2～3 倍時，由系統成本減少和性能提升帶來的優勢將推動 SiC 逐步占領 Si 器件的 市場空間。
碳化硅功率二極管主要有肖特基二極管（Schottky Barrier Diode，SBD）、PIN 二極管（SiC-PIN）和結勢壘控 制肖特基二極管（SiC-JBS）三種，主要應用在電力電源領域，工作在開關狀態。（1）SiC-SBD 為肖特基勢壘二 極管，利用金屬與半導體接觸形成的金屬－半導體結原理制作的一種熱載流子二極管，也被稱為金屬－半導體 （接觸）二極管或表面勢壘二極管，結構與硅肖特基勢壘二極管基本相同，僅電子移動、電流流動。與 Si-SBD 相比，SiC-SBD 不僅擁有優異的高速性且實現了高耐壓，Si-SBD 的耐壓極限為 200V，而 SiC 具有硅 10 倍的擊穿 場強。
此外，SiC-SBD 還擁有正向特性以及優異的 TRR 特性，而且幾乎沒有溫度及電流依賴性。當前主流的 SiC-SBD 產品耐壓極限為 1200V，同時羅姆公司在推進 1700V 耐壓的產品。（2）SiC-PIN 是一個在射頻和微波頻段受偏置電流控制的可變阻抗器．它的結構有三層，在碳化硅半導體二極管的 P 結和N結中間夾著高阻值的本 征 I 層。與硅基 PIN 二極管相比，碳化硅 PIN 二極管具有高于硅的 2-3個數量級的開關速度、高結溫承受能力、 高電流密度以及更高的功率密度。（3）由于 SBD 和 PiN 二極管為主的傳統二極管己無法滿足高頻、大功率、低 功耗的市場需求,前者擊穿電壓低、反向漏電大，而后者高頻特性較差，由此 JBS 應運而生,該結構將 SBD 結構 和 PiN 結構巧妙地結合在一起,具有高耐壓、低壓降、小漏電、高頻特性好及強抗過壓和浪涌電流能力，SiCJBS 較 Si-JBS 具有大電流密度、高工作結溫的性能優勢。
SiC MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是以碳化硅為襯底的金屬-氧化 物半導體場效應晶體管，可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的場效晶體管。在 300V 以下的功率器件領域， Si MOSFET 器件是首選，具有較為理想的柵極電阻、高速的開關性能、低導通電阻和高穩定性。在 SiC MOSFET 的開發與應用方面，與相同功率等級的 Si-MOSFET 相比，SiC MOSFET（以英飛凌產品為例）的優勢有：
（1）開關損耗低，在 25℃結溫下，SiC-MOSFET 關斷損耗大約是 IGBT 的 20%，在 175℃的結溫下，SiC MOSFET 關斷損 耗僅有 IGBT 的 10%（關斷 40A 電流），且開關損耗溫度系數很??；（2）導通損耗低，當負載電流為 15A 時，在 常溫下，SiC MOSFET 的正向壓降只有 IGBT 的一半，在 175℃結溫下，SiC MOSFET 的正向壓降約是 IGBT 的 80%；（3）體二極管續流特性好，在常溫及高溫下，1200V SiC MOSFET 體二極管僅有 Si MOSFET 體二極管 Qrr 的 10%。因此，SiC MOSFET 電阻、開關損耗大幅降低，適用于更高的工作頻率，另由于其高溫工作特性，大大提 高了高溫穩定性，由此在新能源汽車電機控制器、車載電源、太陽能逆變器、充電樁、UPS、PFC 電源等領域 有廣泛應用。
碳化硅絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor , IGBT）是一種復合全控型電壓驅動 式功率半導體器件，是能源變換與傳輸的核心器件。SiC IGBT 結合了 SiC MOSFET 和 SiC 晶體管的優點，得益 于 SiC 的寬禁帶和極高的電壓等級，SiC 基 IGBT 的性能與 Si 基 IGBT 最大的差別是動靜態特性。正向性是靜 態特性的重要組成部分，也就是導通特性，SiC IGBT 的正向導通電阻一般低于 Si IGBT 和 SiC MOSFET，主要 是由于其漂移區厚度小、電導調制更短所致，且 n 溝道 SiC IGBT 相較于 p 溝道的 SiC IGBT 正向特性更優。此 外，動態特性方面，與 Si IGBT 類似，SiC IGBT 由于其材料的特性，導致動態參數有所不同；門極驅動方面， SiC IGBT 的驅動和 Si 基 IGBT 在整體上差別不大，需要考慮到高絕緣性能、低耦合電容、低成本、尺寸、高 效率和高可靠性等因素。
對于 SiC IGBT，SiC 晶片質量、SiC/SiO2 界面特性、電磁干擾和短路耐受能力等卻限制了它的使用，SiC IGBT 的制備存在一系列挑戰。（1）碳化硅晶片的質量直接決定其 IGBT 器件的性能、可靠性、穩定性和產率。碳化硅晶圓中材料的固有缺陷和外延生長的結構缺陷會大大降低碳化硅 IGBT 的載流子壽命，高壓 SiC 雙極型 器件需要很長的載流子壽命來降低導通壓降，此外，壽命分布不均勻、不同缺陷密度之間的權衡等各類問題同 樣存在。大尺寸、高質量材料和低缺陷密度外延生長工藝都是實現 SiC IGBT 的關鍵。
（2）使用 SiO2 來作為柵極的氧化層，帶來 SiC/SiO2 界面性能新問題。SiC IGBT 可以像 Si 基的一樣較容易形成 SiO2 層，但是在氧化 的過程中，除了近界面陷阱外，還會引入額外的 C 簇，使得 SiC/SiO2 界面陷阱密度遠大于 Si/SiO2，導致 SiCMOS的溝道遷移率大大降低；在 4H-SiC IGBT 中，SiO2 中的電場是 SiC 中的 2.5 倍，與 Si IGBT 相比，SiC IGBT中較高的臨界電場使得 SiO2 的電場更高。（3）結端擴展(JTE)和場限環(FLRs)是目前 SiC IGBT 的兩種主 要終端技術，前者主要用于低壓器件，后者用于高壓器件，但 FLRs 在高壓器件中需要消耗很大的面積。（4） SiC IGBT 仍封裝在線綁定的模塊中，綁定線失效和焊料的失效是常見的壽命限制因素。因此，從 SiC IGBT 的 原材料到制備工藝到終端技術都存在阻礙 SiC IGBT 商業化的技術難點。
二、需求：下游產業鏈應用爆發，SiC 市場需求紅利釋放
2.1 SiC 市場處于成長期，規模增長迅速
第三代半導體高速發展，市場紅利逐步釋放。2019 年及以前，以 SiC 和 GaN 為主的第三代半導體材料處 于發展初期，晶圓設備開發、襯底外延制造、下游器件生產均處于研發階段且尚未形成規模量產。隨著美國、 韓國、日本等半導體強國大力進行第三代半導體的相關研發，2020 年在產業鏈下游應用爆發的推動下，第三 代半導體正式進入高速發展期。目前，SiC 襯底和外延技術已經可以應用于 8 英寸節點，相較于傳統硅晶圓的 12 英寸來說仍有量級差距；SiC 功率器件（SBD、MOSFET）目前廣泛用于新能源汽車、光伏、軌道交通等領 域，國際領先企業已實現 MOSFET 器件的量產。此外，中國也發布了多項半導體行業建設政策，旨在打造國 產先進半導體企業，這對第三代半導體的市場擴大具有積極意義。我們認為，第三代半導體已進入高速成長期， 市場紅利正在逐步釋放，下游應用領域的快速發展將推動 SiC 市場的高增長，并加劇行業競爭。
2.2 新能源汽車
目前，SiC 器件在 EV/HEV 上的應用主要包括電機驅動系統逆變器、電源轉換系統（車載 DC/DC）、電動 汽車車載充電系統（OBC）及非車載充電樁等方面?；?SiC 的解決方案使汽車電動系統效率更高、重量更 輕、結構更加緊湊，盡管碳化硅器件成本較高，但它推進了電池成本的下降和續航里程的提升，降低了單車成 本，無疑是新能源汽車最佳選擇。其中，SiC SBD、SiC MOSFET 器件主要應用于 OBC 與 DC/DC，SiC MOSFET 主要用于電驅動。根據 WolfSpeed 預測，新能源汽車是 SIC 器件應用增長最快的市場，預計 2022- 2026 年的市場規模從 16 億美元到 46 億美元，復合年增長率為 30%，其中到 2026 年用于電機驅動逆變器仍是 最大市場，占比超過 80%。
電驅動系統一般由驅動電機、離合器、齒輪箱和差速器組成，這是純電動汽車傳動系統布置的常規形式。在新能源汽車中，功率器件是電驅動系統的主要組成部分，對其效率、功率密度和可靠性起著主導作用。目前， 新能源汽車電驅動部分主要就硅基功率器件組成。隨著電動汽車的發展，對電驅動的小型化和輕量化提出了更 高的要求。當前，比亞迪、特斯拉等部分車型已經使用了碳化硅功率器件的電機驅動控制器。特斯拉處在碳化 硅器件應用的前列，其最新產品 Model S Plaid 便使用了以 SiC 為主要材料的電動逆變器，現已成為全球百米 加速最快的車型。此外，特斯拉旗下的 Model Y 和 Model 3 也均采用了 SiC MOSFET 逆變器技術，其續航能 力和逆變效率都有了顯著提升，且在 2020 年全球新能源乘用車車型銷量中均進入前十。比亞迪推出的“漢” EV 高性能四驅版本也配備了 SiC MOSFET 功率控制模塊，是中國首個采用相關技術的車型。新能源汽車新秀 蔚來在 2021 年發布的純電轎車中，也將會采用 SiC 模塊作為電驅動平臺。
電源轉換系統 DC/DC 是轉變輸入電壓并有效輸出固定電壓的電壓轉換器，DC/DC 轉換器分為三類：升壓 型 DC/DC 轉換器、降壓型 DC/DC 轉換器以及升降壓型 DC/DC 轉換器，車載 DC/DC 轉換器可將動力電池輸 出的高壓直流電轉換為低壓直流電。基于碳化硅研制的功率器件，為氫能汽車燃料電池 DC/DC 變換器帶來革 命性的創新。開關頻率高、功率密度大是 SiC 基功率器件最為顯著的優勢，相比傳統基于 IGBT 模塊變換器產 品，開關頻率提升 4 倍以上、功率密度提升 3 倍以上，系統平均效率大于 97%，最高效率可達 99%。
車載充電機（OBC）是完成將交流電轉換為電池所需的直流電，并決定了充電功率和效率的關鍵部件。汽車由內燃機驅動轉變為電驅動，最明顯的變化就是發動機和油箱分別被電機和電池取代了，同時隨之而來的 便是其它輔助器件的增加，如增加了 OBC 為電池充電。SiC SBD、SiC MOSFET 等器件可使得 OBC 的能量損 耗減少、熱能管理改善。根據 WolfSpeed，相較于傳統的硅基器件，OBC 采用碳化硅器件可使其體積減少 60%，BOM 成本將降低 15%。此外，雙向逆變技術是未來 OBC 標配的功能之一，使 OBC 不僅可將 AC 轉化 為 DC 為電池充電，同時也可將電池的 DC 轉化為 AC 對外進行功率輸出；將 OBC 及 DC/DC 等器件進行功能 集成化將會提高成本上、體積上的優勢。
碳化硅材料性能上限高，與新能源車高度適配。目前，傳統硅材料在 MOSFET、IGBT、功率 IC 等領域的 器件性能已經逐漸接近極限，已無法適應新興市場快速發展的變革需要，基于寬禁帶半導體 SiC 制造的功率器 件具有更為優越的物化性能。通過在導電型碳化硅襯底上生長碳化硅外延，即可得到適用于新能源汽車、光伏、 交通軌道等領域的功率器件。它們相較于硅基器件具有更高的工作溫度、擊穿電壓以及優越的開關性質，其開 關頻率和功率頻率都輕易突破了傳統材料的上限，因此廣泛用于新能源汽車等領域。
在新能源汽車的應用中，SiC 功率器件主要具有以下特點：1）顯著降低散熱器的體積和成本：在主流的HEV（混合動力汽車）中，車載逆變器的散熱器件具有兩套水冷系統，冷卻溫度均在 75-105 攝氏度。由于碳 化硅具有的導熱性能幾乎為 Si 的三倍，因此在高溫環境中 SiC-SBD 具有極佳的優勢。若將兩套冷卻系統合二 為一，HEV 散熱器的成本和體積就可以得到有效地改善；2）減小功率模塊的體積：SiC功率器件的電流密度、 開關損耗都顯著低于 Si 基器件，這使得同樣的功率下，SiC-MOSFET 和 SiC SBD 可以在 100kHz 開關頻率下工作。SiC功率器件的封裝體積顯著低于 Si-IGBT，同時高頻工作環境也能夠減少器件的成本；
3）提高系統效率：傳統 Si-IGBT 的導通電阻較大，在開關過程中具有較大的反向電流，趨于穩定的過程中會產生巨大的損耗。SiC-SBD 器件則具有優越的正向壓降和反向電流，可以有效降低器件的損耗，從而進一步提高系統效率。目 前，SBD 是新能源汽車領域應用最成熟的 SiC 器件，MOSFET 在國外范圍內也得到了初步地生產和應用。實 際上，SiC-SBD/MOSFET 的耐壓范圍已經與 Si-SBD(FRD) / Si-MOSFE(IGBT)十分接近，由于耐壓范圍的全 覆蓋，目前無需制作成本更高的 SiC-IGBT 器件，這也意味著碳化硅器件的性能上限要遠高于硅基器件。
新能源汽車市場日益火爆，需求釋放推動碳化硅市場快速增長。2020 年，全球新能源汽車市場銷量為 400 萬輛，其中插電混合動力 PHEV 類占比 37.50%，純電動BEV 類占比 67.50%，是當前市場的主要品類。我們預計，2021-2025年全球新能源汽車的銷量將以 14%的 CAGR 快速增長。同時，中國已成為全球最大的新能源汽 車市場，2020 年總體銷量為 116 萬臺，占全球市場的29.00%，未來五年的 CAGR 預測為 31%。新能源汽車市 場的日益火爆，極大地拉升了碳化硅市場的增長幅度。
2019 年，全球新能源汽車 IGBT 的市場規模約為 2.25 億美元，預計該數值 2025 年將為 15.53 億美元，市場將以 38%的 CAGR 快速增長。同時，新能源汽車市場的 應用也占據了碳化硅器件總市場的 41.59%，預計這一占比將于2025 年提升至 60.62%。目前，用于電機驅動 逆變器的碳化硅功率器件是車用 SiC 產品中最主要且潛在增長空間最巨大的部分，碳化硅在新能源汽車領域的 應用已經達到了批量生產的臨界區域，相關下游市場的大量需求正在逐步釋放。預計隨著新能源車市場滲透率 的進一步擴大，以及功率模塊和相關應用的迅速發展，碳化硅市場將在中期內迎來爆發。
目前，全球的碳化硅廠商也在積極尋求合作，紛紛與先進新能源汽車企業簽訂協議。特斯拉 Model 3 所采 用的 SiC MOSFET 功率模塊正是由意法半導體提供的，且后者與碳化硅領先企業 Woifspeed 簽訂了 150mm 碳 化硅晶圓擴展協議，旨在為全球的 SiC 晶圓供給加碼。此外，意法半導體還于 2021 年 6 月與雷諾集團達成戰略合作，以提供用于電動和混合動力汽車的 SiC 功率器件供應，此舉旨在降低汽車的電池成本、增加充電里程、 縮短充電時間最終使成本降低近 30%。
同時，日本先進半導體制造商 ROHM 也于 2021 年 9 月與吉利汽車達 成合作，后者將使用 ROHM 提供的 SiC 功率器件實現高效的逆變效率和充電性能，從而進一步提高用戶體驗。WolfSpeed 也為鄭州宇通集團提供了 1200V 的 SiC 功率器件，后者交付的首輛電動客車采用了碳化硅解決方案。目前，全球頂尖碳化硅器件制造商都紛紛與新能源車企尋求合作，以擴大自身在相關市場的領先地位，新能源 汽車市場的快速發展必將加劇全球碳化硅企業的競爭，預計市場集中度將進一步提高。
電動電子和逆變器領域，據 ev-sales.blog 數據統計，2021 年包括插電混動、純電動、燃料電池在內的新能 源乘用車全球銷量達到了 649.54 萬輛。2021 年特斯拉全球新能源乘用車銷量為 93.62 萬輛，市占率達 14.4%， 位列全球首位。其中，Model 3 銷量為 50.07 萬輛，市占率達 7.7%。特斯拉的熱門型號車型將保持對 SiC 功率 器件的搭載，結合其較高的市場占有率，這將繼續推動 SiC 器件的需求高漲。車載充電系統和電源轉換系統方 面，碳化硅功率器件能夠有效降低開關損耗、提高極限工作溫度、提升系統效率，目前全球已有超過 20 家汽 車廠商在車載充電系統中使用碳化硅功率器件。碳化硅器件應用于新能源汽車充電樁，可以減小充電樁體積， 提高充電速度。2020 年 12 月，豐田汽車推出并公開發售“Mirai”燃料電池電動汽車，這是豐田汽車首次使用 碳化硅功率器件。預計未來五年內，隨著碳化硅相關功率器件在新能能源汽車中的滲透率上升，碳化硅市場將 會迎來更為快速的增長，我們對此抱有樂觀預期。
2.3 太陽能光伏
碳化硅物化性質優越，光伏原材料迭代升級。碳化硅具有較寬的帶隙，導熱能力近乎達到了硅原料的 3 倍， 在太陽能光伏領域中發揮了重要作用。與傳統的 Si 材料相比，SiC 具有極高的擊穿電壓和較低的導通電阻，因 而其功率器件擁有更好的開關效率并且能高效地進行熱量積累。碳化硅制造的高電壓 MOSFET 具有優越的開 關性能，其功能不受溫度影響，由此能很好地在升溫系統中保持穩定效力。此外，SiC MOSFET 也可以在具 備高轉換頻率的同時，擁有 99%以上的逆變效率。因此，SiC 可以廣泛應用于太陽能光伏功率器件，主要包括 光伏逆變器、控制器、功率模組等。盡管碳化硅器件具有較高的制造成本，但其高導熱率、高擊穿電場、低損 耗等特性，都使得光伏系統效率更高，從而進一步降低成本。無論從光伏產業鏈上游的材料制造看，還是從下 游應用的高效能看，碳化硅都具有無與倫比的高效能。預計中長期內，碳化硅將會成為太陽能光伏領域功率器 件的主要制造原料，同時帶動產業鏈整體實現迭代升級。
光伏新能源市場發展空間廣闊，碳化硅材料仍有較大潛在空間。2018年我國能源消費中煤炭消費占比高 達 59%，風光等優質能源消費占比僅 4%。而根據“十四五”規劃要求，2025 年要實現單位 GDP 能源消耗降 低 13.5%，光伏等新能源產業發展空間廣闊。2020 年，全球光伏能源需求為 130GW，樂觀情況下預計 2025 年 該項指標將到達 330GW，以 20.48%的 CAGR 快速增長。即使在保守情況下，全球光伏需求也將以 15.74%的 CAGR 提升，預計 2025 年實現 270GW 的廣泛需求。
同時，2019年全球太陽能光伏碳化硅 IGBT 市場規模約為 1.25 億美元，未來五年內將以 17%的 CAGR 快速增長，預計 2025 年將到達 3.14 億美元。目前，全球的光伏IGBT 市場規模約為 23 億元，碳化硅器件占比約為 35%，該滲透率仍將繼續增長。我們認為，隨著全球光伏需求的進一步增長，以及碳化硅 IGBT 器件滲透率的不斷提高，表現強勢的太陽能光伏市場將持續拉升對碳化硅 的需求，并進一步推動碳化硅功率器件市場的快速增長，碳化硅材料增長潛在空間仍然巨大。
光伏功率器件性能顯著，諸多領先廠商紛紛加碼。在光伏太陽能領域中，以硅為原料制作的逆變器成本約為系統總體的 10%，但卻是能量損耗的來源之一。然而，以碳化硅為基礎的 MOSFET 和功率模組可以將光伏 逆變器的轉換效率從提高至 99%以上，能量損耗可以減少 50%以上，設備壽命提高 50 倍左右。目前，國外領 先碳化硅功率器件廠商意法半導體、ROHM 都已實現了 MOSFET 器件的量產，并將廣泛應用于光伏太陽能領域。同時，國際著名半導體器件制造商 Onsemi已推出了適用于光伏逆變器的 SiC 功率模組，該模組集成了 1200V 40m的 MOSFET 和升壓二極管，將較好地提升逆變器的性能效率。
著名太陽能和光伏組件制造商 Tainergy Tech 也已成立相關子公司，專門生產用于 GaN 外延的 SiC 襯底，并且致力于實現碳化硅對自身業務發展的良好推動。國內方面，三安集成也已完成 SiC 器件的量產平臺打造，其首發產品 1200V 80m碳化硅 MOSFET 已實現了一系列性能和可靠性測試，可應用于光伏系統組成。此外，露笑科技和斯達半導體也積極 投入碳化硅器件生產，并廣泛布局光伏業務。目前，無論是領先的半導體器件制造商，還是先進的太陽能光伏 組件企業，都積極投入碳化硅IGBT，并使其廣泛應用于光伏領域。我們預計，未來五年內碳化硅功率器件將更為廣泛地應用于光伏市場，后者亦將為 SiC 器件帶來至少 15%以上的快速增長。
2.4 充電基礎設施
中國累計充電樁數量創新高，車樁比例趨向合理。截止 2021 年 7 月，中國累計充電樁數量約為 201 萬臺， 同比增長 20%，近六年 CAGR 為 76.69%，整體呈現爆發式增長。目前，新能源汽車充電樁分為公共、專用和 私人用類，還可以分為交流充電和直流充電兩類。2020年我國主要以私人和交流充電樁為主，兩者分別占比 57.45%和 61.67%，是碳化硅器件的主要應用方向。然而，我國充電樁數量仍然低于 480 萬的預期規劃，供不應求仍將推動充電樁數量迅速增長，從而創造巨大的市場需求并推動行業增長。
同時，2015-2020 年中國系能 源汽車和充電樁比例不斷下降，從 6.36 收窄至 2.93，充電樁供應迅速提高。盡管充電配套設施整體有所改善， 但仍然低于比例為 1 的預期目標，市場仍具有較大的增長空間?；?IEA 預測，預計 2025年全球充電樁保有量將達到 4580-6500 萬個，私人充電樁預計為 3970-5670 萬個，公共充電樁保有量約為 610-830 萬個，整體數 量迅速增長且仍以私人充電類型為主。與此相適應的，預計 2025 年中國新能源汽車保有量將突破 2500 萬輛， 則充電樁數量推算約為 800 萬個，復合增長率將達到 41.42%左右，市場預期狀況良好。因此，我們認為中國 以及全球的充電樁需求仍存在較大的增長空間，車樁比例仍將進一步趨近合理化，從而推動碳化硅市場的發展。
充電樁市場增長迅速，碳化硅器件助力充電樁性能升級。2019 年中國新能源汽車充電樁市場需求規模約 為 540 億元，同比增長 29%。預計 2025 年，中國充電樁市場將以 28.27%的 CAGR 達到 2400 億元，成長潛力 十分巨大。實際上，SiC MOSFET 和二極管產品具有耐高壓、耐高溫、開關頻率快的特性，可以很好地用于 充電樁模塊。與傳統硅基期間相比，碳化硅模塊可以增加充電樁近 30%的輸出功率，并且減少損耗高達 50% 左右。同時，碳化硅器件還能夠增強充電樁的穩定性，減小器件系統體積，降低成本并進一步增加碳化硅 IGBT 器件在充電樁市場的滲透率。目前，新能源汽車充電樁中碳化硅器件的滲透率僅為 10%左右，仍然具有 很大的潛在發展空間。2019 年，全球充電樁碳化硅器件市場規模約為 5 百萬美元，預計 2025 年將增長至 2.55 億美元，未來六年 CAGR 高達 90%，增長十分迅速。預計隨著碳化硅期間滲透率的提高，充電樁需求的持續 上漲，配套設施的進一步完善，全球充電樁碳化硅器件市場仍將持續增長，從而引起碳化硅市場的高度火熱。
羅姆等碳化硅器件領先企業進入充電樁市場，相關領域技術研發進一步加速。目前，ROHM 已經推出了 基于碳化硅的充電基礎設施解決方案，從而應用于高效和小型化的大功率充電樁。首先，針對單向充電樁羅姆 提出使用 FRD、SiC MOS 和 SBD 的解決方案，可以很好地提高功率密度和充電效率。ROHM 通過高耐壓的 1200V 碳化硅 MOSFET 來削減器件個數，從而進一步降低充電樁的體積。其次，針對雙向充電樁羅姆提出了 三相 B6-PFC 拓撲方案，通過使用 1200V 的 SiC MOSFET 和全碳化硅功率模塊，制造具備多功能的小型充電 樁。此外，安森美也在開發用于直流充電樁的碳化硅功率器件和模塊，希望構建更高功率的充電方式，并通過 AC-DC 和 DC-DC 級的升壓轉換器提高充電效率。由此可見，碳化硅器件龍頭都在進行充電樁技術模塊的研發， 英飛凌、WolfSpeed、STM 等公司都在積極進入碳化硅充電樁市場。預計未來，充電樁市場將會迎來更多的發 展機遇，領先企業將發揮龍頭效應，與政府機構積極合作，構建更完好的充電樁生態系統。（報告來源：未來智庫）
三、供給：短期產業鏈受限襯底產能，長期產能擴張帶來價格下降
3.1 碳化硅襯底制備存在多重挑戰，位于產業鏈核心環節
國際上 6 英寸 SiC 襯底產品實現商用化，未來占據市場份額主流地位。目前，全球市場上 6 英寸 SiC 襯底 已實現商業化，且在未來幾年里 6 英寸襯底將占據市場主要份額。此外，主流大廠也陸續推出 8 英寸樣品，微 管密度達到 0.62，預計 5 年內 8 英寸將全面商用。當前，WolfSpeed 公司能夠批量供應 4 英寸至 6 英寸導 電型和半絕緣型碳化硅襯底，且已成功研發并開始建設 8 英寸產品生產線。2021 年 7 月，意法半導體就宣布其 可制造出首批 8 英寸 SiC 晶圓片。隨著碳化硅基電子電力器件的逐步推廣與應用，大直徑襯底可以有效降低器 件制備成本，以 6 英寸襯底為例，使用直徑 150mm 的襯底相較于 4 英寸的襯底能夠節省 30%的器件制備成本。
碳化硅襯底制備面臨多重技術挑戰，降低結晶缺陷密度技術使得制備成本增加。碳化硅襯底制備主要有以 下技術難點：
（1）碳化硅襯底制備過程中，碳化硅單晶的制備對于溫度場設計要求較高。適宜的溫度場是制備 碳化硅單晶的基礎，不適宜的溫度場極易導致單晶開裂等問題。此外，隨著碳化硅襯底直徑的增加，溫度場的 設計及實現難度也在增加。（2）降低結晶缺陷密度。襯底中結晶缺陷（如：微管、穿透性螺位錯（TSD）、基平 面位錯（BPD））會對器件造成負面影響。由于碳化硅較高的生長溫度，為降低結晶缺陷密度，傳統的工藝條件 （如掩膜法）已經不能滿足低結晶缺陷密度單晶的生長，勢必需要導入新工藝，增加工藝復雜性，這會推高單晶成本。因此，需要投入較長的時間及較大的物料成本研發新工藝，較長的研發周期可能會阻礙襯底單位面積 成本的下降，且隨著單晶生長厚度的增加，單晶殘余內應力迅速增加，這會導致單晶結晶質量下降甚至導致單 晶開裂等問題，如何有效兼顧單晶可用厚度及單晶結晶質量存在較大難度。
當前，國內廠商碳化硅襯底生產的技術指標與國際主流廠商相比仍有明顯差距。襯底主要的三個幾何參數 為 TTV（總厚度偏差）、Bow（彎曲度）及 Wrap（翹曲度），國內廠商與國外領先廠商仍存在明顯差距。此外， 產品的一致性問題是難以攻克的短板，國產襯底目前較難進入主流供應鏈。具體來說，國產襯底技術短板以及 一致性問題主要包含兩個方面：（1）由于國內廠商起步相對較晚，在材料匹配、設備精度和熱場控制等技術角 度需要長時間的專門知識累積；（2）國內廠商的客戶較少且比較分散，客戶的反饋速度更慢，反饋內容不徹底。相比較起來，WolfSpeed 的產品線覆蓋襯底、外延、器件乃至模組，后端反饋充分且及時。因此，國內廠商的技術差距直接導致襯底綜合性能較差，無法用于要求更高的產線中；一致性問則表示優質襯底比例較低，直接 導致襯底的成本大幅上升，上述兩點導致國內廠商制造的襯底還無法進入主流供應鏈。
3.2 碳化硅外延處于產業鏈中間環節，受制于碳化硅襯底技術缺陷
當前外延主要以 4 英寸及 6 英寸為主，大尺寸碳化硅外延片占比逐年遞增。碳化硅外延尺寸主要受制于碳 化硅襯底尺寸，當前 6 英寸碳化硅襯底已經實現商用，因此碳化硅襯底外延也逐漸從 4 英寸向 6 英寸過渡。在 未來幾年里，大尺寸碳化硅外延片占比會逐年遞增。由于 4 英寸碳化硅襯底及外延的技術已經日趨成熟，因此， 4 英寸碳化硅外延晶片已不存在供給短缺的問題，其未來降價空間有限。此外，雖然當前國際先進廠商已經研 發出 8 英寸碳化硅襯底，但其進入碳化硅功率器件制造市場將是一個漫長的過程，隨著 8 英寸碳化硅外延技術 的逐漸成熟，未來可能會出現 8 英寸碳化硅功率器件生產線。
碳化硅外延主要解決外延晶片均勻性控制和外延缺陷控制兩大問題。（1）外延晶片均勻性控制方面，由于 外延片尺寸的增大往往會伴隨外延晶片均勻性的下降，因此大尺寸外延晶片均勻性的控制是提高器件良率和可 靠性、進而降低成本的關鍵。（2）外延缺陷控制問題。基晶面位錯（BPD）是影響碳化硅雙極型功率器件穩定 性的一個重要結晶缺陷，不斷降低 BPD 密度是外延生長技術發展的主要方向。由于物理氣象傳輸法（PVT）制 備碳化硅襯底的 BPD 密度較高，外延層中對器件有害的 BPD 多來自于襯底中的 BPD 向外延層的貫穿。因此，提 高襯底結晶質量可有效降低外延層 BPD 位錯密度。隨著碳化硅器件的不斷應用，器件尺寸及通流能力不斷增加， 對結晶缺陷密度的要求也不斷增加，在未來技術的進步下，碳化硅外延片結晶缺陷密度會隨之不斷下降。
3.3 碳化硅功率器件制備存在技術難點，國外廠商先行
碳化硅中高壓功率二極管商業化產品逐年增多，主要以碳化硅 SBD 和結勢壘型 JBS 器件為主。2020 年， 國際上有超過 20 家公司量產碳化硅二極管系列產品，擊穿電壓主要分布在 600V-3300V，根據 Mouser 數據顯 示，2020 年共有約 800 款碳化硅 SBD 產品在售，較 2019 年新增 122 款，中高壓商業化產品逐年增多。碳化硅 SBD 器件當前在專利設計方面幾乎沒有壁壘，國內領先企業如派恩杰已經開始第六代碳化硅 SBD 的研發，與國 外差距較小。而碳化硅 SBD 器件制造產線方面，國內外差距較為明顯，國內碳化硅 SBD 制造產線多數處于剛通 線的狀態，還需經歷產能爬坡等階段，離大規模穩定量產還有一定距離。
當前，碳化硅 MOSFET 制備技術要求較高，碳化硅 MOSFET 采用溝槽結構可最大限度地發揮 SiC 的特性， 柵級氧化物形成技術挑戰較高。平面 SiC MOSFET 的缺陷密度較高，MOSFET 溝道中電子散射降低溝道電子遷移 率從而使得性能下降，即溝道電阻上升、功率損耗上升而溝道電流下降。由于 SiC MOSFET 的 N+源區和 P 井摻 雜都是采用離子注入的方式，在 1700℃溫度中進行退火激活，一個關鍵的工藝是 SiC MOSFET 柵氧化物的形成， 而碳化硅材料中同時有 Si 和 C 兩種原子存在，因此需要非常特殊的柵介質生長方法。
碳化硅 MOSFET 質量不斷改善推動產品商業化。自 2010 年以來，碳化硅功率 MOSFET 在汽車、光伏及鐵路 等多個市場取代硅技術，科瑞公司于 2011 年推出了市場上第一個垂直 N 溝道增強型碳化硅功率 MOSFET，碳化 硅 MOSFET 市場規模不斷擴大。當前，碳化硅 MOSFET 的質量不斷改善，已基本達到業界使用的要求。以市售的 1200V 碳化硅 MOSFET 為例，其溝道遷移率已經提高到適當水平，多數主流工業設計的氧化物壽命達到了可接 受的水平，閾值電壓變得越來越穩定。因此，在碳化硅 MOSFET 質量不斷改善的激勵下，目前其商用在不斷推 進，市場上有多家供應商可以供應生產水平量的碳化硅 MOSFET。
碳化硅 MOSFET 國外廠商已實現量產，MOSFET 穩定性需要時間驗證。目前英飛凌、ST、羅姆等國際大廠 600-1700V 碳化硅 SBD、MOSFET 均已實現量產，而國內所有碳化硅 MOSFET 器件制造平臺仍在搭建中，部分公 司的產線仍處于計劃階段，離正式量產還有很長一段距離。同時，最新的 Gen 4 Trench SiC MOSFET 專利被國 外公司掌握，未來可能存在專利方面的問題。產線方面 WolfSpeed、英飛凌等已開始布局 8 英寸線，而國內廠 商還在往 6 英寸線過渡。此外，碳化硅 MOSFET 的產品穩定性需要時間驗證。根據英飛凌 2020 年功率半導體應 用大會上專家披露，目前 SiC MOSFET 真正落地的時間還非常短，在車載領域才剛開始商用（Model 3 中率先 使用了 SiC MOS 的功率模塊），一些諸如短路耐受時間等技術指標沒有提供足夠多的驗證，SiC MOSFET 在車載 和工控等領域驗證自己的穩定性和壽命等指標需要較長時間。
3.4 碳化硅襯底迎來產能爆發期，未來價格有望下降
近年來，全球發達國家及中國不斷推出相關政策支持第三代半導體材料發展。據不完全統計，2002 年2019 年，美國共計出臺了 23 項第三代半導體相關的規劃政策，總投入經費超過 22 億美元。2020 年全年，雖 然美國并未正式出臺相關政策，但本年度相關提案涉及的經費超過 480 億美元。2020 年，歐盟 24 個國家中有 17 個國家聯合發布了《歐洲處理器和半導體科技計劃聯合聲明》，宣布了未來 2-3 年內對半導體領域的投入將 達到 1450 億歐元。韓國于 2020 年 6 月，拋出萬億韓元半導體振興計劃，從 2020 年到 2029 年在系統級芯片 （SoC）領域投資總計 1 萬億韓元（約 59 億元人民幣）。日本大力鞏固第三代半導體領域技術優勢，日本經產 省準備資助日企和大學圍繞 GaN 材料部署研發項目，預計 2021 年將撥款 2030 萬美元，未來 5 年斥資 8560 萬 美元。我國自 2015 年發布《中國制造 2025》規劃以來，近五年不斷推出相關產業政策，大力支持國內第三代 半導體材料的發展。
在寬禁帶半導體產業的政策支持和行業快速發展刺激下，國內廠商開始布局碳化硅產業鏈。當前，在國內 政策支持和行業發展吸引下，國內諸多企業開始進入第三代半導體產業鏈制造中，如露笑科技、三安光電、天 通股份等上市公司均已公告進入碳化硅領域；斯達半導在今年 3 月宣布加碼車規級 SiC 模組產線；而比亞迪半 導體、聞泰科技、華潤微等也有從事 SiC 器件業務。此外，天科合達、山東天岳等國內廠商也都走在擴產路上。2021 年 8 月，山東天岳子公司上海天岳總投資 25 億元計劃建設碳化硅半導體材料項目開工，在達產年將形成 年產導電型碳化硅晶錠 2.6 塊，對應襯底產品 30 萬片的產能。項目計劃于 2022 年試生產，預計 2026 年 100% 達產，其中 6 英寸半絕緣型襯底預計在 2023 年形成量產。湖南三安半導體基地一期項目于 2021 年正式投產， 該項目將打造國內首條、全球第三條碳化硅全產業生產線，項目全面建成投產后，月產能將達到 3 萬片 6 英寸 碳化硅晶圓。
隨著碳化硅襯底制備技術的提升及產能擴張，碳化硅襯底及外延單位面積價格或將下降。目前主流廠商均 有能力制備低微管密度襯底（<1/cm2），TSD、BPD 密度的降低將會成為襯底廠商研發工作的重點，因此預計襯 底中的 TSD 及 BPD 密度將會不斷下降。此外，隨著襯底直徑不斷擴大、單晶可用厚度不斷增加，單位面積襯底 成本將不斷降低。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，以直徑 150mm 單晶與直徑 100mm 單晶為例作比較，150mm生長成本大約為 100mm 的 1.5-2 倍，可用面積卻是 100mm 的 2.25 倍。
當前單晶 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 年底已經達到 20mm 左右，預期單晶的平均可用厚度仍會持續增加。據半導體時代產業數據中心（TD）預 測，在 2020 年至 2025年期間，碳化硅晶片在半導體領域出貨量的復合增長率將達到 43.8%，到 2025 年還將 達到 80 萬片，可大規模應用于電動汽車等領域，碳化硅襯底價格有望下降。碳化硅襯底是碳化硅外延的主要成本來源，未來單位面積價格有望下降。在外延價格構成中，襯底占據了外延 50%以上的成本，隨著襯底價格 下降，碳化硅外延價格也有望降低。碳化硅外延的成本構成還包括設備、廠務和人工成本部分，隨著設備的改進，此類成本也將降低。隨著客戶對外延質量要求的提高，研發和良率損失部分成本也將保持在 7%左右。
碳化硅電力電子器件價格進一步下降，與同類型 Si 器件價差縮小。當前碳化硅器件成本約為硅的 4-5 倍， 而器件的主要成本來源是碳化硅襯底，在上游襯底材料商紛紛擴產后，未來 2-3年碳化硅襯底供應加大，襯底 價格下降有望帶動碳化硅器件的成本下降。以汽車級碳化硅 MOSFET 器件為例，由于使用碳化硅 MOSFET 器 件可以大幅提高汽車性能，目前是新能源汽車電機控制器、車載電源器件制備的首選，但受制于碳化硅襯底產 能的影響當前價格較高。2020 年受疫情影響，產品供貨周期延長，但從全年情況來看，碳化硅器件有所下降， 與傳統產品的價差持續縮小。
SiC SBD 產品價格略有下降，降幅較前兩年有所收窄。根據 CASA 中 Mouser 數 據顯示，650V 的碳化硅 SBD 年底均價較 2019 年底下降了 13.2%，1200V 的碳化硅 SBD 均價 2020 年較 2019 年下降了 8.6%，與硅器件的差距在 4.5 倍左右。SiC MOSFET 降價明顯，與硅器件價差收窄到 2.5~3 倍之間。根據 CASA 中的 Mouser 數據，650V、900V、1200V、1700V 的 SiC MOSFET 在 2020 年底的平均價格分別同 比下降了 13%、2%、27.62%、33.4%。而從實際成交價格來看，650V、1200V 的 SiC MOSFET 價格較 2019 年 下降幅度達 30%-40%，與 Si 器件價差也縮小至 2.5~3 倍之間。因此，隨著 6 英寸晶圓不斷擴產形成規模經濟 后，碳化硅 MOSFET 的價格有望下降。
四、全球碳化硅市場競爭格局
4.1 碳化硅成本以襯底為主，美、日、歐企業占據主導地位
碳化硅器件成本以襯底制造為主，全球市場國外企業具備領先地位。碳化硅市場產業鏈主要分為晶圓襯底 制造、外延片生產、碳化硅器件研發和裝備封裝測試四個部分，其中碳化硅襯底是產業鏈的核心區域，占據市場總成本的 50%左右。此外，碳化硅外延片和器件制造分別占據產業成本的 25%和 20%，同樣是市場成本的 主要貢獻者。封測分為封裝和測試兩個部分，是芯片和器件完成制造后進行性能試驗的重要環節，由于程序和 設備依賴程度相對較低，整體占比僅為總成本的5%。實際上，由于具備晶體生長過程繁瑣，晶圓切割困難等特點，碳化硅襯底的制造成本一直處于高位。其次，碳化硅外延的質量對器件性能影響較大，同時外延自身也 受到襯底質量的影響，其材料具有高品質的需求，因而在產業鏈中具備較高的成本。
外國企業占據市場主導地位，行業集中度高。全球碳化硅襯底市場目前仍以國外企業為主，2020 年上半 年科銳(WolfSpeed)、羅姆(ROHM)、II-VI、昭和電工、天科合達五家企業合計市場占比分別達到 91%，市場高 度集中。其中，WolfSpeed 獨占 45%的市場份額，是全球的龍頭企業，且國外企業合計占比超過 85%，占據 市場主導地位。目前，碳化硅市場以 IDM 為主要運作模式，WolfSpeed、ROHM 和 STM 都是領先的 IDM 企業， 后兩者均通過收購的方式成功進入碳化硅襯底和外延市場，II-VI 則是傳統的襯底和外延片生產商。國內企業 中，山東天岳和天科合達都致力于襯底領域，瀚天天成、東莞天域則主要覆蓋外延片，華潤微、基本半導體等 企業則集中進行期間生產。
目前國內暫未出現碳化硅的 IDM 企業，且整體份額占比較小，但受益于政策利好 等因素，國產替代進程仍在不斷加快。2020 年伴隨著電動汽車、5G 基站、物聯網等領域的快速發展，碳化硅 市場也迎來了高度景氣。然而，2019年全球碳化硅市場規模約為 5.4 億美元，預計 2025 年將突破 25 億美元， 相較于傳統硅半導體市場來說規模仍然較小。盡管行業目前集中度高，但領先企業仍將面臨來自其他公司的激 烈威脅，其業績在中長期內將有波動風險。國內企業仍可抓住快速發展期，實現襯底和外延等技術更迭。
4.2 細分領域龍頭效應明顯，國產替代成效顯著
4.2.1 碳化硅襯底技術產生更迭，國內企業逐步推進國產替代
國外龍頭已突破 8 英寸節點，國內企業競爭劣勢明顯。2020 年，碳化硅襯底的技術節點主要分布在 4-6 英 寸，而國際主流企業 WolfSpeed、II-VI 和 STM 已經實現了 8 英寸襯底樣品的研發，技術水平位居全球首位。目前，國內外主流企業均已實現 4-6 英寸晶圓的規?；a，但國內的 8 英寸晶圓仍處于研發階段。盡管國內 企業在 4-6 英寸襯底的技術實力可以與國際先進水平相媲美，但仍然存在較多的不利競爭因素。首先，碳化硅 半導體屬于資金、人才和技術密集型行業，由于國內 SiC 產業起步較晚，整體來說仍然受到發展限制。其次， 碳化硅企業需要大量的資本支出和技術投入，國內企業的融資渠道較為單一，這較大地限制了公司的發展空間 和競爭力。國內外公司還在產能供給方面存在較大差異，國際一流廠商均已建立十分完善的 2-6 英寸碳化硅襯 底工廠，國內企業受到自身瓶頸限制，產能供應仍處于相對劣勢地位。
國產替代進程加快，半絕緣型襯底進步顯著。目前，國內企業在 2-6 英寸的半絕緣型和導電型碳化硅襯底 領域均已實現部分國產替代，8 英寸晶圓也在研制過程中。2020 年，山東天岳在半絕緣型的碳化硅襯底市場中 已占據 30%的市場份額，與國際龍頭 WolfSpeed 和 II-VI 相比差距很小。實際上，該數值在 2019 年僅為 18%， 山東天岳在一年內將市占率提高了 12 個百分點，進入行業第一梯隊。而在導電型碳化硅襯底市場，2018 年 WolfSpeed 以 62%的市占率位居全球首位，其次為 II-VI 和 ROHM，三者合計占比達 90%。天科合達和山東天 岳的全球市占率合計不足 5%，但隨著公司技術水平不斷提升以及產能釋放，預計兩者在導電型襯底領域的市 占率將會進一步提升。盡管國外企業在兩類襯底市場均占據領先地位，但山東天岳已經快速實現半絕緣型碳化 硅襯底的進口替代，同時天科合達也在積極推進導電型襯底的技術研發，國產替代進程將持續突破。
4.2.2 碳化硅外延市場逐步實現國產替代，國內企業產能逐步提高
國外企業技術領先，國產供給仍在提高。目前，碳化硅襯底具有兩類外延片：1）半絕緣型：該類襯底通 常與 GaN 外延結合形成異質晶圓，并主要用于生產微波射頻器件；2）導電型：該類型襯底與 SiC 外延結合產 生同質晶圓，主要用于新能源汽車等領域的功率器件生產。WolfSpeed、ROHM、II-VI 和 STM 均覆蓋了 SiC 外延的生產業務，基本可以實現在 6 英寸襯底上進行外延生產，并且可以實現 250 微米及以上的厚層生長。此 外，國外企業在小于 12 微米和大于 30 微米的外延片均具有良好的成品率和質量控制，國內企業則存在質量不穩和缺陷密度高的問題。瀚天天成和東莞天域均已完成了 3-6 英寸碳化硅外延的研發和生產，并為全球提供 N型和 P-型外延摻雜材料。此外，中電科十三所、五十五所等也擁有碳化硅襯底的供應部門。
國內企業瀚天天成已實現 3-6 英寸的外延供給，同時還可生產用于 600-1700V 的碳化硅功率器件的外延片。目前，公司一期產能約為 6 萬片每年，在純碳化硅外延生產商中其產能位居全球前列。同時，公司將建設 10 條 6 英寸的碳化硅外延生產線，預期產能將提高至 40 萬片每年，以滿足日益增長的訂單需求。東莞天域目前 也是全球碳化硅外延片的主要生產商之一，早期已經實現 3 和 4 英寸的外延片產業化供給，目前也可提供 6 英 寸外延片和相關碳化硅功率器件產品。此外，中電科也從事 4-6 英寸的碳化硅外延生產，同時還提供 N-型 4HSiC 襯底和高純 4H-SiC 襯底材料。目前，國內外在碳化硅外延層面的技術差別相對較小，均可滿足 3-6 英寸的 各類外延片生產，國內企業的供給量也在逐年提升，逐步成為全球主要的供應商。
4.2.3 碳化硅器件市場發展迅速，國內企業積極布局
國外企業器件技術發展較快，新能源汽車為主要應用領域。2017年全球碳化硅器件市場主要由國外企業 領導，WolfSpeed、ROHM、Infineon、STM 市占率分別為 26%、21%、16%和 7%，合計占比為 70%，市場集 中度較高。目前，國外企業基本實現了 MOSFET 的完備研發和大批量銷售，碳化硅二極管和功率模塊等產品 也早已實現大批量出貨。然而，國內企業基本聚焦于二極管產品的生產，MOSFET 仍處在積累階段。實際上， 國內企業泰科天潤目前以碳化硅肖特二極管為核心產品，可以提供 600-3300V 的功率器件，主要用于新能源汽車、軌道交通等領域。基本半導體集中研發 SiC 功率器件，主要產品包括二極管和 MOSFET 模塊等，廣泛用 于能源發電、新能源汽車等領域。華潤微已實現第四代 650V 的 SiC JBS 產品研發，綜合技術質量已達世界先進水平，同時其 1200V 的 SiC MOSFET 也已完成樣品制造，預計將在未來兩年內進行規模生產。
斯達半導體 新增多個使用全SiC MOSFET 模塊的 800V 系統的主電機控制器項目定點，將對公司 2023 年-2029 年 SiC 模塊銷售增長提供持續推動力。士蘭微同時也加快 SiC MOSFET 功率器件的研發，推出自產芯片的車用 SiC 功 率模塊。目前，全球碳化硅功率器件主要應用于新能源汽車、電源、光伏等領域，三者占比分別為 30%、22% 和 15%。世界龍頭企業已與特斯拉等著名電動車企形成合作，致力于碳化硅功率器件和模組的供應。同時，我 國基本半導體也與特斯拉形成合作，進行碳化硅 MOSFET 模塊的研發。盡管我國在技術層面和器件出貨進度 方面與國際領先企業仍有一定差距，但預計隨著未來產能釋放和技術進步，國內外企業將逐步縮小差距。
五、SiC 產業鏈代表公司
5.1、國外主要廠商
5.1.1 WolfSpeed
科銳（WolfSpeed）成立于 1987 年，是一家開發制造半導體材料和設備的美國公司，也是全球碳化硅基半 導體材料及器件龍頭。該公司主要基于碳化硅、氮化鎵和相關化合物生產半導體材料以及發光二極管、照明、 電源盒射頻等半導體產品。WolfSpeed 最初擁有四大業務部門：WolfSpeed、LED、照明業務和電源及射頻業務。由于 LED 和照明業務部門利潤下降，而專注于制造碳化硅材料的 WolfSpeed 的增長速度超越其他業務，因此 公司先后出售了其他三大業務部門，現已完全轉型為以 SiC 和 GaN 為主的半導體企業。WolfSpeed 部門目前 主要生產 SiC 和 GaN 襯底及外延，并且將半導體材料廣發應用于電源、射頻、功率器件等領域的生產。2020 年上半年 WolfSpeed 在碳化硅襯底市場的占有率為 45%，在碳化硅器件市場占有率為 26%，均位居首位。
業務結構重大調整，公司業績觸底。2021 財年公司實現營業收入 5.26 億美元，同比下降 41.85%，系公司 出售其 LED 業務引起的大幅收窄。2012 至 2019 年，隨著照明市場競爭日趨激烈，科銳照明業務的毛利率低于 公司總體毛利率，且呈現逐年下降的趨勢。由于照明業務業績表現不佳，公司于 2019 年將該業務出售，同年 年營收同比下降 27.70%，該消極影響一直持續至 2020 財年。與此同時，公司于 2020 年同樣因毛利原因將其 LED 業務出售，公司完全轉型為半導體材料和器件供應商。受益于其他業務的出售，科銳將有充足的資金持 續投資研發半導體，并廣泛利用汽車、5G 和工業領域等終端市場增強業績。預計隨著 SiC 和 GaN 市場的持續 景氣，科銳有望以市占率第一的地位實現業績的觸底反彈，并且在中長期內維持快速增長。此外，2015 年起 公司凈利潤由正轉負，2021 財年報凈利潤為-5.24 億美元，系主營業務毛利率表現不佳和后期相關業務出售所 致。預計隨著高毛利的半導體業務持續增長和費用管控，公司的凈利潤有望在未來幾年內扭轉為正。
歐美成為公司銷售重心，業務結構單一帶來風險波動。自 2012 年以來，科銳在中國大陸的銷售占比持續 收窄，該情況于 2018 財年的業務結構更改后有所緩解，但因公司出售其 LED 業務而于 2021 年達到歷史低點。2021 年歐洲、美國和中國大陸銷售額分別為 1.89、1.17 和 1.00 億美元，三者合計占比超過 75%。目前，公司的銷售重心位于歐美，這與其更為成熟的 SiC 市場相關。然而，中國已成為全球最大的半導體市場，且在政策 扶持和終端市場的快速增長下，其 SiC 和 GaN 方面將迎來爆發期。預計公司的銷售情況會向中國大陸有所偏 移，業績表現也將因此而持續改善。
半導體研發成效顯著，公司應推進費用管控。2021 年 WolfSpeed 的研發支出為 1.78 億美元，同比下降 3.47%，占營收比例為 34%。整體來看，公司的研發支出一直保持穩定，在剝離業務期間研發費用的波動較小， 且公司在 2020 財年大幅增加了該項支出。目前，公司已經研制出了 100-150mm 的 SiC 襯底和相應的碳化硅和 氮化物外延技術，并完成了首批 200mm 碳化硅晶圓的樣品制備。其研發費用大量投資于 200mm 的 SiC 材料 制造，同時用于擴充產能，其他部分則廣泛用于提高襯底和外延質量、高性能的功率和射頻器件開發。2021 年 8 月公司與意法半導體簽訂了擴大現有 150mm 碳化硅晶圓的供應協議，WolfSpeed、將在未來幾年向意法提 供 150mm 的 SiC 襯底和外延片。此舉將為 WolfSpeed 帶來穩定的收入來源，并有助于公司度過目前的虛弱階 段。2021 年公司的毛利率為 34.25%，同比上升近 8 個百分點，出售業務帶來的毛利提升成效顯著。同時，凈 利率-99.68%，為近十年來歷史低點，系研發和銷售費用大幅上升所致。（報告來源：未來智庫）
5.1.2 羅姆(ROHM)
羅姆是全球著名半導體廠商，以制造和銷售半導體、集成電路和電子元件為主，產品包括 IC、二極管、 LED、SiC 功率器件等。羅姆公司以高功率、模擬、標準產品這三個產品系列為中心，加速技術開發。公司擁 有三大產品部門：（1）IC：該部門主要負責集成電路的生產和銷售，主要產品包括 DRAM、驅動器 IC、通用 IC、傳感器 IC 等；（2）分立半導體器件：該部門進行以 Si 和 SiC 為材料的半導體器件制造，包括 MOSFET、 晶體管、二極管、LED、碳化硅功率元器件等；（3）模塊：該部門主要負責無線通信模塊和打印頭的生產，主 要包括 Wi-Fi 模塊、LAPIS、傳真打印頭；此外，公司還具備無源設備、芯片組的生產能力以及晶圓、MEMS 和先進封裝的代工服務。2020 年上半年 ROHM 在 SiC 襯底市場的占有率為 20%，在 SiC 器件市場的占比為 21%，均位居全球第二位，其子公司 SiCrystal 專注于 SiC 襯底的生產。
公司受疫情影響嚴重，市場景氣或將推動營收回暖，。2021 財年羅姆的營業收入為 32.54 億美元，同比下 降-3.51%，這是自 2018 財年的歷史高點后連續第三個下降的年份，但降幅逐步收窄。受到新冠疫情的影響， 全球集成電路、半導體器件、打印頭和光學模組市場都出現了下行風險，市場整體表現不佳。同時，上游零件 和材料的采購端也受到疫情的消極影響， ROHM 所覆蓋的其他市場均表現遲緩，這些因素均較大地影響了公司的銷售收入。
這些市場從 2020 年第三季度開始表現出一定的回暖趨勢，受益于全球芯片供應短缺以及電動 汽車和電子射頻器件等終端市場的高度景氣，下游產品需求上漲從而推動了營收下降幅度收窄。當前，隨著疫 苗接種率提升，全球疫情好轉，市場對電子產品的需求逐漸上升以及半導體下游各類利好政策等因素，半導體 行業仍將處于高景氣狀態。然而，盡管中長期內電動汽車、5G 終端市場以及半導體行業仍將維持高度景氣， 但疫情反復和 SiC 市場的競爭格局加劇仍將對公司造成不利影響。2021 年羅姆報凈利潤 3.35 億美元，同比增 長 40%，系成本和各項費用較去年均出現下降。全球疫情反復下，預計公司將持續控制成本和費用支出，這可能會降低同期的營收增長，但利潤表現或將持續平滑。
亞洲為公司銷售重心，IC 和半導體器件為收入核心。2021 年 ROHM 在日本的銷售額為 11.55 億美元，亞 洲其他地區為 17.30 億美元，分別占比為 36%和 53%，亞洲是公司的絕對銷售重心。同時，2020 年公司在中國 的銷售額為 9.46 億美元，占比 28.05%，是日本之外最大的銷售地區。ROHM 在中國已形成了以 4 家銷售公司 和 18 家分公司為結構的銷售網絡，同時中國也是其廣泛的技術支持基地。羅姆建立了包括各類產品研發、銷 售和技術支持在內的綜合服務系統，用以積極拓展海外客戶并且成功推動了收入和市場份額的增長。2021 財 年公司的海外收入并沒有大幅收窄的情況，但疫情的消極影響仍使得相關業務的預期存在較大的不確定性。此 外，隨著中國半導體和電動汽車市場的快速發展以及政策支持，公司在中國的銷售額或將保持穩定甚至增長， 這將作為短中期內 ROHM 營收穩定的基石因素。
2021 年 ROHM 的 IC 和分立半導體器件業務的營收額分別為 15.20 和 12.87 億美元，兩者合計占比超過 85%，是公司的核心收入部門。公司擁有完整的 Si 和 SiC 產業鏈，涵蓋襯底生長、外延制備以及器件生產的 全套工序，這種垂直的綜合業務體系不僅能保證產品和材料的穩定供應，也可以滿足客戶靈活多樣的需求。與 此同時，ROHM 也在持續開發生產線，并外包半導體的封裝測試工序來建立新型的供應系統，以此跟進市場 變化同時滿足各類需求。公司穩健的半導體部門為其 IC 器件的生產奠定了基礎，長期來看半導體部門的持續 增長支撐了 IC 業務的穩定占比。受到半導體市場的利好因素影響，預計公司的兩項核心業務將有可能實現穩 中有增，但仍需注意來自疫情和市場競爭格局加劇的中期風險。
公司研發支出受疫情有所下降，創新與研發仍是關鍵要素。2020 年 ROHM 的研發支出為 2.85 億美元，同 比下降 8.09%，占營收比例為 8.76%。受新冠疫情影響，近兩個財年公司強力減少了各項費用支出，但公司的 研發費用基數在半導體行業中仍位居前列。近年來，隨著汽車電子以及物聯網等市場的智能化發展，半導體產品在新興領域中的需求正在急速增長。ROHM 打造了一套完整的研發方案，以電力電子、傳感器、AI 為核心 進行研發突破，完成了汽車、工業設施以及機器人行業的產品升級。此外，隨著新能源汽車和光伏產業等領域 的爆發，下游市場對以SiC 為襯底的功率半導體器件的需求也將大幅增加。
目前，ROHM 已經實現了 150mm的碳化硅襯底制作，并提供由 SiC 晶棒生產到晶圓制造，再到封裝測試等完整的垂類服務。公司的 SiC 材料可 以提供 SiC-SBD、SiC-MOS，還可用于功率器件的生產。2020 年 1 月，ROHM 的子公司 SiCrystal 與意法半導 體簽訂了長期協議，公司將持續向意法供應超過 1.2 億美元的 150mm 碳化硅晶圓，以滿足功率半導體的需求 增長。2021 年 8 月，吉利汽車與羅姆進一步締結戰略合作，前者將利用羅姆先進的碳化硅功率方案開發高效 的電控和充電系統。這意味著 ROHM 進一步擴大了其 SiC 業務，并致力于電動汽車及相關領域的半導體應用 研發。長期來看，創新和研發仍是公司實現業績增長的關鍵因素。面對競爭激烈的 SiC 市場，ROHM 必須積 極推動 200mm 碳化硅晶圓生產，同時進一步開拓功率器件領域的應用。
5.1.3 II-VI
II-VI 成立于 1971 年，是一家全球領先的開發、制造和銷售工程材料和光電元件設備以及材料的垂直整合 類公司，為通信、工業、航天、半導體設備、消費電子和智能汽車的多元化應用提供創新產品。II-VI 擁有兩 個業務部門：1）化合物半導體：該部門主要提供 SiC 襯底、外延和器件以及砷化物外延晶片，同時包括用于 高功率二氧化碳激光器的光電組件和材料，應用領域包括航空、國防、醫療、半導體等；2）光子解決方案：該部門主要提供用于光通信網絡、消費電子、生命科學等領域的晶體材料和光學器件，還為激光終端用戶、系 統集成商和政府提供微芯片激光器和光電模塊。目前，II-VI 在半導體領域的成果主要包括 SiC 的襯底和外延 技術開發，2020 年上半年公司在 SiC 襯底市場的占有率為 13%。
公司銷售重心位于美國，光電業務成為公司核心。2020 年 II-VI 在美國的銷售額為 14.32 億美元，中國大 陸和中國香港分別為 2.92 和 2.99 億美元，三者占比分別為 60%、12%和 13%，合計約為 85%。實際上， Finisar 的收購大舉增加了公司在美國的銷售額，但對中國整體的情況影響輕微。目前，II-VI 的用戶包括蘋果、 ASML、Nikon、騰訊、阿里巴巴等領先企業，多數分布在美國和中國地區，Finisar 還為公司帶來了來自蘋果 的多數訂單。同時，由于公司在 5G、消費電子、醫療和半導體領域的布局和中國相應市場的高度火熱，公司 在中國的營收預計會呈現良好的增長趨勢，而在美業務則是公司的基石。此外，公司在 2021 年 4 月宣布擴大 在中國的 SiC 晶圓制造規模，以服務全球最大的電動汽車和清潔能源市場。II-VI 已在中國福州建立了一條用 于生產 SiC 襯底的后端加工線，業務包括邊緣研磨、CMP、清潔和檢查等，該廠預計將在五年內將 SiC 襯底 的制造能力提高 5-10 倍，包括 200mm 的 SiC 襯底制造。
研發水平逐步增加，SiC 技術處于領先。2021 年公司的研發支出為 3.30 億美元，同比下降 2.64%，占營收 比例為 10.63%。同樣的，收到收購業務的影響，公司的研發支出在 2020 財年大幅上升，這些費用用于投資新 資產和業務流程，包括 5G、3D 傳感、磷化銦、激光雷達和其他新興市場。目前，II-VI 所擁有的碳化硅襯底 具備高質量和低位錯密度，且晶圓尺寸已達 200mm 并處于世界領先地位，該襯底目前已用于電動汽車和 5G 等電力電子以及射頻電子領域。同時，II-VI 可在 150mm 的晶圓上生產一流均勻性的 SiC 外延，包括 250 微米 及以上的厚層生長和低濃度摻雜層，是世界最先進的 SiC 外延技術之一。公司所獨創的 3DSiC 技術可以充分 利用 SiC 材料，以最小損耗實現極高的功率處理，可將電流密度提高 30%并縮小相應的芯片尺寸，這對 SiC 為原料的芯片制程壓縮具有重要意義。
5.1.4 ST Microelectronics
意法半導體(ST Microelectronics)成立于 1987 年，是一家位于瑞士負責設計、開發、制造和銷售半導體產 品的跨國企業。該公司由法國的“Thomson Semiconducteurs”和意大利的“SGS Microelettronica”兩家公司合 并而成，是歐洲目前收入最高的半導體芯片制造商。ST 目前擁有三項主營業務：
1）汽車和分立器件業務 (ADG)：該部門負責專用于汽車的 IC，以及面向汽車、工業、通信等終端市場的分立器件和功率晶體管的制造 和銷售；2）模擬、MEMS 和傳感器業務(AMS)：該部門主要提供用于模擬、智能電源、低功率射頻、MEMS 傳感器和執行器以及光學傳感領域的解決方案和產品；3）微控制器和數字 IC 業務(MDG)：該部門致力于設計、 生產和銷售微控制器（通用和安全）、存儲器（RF 和 EEPROM）和 RF 通信等相關產品。目前，公司的主要客戶包括蘋果、三星、華為、特斯拉等智能手機和電動汽車龍頭企業，且 2020年蘋果貢獻了公司 23.9%的收入， 是公司的第一大客戶。2019 年 12 月，ST 完成了對 SiC 晶圓制造商 Norstel 的收購，標志著公司正式覆蓋 SiC 襯底和外延業務。截止 2020 年上半年，意法半導體在碳化硅器件市場的占有率約為 8%左右。
公司業績穩中有升，積極布局碳化硅產業鏈。2020 年 ST 的營業收入為 102.19 億美元，同比增長 6.94%， 是公司近 10 年來的歷史最高水平。2019年受新冠疫情影響，公司的營收略有下滑，銷量下降的部分負面影響 被平均售價的上浮所抵消，營收整體保持穩定。受益于芯片短缺和半導體市場的高度景氣，公司所布局的汽車、 物聯網、射頻等終端市場同樣快速增長，下游汽車和工業客戶的需求改善將持續推動公司營業收入的上升，并 且抵消疫情反復帶來的消極影響。2019 年公司完成了對 Norstel 的收購，此舉將擴大意法內部的 SiC 生態系統， 使其能夠更好地控制晶圓的質量和產量，并支持 ST 內部的長期碳化硅路線圖和業務。
同時，收購有利于保證 為汽車和工業客戶制造 MOSFET 和二極管所需的晶圓水平，并持續擴大產能以滿足未來幾年的長期需求。目 前，意法半導體 24%的晶圓生產業務為外包性質，公司于 2021 年 8 月與 WolfSpeed 擴大了 150mm 碳化硅晶圓 的供應協議，后者將會向 ST 持續提供 150mm 的 SiC 襯底和外延，總價值超 8 億美元。此舉將補充公司的晶圓 產能，以更好滿足多項業務的產品需求。ST 將利用碳化硅市場的增長機會推動業績發展，并積極由 Si 向 SiC 設備市場轉型。2020 年公司凈利潤為 11.06 億美元，同比增長 7.17%，系其他經營收入增加引起利潤上升。盡 管 ST 已涉足多個領域，但并未在主要細分市場建立領導地位，整體要落后于其他競爭者，公司還必須面對來自包括 SiC 等新興市場的競爭加劇，長期內仍具有風險波動。
2020 年 ST 在 ADG、AMS 和 MDG 的銷售收入分別為 32.84、38.92 和 30.30 億美元，占比均在 30%以上， 業務布局整體均衡。具體的，ADG 部門收入同比下降 8.9%，主要原因是平均銷售價格的降低，且該負面影響 也使得銷量略微下降。受到智能手機業績強勁和影像模擬領域的積極影響，AMS 收入同比增長 18.0%，是公 司營收上升的主要推動力。MDG 部門收入同比上升 14.9%，系 MCU 需求增長和 RF 業務收縮帶來的銷量大幅 上升，該影響覆蓋了平均價格下降帶來的消極因素。目前，ST 仍在提高其資本支出，并將廣泛支持模擬、電 源和碳化硅業務。同時，蘋果是公司在 3D 傳感領域的主要客戶，英特爾和特斯拉作為 SiC 的重要終端將推動 公司在該新興市場的預期業績升高，用于處理器、存儲和射頻的芯片組件的需求上升也將持續穩定公司業績。預計公司將在傳統領域中仍將穩定向好，新興市場的份額擴展和激烈競爭將成為不確定因素。
5.2、大陸主要廠商
5.2.1 山東天岳—絕緣型襯底為主
山東天岳先進科技股份有限公司成立于 2010 年，主營業務是寬禁帶半導體（第三代半導體）碳化硅襯底 材料的研發、生產和銷售，產品可應用于微波電子、電力電子等領域。目前，公司主要產品包括半絕緣型和導 電型碳化硅襯底。經過十余年的技術發展，公司已掌握涵蓋了設備設計、熱場設計、粉料合成、晶體生長、襯 底加工等環節的核心技術，自主研發了不同尺寸半絕緣型及導電型碳化硅襯底制備技術。公司作為我國碳化硅 襯底領域的領軍企業，在國家亟需的時候， 擔當起國家核心戰略物資的保障供應重任，批量供應了半絕緣型 碳化硅襯底材料，成功實現該產品的自主可控。根據國際知名行業咨詢機構 Yole 的統計，2019 年及 2020 年公 司已躋身半絕緣型碳化硅襯底市場的世界前三。公司的產品以半絕緣型襯底和導電型襯底為主，其應用范圍涵 蓋光電子，電子電氣，微波通訊等領域。
公司收入幾乎全部來自境內，產品以半絕緣型襯底為主。2020 年，公司境內收入約為 3.40 億元，同比增 長 89.4%，近三年占比穩居 90%以上并且持續增加。然而，目前公司的半絕緣型襯底已經具備世界一流技術水 平，市場份額占比 30%左右，預計未來長期內公司將擴展海外市場，從而進一步實現業務擴張。同時，公司 的產品結構較為簡單，主營業務均為碳化硅襯底銷售，其中半絕緣型襯底占據絕對主導。2020 年，半絕緣型 襯底營收為 3.47 億元，同比增長 89.8%，占比為 99.3%，近年來導電性襯底收入和占比不斷下降。這一趨勢系 半絕緣型襯底受國外禁運，為滿足國家戰略需要，公司優先將產能用于半絕緣型襯底。同時，由于導電型襯底 可搭載碳化硅外延并用于新能源汽車、光伏能源、交通軌道等領域，下游市場的火熱使得該襯底市場具有較大 潛力，預計未來公司將持續布局導電型襯底市場。
5.2.2 天科合達—導電型襯底為主
北京天科合達半導體股份有限公司設立于 2006 年 9 月 12 日。公司是國內領先的第三代半導體材料——碳 化硅晶片生產商。公司主要從事碳化硅領域相關產品研發、生產和銷售，主要產品包括碳化硅晶片、其他碳化 硅產品和碳化硅單晶生長爐，其中碳化硅晶片是公司核心產品。公司建立了國內第一條碳化硅晶片中試生產線， 是國內最早實現碳化硅晶片產業化的企業，在國內率先成功研制出 6 英寸碳化硅晶片，相繼實現 2 英寸至 6 英 寸碳化硅晶片產品的規?；?。公司掌握了覆蓋碳化硅晶片生產的“設備研制—原料合成—晶體生長—晶體 切割—晶片加工—清洗檢測”全流程關鍵技術和工藝，在設備環節可以提供碳化硅單晶生長爐，在晶片環節可 以提供 2-6 英寸導電型和半絕緣型碳化硅晶片，在其他碳化硅產品環節可以提供碳化硅籽晶、晶體等。
天科合達已成為是國內領先的第三代半導體材料——碳化硅晶片生產商。財務數據顯示，2019 年公司業 績改善，實現營收 1.56 億元，同比增長 99%左右。實際上，公司自 2017 年首季度開始，各季度的營業收入都 在不斷增加，主要系公司產能不斷擴大，產品交付能力持續提升。隨著半導體產業宏觀環境的持續景氣，以及 新能源汽車、光伏等下游市場對碳化硅市場的進一步推動，預計公司的營收業績仍將持續增長。
目前，天科合 達在導電型碳化硅襯底領域具有相對優越的市場優勢，2018年全球占有率約為 1.7%，預計隨著產能進一步釋放以及規模效應逐漸顯著，公司將進一步提高其市場份額。此外，2019年天科合達的凈利潤為 0.30 億元，同 比增長 1448%，并與 2018 年成功扭虧為盈。2017 年以前，由于公司持續研發投入，以及受碳化硅半導體材料 工業化應用進程較慢影響，公司呈現持續虧損狀態。2018年以來，隨著公司產品工藝的成熟和下游需求的增加，公司收入規?？焖僭鲩L，并實現持續盈利。同時，由于天科合達與產業鏈上下游合作緊密，具備優秀的產 品質量口碑，公司的銷售費用率等單位支出持續下降，營收的較大增長也使得 2019 年的凈利潤實現巨額增幅。預計隨著天科合達研發成果進一步轉化，以及產能擴張和費用管控，公司業績將持續好轉。
公司對研發保持較高投入，技術成果轉化良好。2018-2020 年研發投入分別為 0.15、01.3 和 0.29 億元， 2020 年研發投入大幅增長 152.71%，占比約為 19%。目前，公司的主要研發費用基本用于 PVT 碳化硅單晶生 長技術、碳化硅晶體切割技術和精密研磨拋光及清洗技術，相關的技術成熟度均已實現成熟應用，公司的研發 支出效果明顯。天科合達研發支出穩中有升，凈利潤實現新高表示公司研發費用轉化效果較好，預計隨著單晶 生長設備和襯底技術的進一步提高，公司有望增強研發成果轉化效力，從而提振公司業績。2020 年公司銷售 毛利率為 6.01%，銷售凈利率 19.36%，兩者自 2016 年起便持續增加，且曲線大致相似。曲線差距收窄意味著 公司利潤增長和毛利增長不斷趨同，說明公司整體費用利用情況和管控效果較好。預計未來隨著業務不斷盈利， 費用管控不斷加強，公司的毛利和凈利水平將穩中有升，并呈現較小分化。
5.2.3 露笑科技— SIC 襯底
露笑科技設立于 2003 年，是一家有多元化業務的綜合公司，產業涵蓋銅芯、鋁芯電磁線、LED 藍寶石襯 底片、碳化硅襯底片、新能源汽車電機電池電控、光伏發電、現代農業、投資管理、國際貿易等十多個領域。露笑科技以漆包線為起點賺得第一桶金并成功在深交所上市。但漆包線行業因準入門檻低，同質化程度越來越高，隨之帶來的利潤率也越來越低，成長空間受限，故 2014 年開始產業轉型。
公司先后收購上海正昀，江蘇 鼎陽綠能電力有限公司進軍新能源汽車和光伏產業，并與伯恩光學合作開展藍寶石業務并積極探索國外市場。目前第三代半導體處在早期部署階段，露笑科技憑借著在布局藍寶石業務期間積累的大量的生產藍寶石長晶爐 的經驗進入了碳化硅領域，總投資近百億。公司擁有浙江省級研究院、博士后科研工作站、省級技術中心等平 臺，擁有一支優秀的研發團隊，多次承擔國家、省部級科技計劃項目，多次獲得各級科技獎，參與制修訂國家 /行業標準 48項，累計擁有國內領先的科技成果近 20 項。
公司業績波動明顯，凈利潤情況持續好轉。2020 年露笑科技營業收入為 28.48 億元，同比增長 16.15%， 業績實現四年內的首次增幅。疫情期間，光伏發電以及其漆包線行業受到影響較小，營收下降程度有所減緩。隨著碳化硅產業布局力度的加大，預計未來營收將會增加。然而，由于漆包線行業低準入門檻、高污染性以及 激烈的市場競爭，公司自 2011 年起業績持續下滑，同時積極尋求轉型。目前，公司進入半導體行業，旗下業 務包括三項：
1）碳化硅業務：公司主要進行碳化硅襯底和外延的生產銷售；2）漆包線業務：公司生產用于新 能源汽車、電子信息等行業的漆包線產品；3）光伏發電業務：公司為光伏電站進行投資、建設和運營，并且 集中建設集中式和分布是光伏電站。然而，由于公司自身現金流不足，造血能力差，在 2021 年定增 6.15 億， 但仍難以抵消負債和研發需要，對半導體行業的百億投資仍然頗具難度。2020 年，公司凈利潤為 1.28 億元， 同比增長 16.15%，成功扭虧為盈持續增長。業績上升主要系內疫情后公司制造業端上下游復工復產較快，同 時國外受疫情影響嚴重，制造業向國內轉移，行業景氣度較高。同時，我們預計公司的半導體業務或將因資金 缺乏面臨經營風險，長期內的業績波動仍將持續，需求研發不及預期都將對公司的經營帶來影響。
公司研發費用較低，凈利率近年來穩中有升。2020年露笑科技研發支出額為 0.44 億元，同比增長 51.21%， 占營收比例約為 1.53%。近年來，公司的研發支出整體比例較低，幾乎在 1%附近波動，2020 年該項費用逐步 增加，但仍難以滿足半導體行業的研發需求，目前顯著低于行業平均水平。較低的研發投入可能使得公司無法長期發展半導體產業，更無法實現在相關市場建立領先地位，長期經營風險較為明顯。公司從 2020 年 11 月份 破土開工建設，2021 年 3 月份一期廠房結頂，5 月份內部公輔設備開始安裝調試，6月份部分設備開始進場安裝。
隨著襯底加工設備、清洗設備和測試設備的逐步到位及加工工藝優化，預計在 9 月份基本可實現 6 英寸導 電型碳化硅襯底片的小批量生產。露笑科技 2018-2020年的毛利率分別為 13.95%、22.42%和 19.21%，比率波動較為明顯；同時近三年內公司凈利率分別為-32.23%、1.41%和 4.49%，整體表現有所回暖，但仍需注意長期風險。公司毛利率的逐漸上升，主要是受到行業轉型的影響。露笑科技進軍毛利率較高的光伏行業，同時壓縮 了毛利率較低的漆包線業務，使得整體水平得到回升，凈虧損收窄也與公司轉型密切相關。預計隨著公司持續加碼半導體和光伏業務，雙率水平將持續向好。
5.2.4 晶盛機電—SIC 襯底
晶盛機電是國內晶體硅生長設備龍頭，主要從事晶體生長設備研發、制造、銷售。公司的產品主要有碳化 硅長晶設備及外延設備，業務下游涉及光伏、半導體、藍寶石等行業方向。在光伏領域、半導體領域，LED 照明領域還分為晶體生長設備，智能化加工設備等。在藍寶石領域，公司可提供滿足 LED 照明襯底材料和窗 口材料所需的藍寶石晶錠和晶片。2006 年上虞晶盛機電工程有限公司成立，2010 年整體改制為上虞晶盛股份 有限公司，同年更名為浙江晶盛機電股份有限公司（簡稱：晶盛機電），2012 年公司在深交所創業板上市，2014 年成立晶瑞電子運營藍寶石切磨拋業務，拓展了藍寶石業務，2018 年拓展半導體業務， 并在 2020 年 SIC 研發取得突破性進展。晶盛機電公司在高端精密加工領域的技術實力處于行業前列，建立了 半導體材料關鍵加工設備的國產化領先優勢。目前，公司的主要客戶有中環股份、有研半導體、合晶科技、上 機數控等知名上市公司以及大型企業，密切合作的下游客戶為公司的發展提供了堅實基礎。
晶盛機電是國內晶體硅生長設備龍頭，近年來業績持續向好。2020 年公司業績大幅增長，實現營收 38.11 億元，同比增長 22.54%。近五年來，公司營收持續保持高增長，盡管增速下滑但同比仍保持在 20%以及上。一方面，國家“碳中和”政策推動下光伏等新能源領域持續利好，硅片產能需求持續擴大，公司設備出貨量持 續上升；另一方面，第三代半導體受到下游新能源汽車、充電基礎設施等領域的火熱推動，整體需求實現高企， 碳化硅產業得以高速發展，公司相關設備需求上漲。
同時，集成電路產業也受到政策積極扶持，Mini LED 和 消費電子窗口也推動了藍寶石材料新增長，這同樣推動了公司業績的持續向好。此外，公司與上下游產業鏈的客戶形成了緊密聯系，這為公司鞏固市場地位，推動產品持續迭代奠定了堅實基礎。2020年晶盛機電凈利潤 為 8.52 億元，同比增長 36.48%，重新實現較高增長。然而，由于光伏硅片的技術變革能力較弱，潛在增長邏輯不足，利潤將面臨下行風險；公司半導體和藍寶石等相關技術處于領先地位，發展前景較為良好，但公司對 單一客戶的依賴程度較大，可能存在長期風險。預計中長期內，晶盛機電將依靠半導體和藍寶石領域的先進優勢，彌補光伏 LED 領域的增長減緩，與此同時公司仍將面對一定的市場風險。
晶盛機電研發支出持續增長，公司雙率穩中有升。2020年公司研發支出數額為 2.27 億元，占營收比例約 為 5.96%，同比增長 22.04%，近五年內費用持續增加。公司目前已實現 8 英寸半導體長晶設備的批量銷售， 12 英寸長晶、研磨和拋光設備均通過客戶驗證并進入銷售環節。同時，晶盛機電在碳化硅領域積極研發，碳 化硅外延設備已通過客戶驗證，同時在晶體生長、切片、拋光等產業鏈環節建立測試線，以實現裝備和工藝技 術的領先。而在藍寶石材料領域，晶盛機電已經成功掌握國際領先的超大尺寸 700kg 級藍寶石晶體生長技術， 公司的藍寶石材料業務具備較強的成本競爭力與規模優勢。
公司將持續加大研發費用，定增投產碳化硅襯底晶 片生產基地項目，計劃在寧夏銀川建設年產 40 萬片 6 英寸以上導電+絕緣型碳化硅襯底產能，總投資 33.6 億 元。項目達產后預計年實現新增營收 23.56 億元、利潤 5.88 億元。目前公司已經獲得 23 萬片意向碳化硅襯底 訂單，并預估 2022-2025年國內導電型碳化硅襯底總需求合計超過 800 萬片，碳化硅襯底晶片生產基地項目的 實施有利于打破 WolfSpeed、II-VI 等傳統國外碳化硅生產龍頭企業的行業壟斷地位，逐步改變國內碳化硅襯底 主要依靠進口的現狀。隨著碳化硅在下游市場的不斷拓展，公司將加快推進碳化硅業務的前瞻性布局，從而為 公司的持續發展貢獻新的動力。
5.2.5 三安光電—IDM SIC 全產業鏈
三安光電成立于 2000 年，主要從事化合物半導體所涉及的部分核心原材料、外延片生長和器件制造，材料包括氮化鎵、碳化硅、磷化銦、藍寶石等第三代半導體。公司具有國內產銷規模首位的化合物半導體生產規模，屬于技術、資本密集型的產業，是化合物半導體集成電路產業鏈布局最為完善、領先 IDM 企業。公司目前的主要業務包括四個板塊：
1）光電：以 GaAs、GaN、藍寶石為基礎，進行 LED 和光伏電池器件生產，產品用于照明、光伏、醫療等領域；2）微波射頻：主要以 GaN、GaAS 和 InP 為主，生產制造功率放大器、濾波器、射頻開關器等，可用于移動通信基站、藍牙模組等；3）電力電子：通過 SiC、GaN 等第三代半導體，進行各類二極管和晶體管的研發，主要用于新能源汽車、光伏、智能電網、快充電源等下游領域；4）光通訊：借助 GaAS、InP 等原材料，制造二極管、激光器件，通常適用于通信基站、云計算、3D 感應等市場。公司致 力于將化合物半導體集成電路業務發展至全球行業領先水平，努力打造具有國際競爭力的半導體廠商。目前， 公司已與主要供應商和采購客戶建立起了長年穩定的合作關系，形成較為穩定的原材料供應渠道。
公司業績穩中有升，凈利潤近年來持續下降。2020 年，三安光電營業收入為 84.54 億元，同比增長 10.37%，營收數額達到歷史新高。2012 年之后，受益于 LED 產業整體轉向中國大陸，國內企業快速擴產搶占 市場份額，國內 LED 需求的提升也使得公司盈利快速增長。2018 年后由于貿易戰、國內需求增速放緩、相關 企業庫存水平處于高位等不利因素，LED 行業逐步進入周期下行階段，產品價格下跌，三安光電的盈利水平 也伴隨行業周期受到較大的影響。此外，公司也在大力布局半導體領域，向第三代半導體襯底、外延、芯片等 領域進行轉型，是國內化合物半導體領域中布局最為全面的企業。公司于 2014 年成立廈門三安集成，作為化 合物半導體業務的主要生產基地，業務涵蓋微波射頻、高功率電力電子、光通訊等領域，致力于打造集成完整 的化合物半導體制造平臺。2019 年起，公司化合物半導體業務以三安集成為主要產業基地，并開始逐步放量。
受益于 Mini LED、射頻和濾波器需求的顯著提升，公司的營業收入于 2020 年重新實現增長。由于目前以碳 化硅和氮化鎵為核心材料的產品被廣泛用于通信、新能源汽車、消費類電子等應用領域，下游市場成為全球企業的重要布局焦點。隨著技術研發不斷推進，成本和費用管控進一步優化，預計公司業績發展前景廣闊。2020年三安光電凈利潤為 10.16 億元，同比下降 36.14%。近四年來公司凈利潤持續下降，系轉型半導體帶來的研發 支出費用高企，同時 LED 產品成本上升所致。三安光電的基本面仍向好，預計隨著第三代半導體技術研發逐步轉化為銷售成果后，公司將實現費用管控，并進一步增加營收，從而實現凈利潤的增長。
公司收入來源核心為中國大陸，產品中化合物半導體占主導地位。2020 年三安光電在中國大陸的銷售額 為 73 億元，同比增長 10.61%，占總體比例為 86.90%。近六年內，公司在中國大陸的銷售占比均在 80%以上， 港澳臺及海外市場表現穩定，銷售額均在 10 億元左右。顯然，由于國內政策支持下半導體行業高度景氣，且 海外領先企業的技術壁壘較難突破，公司難以擴大其在其他地區的銷售額。同時，公司的產品主要包括化合物 半導體、材料銷售和其他，2020 年三者占比分別為 70.63%、27.35%和 2.02%。實際上，2019 年以前公司的核 心產品為芯片&LED，但從 2015 年起業務規模逐漸萎縮，系 LED 產品成本上升，需求不及預期導致 LED 市 場進入下行周期。公司選擇成立子公司，向第三代半導體產業進行轉型，并將 LED 并入化合物半導體業務， 后者成為公司的主要研發產品。然而，目前全球芯片供應短缺，LED 器件需求旺盛，LED 市場或將迎來周期 性拐點。預計未來幾年公司仍將持續經營 LED 業務，并且其業務占比將持續提高。
2014 年成立廈門三安集成具備襯底材料、外延生長、以及芯片制造的產業整合能力，擁有大規模、先進 制程能力的 MOCVD 外延生長制造線；2017 年總投資 333 億元的泉州南安項目也在順利推進中，現已有部分 設備調試完成，產能正在逐步釋放；2020 年投資 160 億元建設湖南三安 SiC 產線，進一步加強上游布局，且 一期項目已于 2021 年 6 月建設完成，產能可達 3000 片/月（6 寸片）；2 年內達產后預計將達到 30000 片/月。產業鏈方面，公司 2020 年 8 月收購北電新材，將 SiC 襯底工藝內化，掌握 SiC 產業鏈核心，夯實 SiC 襯底基 礎，有望提高產品良率，發揮產業鏈協同作用。目前，三安光電的各類產品客戶驗證均穩步進行，隨著化合物 半導體下游需求顯著提升，以及研發成果的進一步轉化，各產業基地產能布局優勢已開始顯現。
5.3、晶圓代工廠商
5.3.1 X-Fab
X-FAB Silicon Foundries SE 是世界領先的模擬/混合信號半導體技術專業代工廠集團之一。為汽車，工業， 消費，醫療，消費和移動通信以及其他應用制造硅片、模數集成電路、傳感器和微機電系統。業務遍及全球， 提供全面的技術和設計 IP。憑借在模擬/混合信號 IC 生產、微機電系統（MEMS）和碳化硅（SiC）方面的專 業知識，為客戶提供強大的設計支持技術。核心市場汽車、醫療和工業的特點是高增長和長生命周期。
X-FAB 作為一家純粹的代工廠，為避免與客戶競爭而沒有自己的 IC 產品。專注于復雜技術、設計支持和 制造解決方案，提供制造和強大的設計支持服務，設計模擬/混合信號集成電路（IC）和其他半導體器件，用 于客戶的產品。模塊化的制造方法在半導體技術、設計和工藝中提供了多種增強選項，包括互補金屬氧化物半 導體（CMOS）、絕緣體上硅（SOI）、碳化硅（SiC）和微機電系統（MEMS）。提供的工藝技術在 150mm 晶圓 上的特征尺寸為 1.0μm、0.8μm 和 0.6μm，在 200mm 晶圓上的特征尺寸為 0.6μm、350nm、250nm、180nm 和 130nm。X-FAB 的目標是到 2025 年實現 9-10%的市場份額，通過不斷增長的產量保持穩定的市場份額，并為 80-90%的無晶圓廠碳化硅廠商提供服務。
5.3.2 積塔
上海積塔半導體有限公司是一家半導體芯片研發商，成立于 2017 年，公司兩大股東為華大半導體有限公司和上海集成電路產業投資基金股份有限公司，分別持股 55%和 45%，上海先進半導體制造有限公司為上海 積塔全資子公司。上海先進于 1988年由中荷合資成立為上海飛利浦半導體公司，于 2006 年于香港聯交所主板 上市并在 2018 年退市，2019 年被上海積塔半導體有限公司吸收合并，此后上海積塔的主營業務便由上海先進 構成。上海先進是一家大規模集成電路芯片制造公司，有 5 英寸、6 英寸、8 英寸晶圓生產線，專注于模擬電 路、功率器件的制造，8 英寸等值晶圓年產能 66.4 萬片，被上海市科委認定為“高新技術企業”。
同時，公司 通過了 ISO9001、VDA6.3(Grade A)、IATF 16949、14001、ISO/IEC 27001等質量、環境及信息安全管理體系認證，是國內最早從事汽車電子芯片、IGBT 芯片制造的企業。此外，2018 年 8 月，積塔半導體特色工藝生產線 在上海臨港開工，總投資 359 億元。2018 年 10 月，積塔半導體與上海先進半導體制造股份有限公司 (以下簡稱 “先進半導體”) 簽訂合并協議，合并后積塔半導體將分為臨港和虹漕兩個廠區。虹漕廠區擁有 5 英寸、6 英寸、 8 英寸生產線；臨港廠區擁有 8 英寸、12 英寸、6 英寸 SiC 生產線，產品主要應用于工控、汽車、電力、能源 等領域。
公司是一家專注于模擬電路工藝和功率器件工藝的領先晶圓代工廠，擁有兩個晶圓廠及雙極型工藝 （Bipolar）、功率集成電路（Power IC）、分立元件（Discrete）、微系統（MEMS）組成的對外開放工藝平臺。晶圓廠方面，上海先進 1/2號晶圓廠制造廠主要生產 6 英寸晶圓，以模擬電路生產為主，有十年以上的汽車電 子芯片制造經驗，也是中國 IGBT 工藝芯片最大的生產廠；上海先進 3 號晶圓制造廠以生產 8 英寸晶圓片為主。
六、觀點總結及內容概要
1、碳化硅性能優勢突出，市場規?？焖俪砷L
碳化硅襯底的使用極限性能優于硅襯底，可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應用需求，當前 碳化硅襯底已應用于射頻器件及功率器件，隨著下游需求爆發，2022-2026 年 SiC 器件的市場規模將從 43 億 美元提升到 89 億美元，年復合增長率為 20%。
2、需求：下游產業鏈應用爆發，SiC 市場需求紅利釋放
我們把 SiC 器件發展分為三個發展階段，2019-2021 年初期，特斯拉等新能源汽車開始試水搭載 SiC 功率 器件；2022-2023 年為拐點期，SiC 在新能源汽車領域的應用已經達到了批量生產的臨界區域，并且充電基礎 設施、5G 基站、工業和能源等應用逐步采用 SIC 器件；2024-2026 年為爆發期，SIC 加速滲透，在新能源汽車、 充電基礎設施、5G 基站、工業和能源等得到廣泛應用。
新能源汽車是 SIC 器件應用增長最快的市場，預計 2022-2026 年的市場規模從 16 億美元到 46 億美元，復 合年增長率為 30%，其中用于電機驅動逆變器的碳化硅功率器件是車用 SiC 產品中最主要且潛在增長空間最巨 大的部分，到 2026 年用于電機驅動逆變器仍是最大市場，占比超過 80%。其次，射頻器件市場規模將從 21 美 元提升至 29 億美元，復合年增長率為 8%；工業和能源用的 SiC 器件市場規模從 6 億元增長到 14 億元，復合 年增長率為 24%。
3、供給：短期產業鏈受限襯底產能，長期產能擴張帶來價格下降
碳化硅市場產業鏈主要分為晶圓襯底制造、外延片生產、碳化硅器件研發和裝備封裝測試四個部分，分別占市場總成本的 50%、25%、20%、5%，由于具備晶體生長過程繁瑣，晶圓切割困難等特點，碳化硅襯底的制造 成本一直處于高位。目前高質量襯底的應用主要集中于 WolfSpeed、II-VI、ROHM 三大供應商，CR3 市場占有率 達到 80%以上，國內廠商為代表的襯底廠商的產品良率、品質和生產效率還有一定差距，短期看中高功率器件 產業鏈的上游主要還受襯底 CR3 控制，另外隨著 CR3 逐步提高材料自用比例提升，產能的提升的同時市場供給 有限，整體供給偏緊狀態。
根據 WolfSpeed 最新的投資者大會所公布的數據顯示，2026 年 SiC 襯底市場規模有 望達到 17 億美元，2022-2026 年復合增速達到 25%。預計 2022 年和 2024年的產能分別達到 167K 平方英尺到 242 平方英尺，折算 6 寸對應的 85 萬片和 123 萬片，假設 WolfSpeed 繼續維持全球 50%的市場份額（剔除自供 襯底，總的襯底片占比超過 60%），那么全球 2022 年和 2024 年市場銷量折合 6 英寸分別約為 170 萬片至 250 萬片。
4、碳化硅國產突破正加速，迎來中長期投資機會
碳化硅市場海外以 IDM 為主要運作模式，國內襯底廠商為天岳先進（絕緣型襯底為主）、天科合達（導電 型襯底為主）、中電科（爍科）、露笑科技、晶盛機電；外延片方面：瀚天天成、東莞天域、中電科等均已完成 了 3-6 英寸碳化硅外延的研發和生產；器件方面：斯達半導體、士蘭微推出 SiC MOSFET 功率器件和模塊；晶 圓代工方面，X-Fab 為最大代工廠，并為 80-90%的無晶圓廠碳化硅廠商提供服務；漢磊和積塔大幅增加資本 開支用以擴展 SiC 產能；IDM 方面：三安光電具備全產業整合生產能力（襯底/外延/器件/封測）。
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