硅基器件物理極限無(wú)法滿(mǎn)足部分高壓、高溫、高頻及低功耗的應用要求，具備熱導率高、臨界擊穿場(chǎng)強高、電子飽和漂移速率高等特點(diǎn)的碳化硅（SiC）器件作為功率器件材料端的技術(shù)迭代產(chǎn)品出現，應用于新能源汽車(chē)、光伏、工控等領(lǐng)域，在電力電子設備中實(shí)現對電能的高效管理。以逆變器為例，碳化硅模塊代替硅基IGBT后，逆變器輸出功率可增至硅基系統的2.5倍，體積縮小1.5倍，功率密度為原有3.6倍，最終實(shí)現系統成本整體降低。

　　一方面，由于碳化硅長(cháng)晶速度慢，每小時(shí)僅生長(cháng)0.2-0.3mm，在200多種晶型中僅一種可用（SiC-4H），且晶棒切割難度大，因此碳化硅襯底從樣品到穩定批量供貨大約需要5年；

　　另一方面，作為碳化硅器件性能及可靠性的關(guān)鍵，高壓器件用、低缺陷密度且均勻的碳化硅外延工藝難度大；疊加離子注入、柵氧可靠性及客戶(hù)驗證等器件端挑戰，碳化硅市場(chǎng)進(jìn)入壁壘高，技術(shù)挑戰大。未來(lái)，碳化硅將繼續向襯底大尺寸化、切割高效化及器件模塊化等低成本高可靠性方向發(fā)展。

　　碳化硅襯底成本占比為46%，外延成本占比為23%，產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量倒掛，襯底供應商掌握了產(chǎn)業(yè)鏈的核心話(huà)語(yǔ)權。

　　以Wolfspeed為例碳化硅，其襯底產(chǎn)能全球第一，已獲13億美元長(cháng)期協(xié)議，在車(chē)規級器件端擴展迅速。目前，ST、英飛凌、安森美等傳統功率器件商均在上游材料進(jìn)行擴產(chǎn)，同時(shí)基于多年客戶(hù)積累與汽車(chē)等終端建立合作，產(chǎn)業(yè)垂直整合加速。

　　我國目前在襯底端已開(kāi)始占據一定市場(chǎng)份額，如山東天岳2020年半絕緣襯底全球市占率已至30%；而器件端，目前全球意法半導體一家獨大，國內公司尚屬發(fā)展早期，但已有部分企業(yè)如斯達半導、比亞迪半導體等碳化硅模塊已實(shí)現上車(chē)應用。

　　根據Yolé預測，碳化硅器件市場(chǎng)將從2019年5億美元增至2025年25億美元，復合增速達30%。其中，新能源汽車(chē)作為主驅動(dòng)力，從2019年2.25億增至2025年15億美元，占整個(gè)市場(chǎng)60%，對應復合增速38%。

　　隨著(zhù)快充需求增加，電動(dòng)汽車(chē)逐步向800V架構過(guò)渡，碳化硅滲透加速。目前，國內企業(yè)在襯底端已有開(kāi)始占據少量份額，器件端仍屬發(fā)展早期。

　　未來(lái)，考慮產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量分布及客戶(hù)優(yōu)勢等因素，我們認為上游擁有襯底量產(chǎn)技術(shù)、外延能力的企業(yè)及擁有功率半導體經(jīng)驗、下游客戶(hù)或具備大量上車(chē)數據的功率半導體公司有望脫穎而出。

　　國內SiC產(chǎn)業(yè)鏈上市或IPO階段相關(guān)公司：天岳先進(jìn)（襯底）、鳳凰光學(xué)（外延）、斯達半導（器件）、比亞迪半導體（器件）、中車(chē)時(shí)代電氣（器件）、華潤微（器件）等。

　　碳化硅功率器件早在20年前已推出，受制于成本及下游擴產(chǎn)意愿不足，碳化硅產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)緩慢。2018年，特斯拉作為全球第一的造車(chē)新率先使用全碳化硅方案后，碳化硅器件才開(kāi)始成為市場(chǎng)發(fā)展熱點(diǎn)。

　　未來(lái)5年，汽車(chē)將成為碳化硅市場(chǎng)的主要驅動(dòng)力。當前，全球新能源汽車(chē)市場(chǎng)正在加速發(fā)展，2021年前三季度，中國新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達215.7萬(wàn)輛，歐洲新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達158.9萬(wàn)輛，美國新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達42.4萬(wàn)輛，預計全球2021年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量有望突破600萬(wàn)輛。

　　根據Yolé預測，SiC器件市場(chǎng)將從2019年5億美元增至2025年25億美元以上，復合增速達30%：

　　其中，新能源汽車(chē)將從2019年2.25億增至2025年15億美元，復合增速38%，占整個(gè)市場(chǎng)60%。

　　除汽車(chē)外，第二大應用光伏市場(chǎng)將從2019年2.25億美元增加至2025年3.14億美元，復合增速為17%。此外，軌道交通和電機驅動(dòng)等領(lǐng)域也將快速增加。

　　隨著(zhù)新能源汽車(chē)不斷滲透，TrendForce預計2025年全球系能源汽車(chē)市場(chǎng)對導電碳化硅襯底需求可達169萬(wàn)片（按6英寸計算）。其中，81%將用于主逆變器，15%應用于OBC，4%應用于DC-DC。

　　碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈結構與硅基功率半導體類(lèi)似，主要包含襯底、外延、器件及模塊和應用等環(huán)節。然而，其成本分布與硅基半導體器件不同：

　　硅基功率半導體晶圓制造成本占50%，而碳化硅由于晶棒生長(cháng)速度慢且技術(shù)難度大，產(chǎn)業(yè)鏈成本集中于上游，價(jià)值量倒掛。

　　SiC襯底成本占比46%，外延的成本占比23%，這兩大工序占器件制造成本約70%。因此，襯底供應商掌握了碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的核心話(huà)語(yǔ)權。

　　目前，全球龍頭企業(yè)Wolfspeed、Rohm、ST都已形成了SiC襯底-外延-器件-模塊垂直供應的體系，而Infineon、Bosch、OnSemi等廠(chǎng)商則不斷進(jìn)行并購，拓展在上游原材料的布局。Rohm收購S(chǎng)iCrystal，布局SiC襯底；

　　ST收購Norstel，上游延伸至SiC襯底。在此基礎上，各家開(kāi)始大規模擴產(chǎn)，Wolfspeed在2024年前產(chǎn)能擴充30倍；

　　另一方面，通過(guò)與終端應用企業(yè)合作，攻克市場(chǎng)驗證壁壘，重點(diǎn)鎖定車(chē)規級應用；

　　例如特斯拉采用ST的SiC功率器件；集團子公司VitescoTechnologies將為現代汽車(chē)提供800V碳化硅逆變器；Wolfspeed和Infineon分別與大眾汽車(chē)合作，成為其FAST項目SiC合作伙伴。

　　市場(chǎng)玩家多樣化，競爭格局復雜。隨著(zhù)碳化硅用于純電動(dòng)車(chē)趨勢日益明確，該市場(chǎng)成為了多方廠(chǎng)商的必爭之地。傳統功率半導體廠(chǎng)商是碳化硅器件的最早參與者，但由于下游需求啟動(dòng)慢，業(yè)務(wù)空間尚未打開(kāi)。

　　其次是LED等化合物半導體公司，由于LED材料與SiC均為化合物半導體，在生長(cháng)等制造工藝上有相似性，資金壁壘相對低，碳化硅成為了公司第二增長(cháng)曲線(xiàn)的最佳選擇。此外，隨著(zhù)傳統車(chē)企及Tier1在汽車(chē)電動(dòng)化方面達成共識，廠(chǎng)商們紛紛加入碳化硅市場(chǎng)。

　　快充需求增加，電動(dòng)汽車(chē)向800V架構過(guò)渡，碳化硅將被大規模應用于OBC。當前，電動(dòng)車(chē)在續航里程方面仍面臨著(zhù)補能焦慮的問(wèn)題。為提升汽車(chē)充電效率，800V高壓平臺方案應運而生。在此技術(shù)方案下，高電壓對功率器件提出更高要求，碳化硅在該應用上優(yōu)勢明顯。

　　以22kW800V雙向OBC為例，從Si設計轉到SiC設計，功率器件和柵極驅動(dòng)的數量都減少30%以上，開(kāi)關(guān)頻率提高一倍以上，降低了功率轉換系統的組件尺寸、重量和成本，同時(shí)提高了運行效率。

　　車(chē)廠(chǎng)紛紛選用800V架構，推動(dòng)碳化硅上車(chē)進(jìn)程。比亞迪e平臺3.0、現代E-GMP、奔馳EVA等都已宣布800V高壓平臺應用；預計在未來(lái)三年內，基于800V架構的新能源汽車(chē)將陸續量產(chǎn)。

　　目前，碳化硅在OBC、DC/DC上已有多家車(chē)企應用，而在主逆變器中量產(chǎn)車(chē)企極少。800V架構的引入將促進(jìn)碳化硅器件的滲透，增加市場(chǎng)對其可靠性的驗證，為其在主逆變器的應用作鋪墊。

　　2018年，特斯拉率先使用全碳化硅方案后，碳化硅器件才開(kāi)始成為市場(chǎng)發(fā)展熱點(diǎn)。此前，受制于多方面因素，全球碳化硅器件產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)速度慢：

　　另一方面，除中國率先進(jìn)入新能源車(chē)領(lǐng)域，傳統汽車(chē)大國由于在燃油機、零部件等領(lǐng)域存在巨大優(yōu)勢而發(fā)展電動(dòng)車(chē)意愿不足，因此全球碳化硅廠(chǎng)商起步時(shí)間早但始終未在下游市場(chǎng)中形成規模優(yōu)勢。

　　不同于全球產(chǎn)業(yè)，我國在如新能源汽車(chē)、光伏等碳化硅應用的主要市場(chǎng)均有一定先發(fā)優(yōu)勢，市場(chǎng)規模占比大，需求率先啟動(dòng)，在此基礎上，我國碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)力足。

　　此時(shí)，恰逢國產(chǎn)替代黃金期，產(chǎn)品驗證壁壘及周期相對降低，制造業(yè)升級帶來(lái)電動(dòng)化的內生增量空間，使得我國碳化硅器件加速發(fā)展。此外，我國碳化硅產(chǎn)業(yè)上游擴產(chǎn)與器件研發(fā)同步進(jìn)行，相比全球產(chǎn)業(yè)的前期滲透，初創(chuàng )期大大縮短。

　　此外受《瓦森納協(xié)定》的出口管制影響，用于有源相控陣雷達、毫米波通信設備等軍事裝備的半絕緣碳化硅襯底國產(chǎn)化成為剛需?！锻呱{協(xié)定》，是一項由42個(gè)國家簽署，管制傳統武器及軍商兩用貨品出口的條約。

　　2008年修訂后，該協(xié)定了半絕緣碳化硅襯底等材料向中國等部分國家進(jìn)行出口。此外，根據美國商務(wù)部工業(yè)與安全局（BIS）出口管制清單，碳化硅晶片為出口產(chǎn)品，碳化硅襯底國產(chǎn)化具有必要性。

　　目前，我國宣布投資的碳化硅項目超百個(gè)，形成了產(chǎn)業(yè)過(guò)熱的。然而經(jīng)過(guò)對碳化硅項目逐一梳理及動(dòng)態(tài)，我們發(fā)現實(shí)際情況為：項目簽約多動(dòng)工少，實(shí)際投資額遠低于宣布投資額，研發(fā)多量產(chǎn)少，先進(jìn)6英寸及以上量產(chǎn)比例低，碳化硅器件集中于低端的二極管產(chǎn)品上。

　　縱觀(guān)我國碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈，參與公司主要可分為幾大類(lèi)：以三安光電為代表的化合物半導體公司，華潤微為代表的功率器件制造公司，斯達半導為代表的功率器件設計公司，中電科及中科鋼研兩大體系，天科合達、山東天岳、泰科天潤等碳化硅公司，以及中車(chē)時(shí)代電氣、比亞迪、華為等終端廠(chǎng)商。

　　國內襯底企業(yè)初露頭角，器件企業(yè)仍屬早期。2020年全球半導體SiC晶片市場(chǎng)中，Wolfspeed出貨量占據全球60%，從細分市場(chǎng)看，2020年半絕緣襯底中國企業(yè)發(fā)展較快，國內頭部企業(yè)市占率逐步提升，山東天岳市占率從2019年18%提升至2020年30%。

　　然而在器件端，目前意法半導體一家獨大，前幾位均為國外公司，國內公司尚未形成一定市占率。

　　龍頭企業(yè)進(jìn)入終端供應鏈借由中國市場(chǎng)優(yōu)勢快速進(jìn)擊，獲得一定市場(chǎng)份額，強者恒強；

　　正在發(fā)展的產(chǎn)學(xué)研機構在多方支持下持續推進(jìn)，有望成為下一輪增長(cháng)期的有力競爭者。