深度报告-20211230-国信证券-半导体系列报告之二_碳化硅_能量转换链的材料变革_36页_1mb

碳化硅行业深度报告总结

核心内容概览

碳化硅（SiC）作为一种宽禁带半导体材料，因其优异的物理特性，如高热导率、高击穿电场和高电子迁移率，正成为功率器件领域的重要技术突破。相比传统硅基器件，SiC器件在高压、高温、高频和低功耗方面具有显著优势，特别是在新能源汽车、光伏、工业控制等领域展现出强大的应用潜力。

主要观点

• SiC材料优势显著：碳化硅具备比硅更高的击穿场强和热导率，以及更高的电子饱和漂移速度，适用于大功率、高温、高频及抗辐照的应用场景。
• 技术壁垒高：碳化硅的长晶和外延工艺复杂，成本高，且需要长时间验证，导致市场进入壁垒高，技术挑战大。
• 产业链价值倒挂：SiC衬底成本占比高达46%，外延成本占比23%，产业链价值集中在上游，衬底供应商掌握核心话语权。
• 市场加速渗透：新能源汽车的发展推动了碳化硅在功率器件中的应用，预计到2025年，SiC器件市场规模将从5亿美元增至25亿美元以上，其中新能源汽车占60%。
• 800V架构为催化剂：随着电动车对快充需求的增加，800V架构的普及为SiC器件的应用提供了新的契机，有助于提升系统效率、降低能耗和成本。

关键信息

碳化硅材料特性

碳化硅材料类型与特性

碳化硅制造流程

1. 原料合成：高纯硅粉和碳粉在2000°C以上反应生成SiC微粉。
2. 晶体生长：采用PVT法，在2000°C以上生成SiC晶锭，生长速度为0.2-0.3mm/h。
3. 晶锭加工：使用X射线定向仪，磨平、滚磨至标准尺寸。
4. 晶体切割：切割成厚度不超过1mm的薄片。
5. 晶片研磨与抛光：通过金刚石研磨液和机械/化学抛光，确保晶片平整度与表面无损伤。
6. 检测与清洗：检测晶片的微管密度、电阻率等参数，并进行清洗。

碳化硅器件类型

• SiC SBD：用于低功耗、超高速应用，耐压可达1200V以上。
• SiC MOSFET：分为平面式和沟槽式，用于高耐压、低导通电阻的场景。
• SiC功率模块：搭载MOSFET和SBD，满足高压下器件匹配、系统效率及可靠性需求。

碳化硅市场趋势

• 衬底大尺寸化：从6英寸到8英寸，提升生产效率，降低成本。
• 切割高效化：冷切割技术减少原材料损耗，提高良率。
• 器件模块化：提高可靠性，减少人工和系统组件成本。

主要厂商与市场格局

• Wolfspeed：全球最大的SiC材料供应商，拥有8英寸量产技术，与多家车企及Tier1厂商建立合作。
• ST、英飞凌、安森美：传统功率器件厂商加速布局SiC衬底和器件。
• 国内厂商：如山东天岳、斯达半导、比亚迪半导体等，已在衬底和器件端有所突破。

市场预测

• SiC器件市场：预计2025年达25亿美元，复合增速30%。
• 新能源汽车驱动：预计2025年全球新能源汽车销量将突破600万辆，SiC器件需求达169万片。
• 碳化硅未来市场机会：预计2026年，SiC器件市场空间将从43亿美元增至89亿美元，其中汽车应用占比50%。

风险提示

• 新能源汽车销量不及预期
• 碳化硅器件渗透速度低于预期
• 技术验证周期长，影响市场拓展
• 国内厂商在技术、市场验证和供应链方面存在短板

国内发展现状

• 衬底端：山东天岳等企业已占据全球市场份额，如2020年半绝缘衬底市占率达30%。
• 器件端：斯达半导、比亚迪半导体等企业已实现上车应用，但整体仍处于发展初期。
• 产业链整合：国内企业正在向垂直整合方向发展，提升技术自主性。

总结

碳化硅作为新一代半导体材料，具备显著的性能优势，尤其在新能源汽车、光伏、工业控制等领域具有广阔的应用前景。其技术壁垒高，产业链价值集中在上游，市场进入门槛高。随着800V架构的普及，SiC器件在汽车应用中的渗透加速，未来市场将呈现快速增长趋势。国内企业在衬底和器件端逐步取得进展，但整体仍需在技术、验证和供应链方面持续提升，以在国际竞争中占据一席之地。