碳化硅行业深度报告：乘新能源之风，行业需求有望高增

（报告出品方/作者：长城证券，邹兰兰、张元默）

产业链概况：高压性能击中新能源痛点

SiC产业链概况

定义：碳化硅（SiC）是由碳元素和硅元素组成的一种化合物半导体材料，是第三代半导体材料，因具 备宽禁带特性，也被称为宽禁带半导体材料。优势：SiC材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等特性,以SiC 材料制成的半导体器件相比硅基器件具有耐高压、耐高温、功耗低、体积小、重量轻等优势。SiC产业链主要包括衬底、外延、器件制造及下游应用四大环节。

衬底：衬底即通过沿特定的结晶方向将晶体切割、研磨、抛光，得到具有特定晶面和适当电学、光学和 机械特性，用于生长外延层的洁净单晶圆薄片，可分为半绝缘型及导电型。

外延：外延即在晶片的基础上，经过外延工艺生长出的特定单晶薄膜，衬底晶片和外延薄膜合称外延片。若外延薄膜和衬底的材料相同，称为同质外延片，若不相同，称为异质外延片。

器件：SiC器件主要分为功率器件和微波射频器件，分别由同质外延片和异质外延片加工而成，其中功 率器件主要包含SiC二极管、SiC晶体管（
SiC-MOSFET/SiC-BJT/SiC-IGBT等），主要用于高温、高压场 景，下游应用涵盖新能源汽车、光伏发电等领域。微波射频器件主要包含HEMT等，主要用于高频、高 温场景，下游应用涵盖5G通讯、卫星、雷达等领域。

需求端：电动车技术升级拉动市场扩容，低耗优势契合能源发展潮流

SiC市场空间：电动汽车成需求扩容最大推力，节能减排顺应发展潮流

目前SiC的主要应用于汽车、能源、工业、交通运输、通信等领域，主要产品形式有电动车逆变器、车 载充电器、 DC/DC变换器；充电装置；光电能量转换器和铁路。这些应用的首代技术在2017-2018年已 实现了商业化，并已进入快速增长阶段，最快将在2023年实现商业价值，预计2024-2026年这些应用将实 现大规模出货。SiC市场空间有望快速扩张。根据Yole预测，2021年到2027年，SiC器件市场规模将由10.9亿美元增长至 63.0亿美元，CAGR将超过34%。据三安光电预测，2025年碳化硅在高压平台需求量将达到219万片，中高压平台需求将达到437万片。而 2025年碳化硅衬底/芯片的产能预计为242-282万片，预计存在约400万片的产能缺口。

车载领域，SiC功率器件主要应用于电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载 DC/DC转换器）、非车载充电桩等核心电控领域，提供更高效的电能转换。在整车性能方面，搭载SiC 的车辆损耗将会降低80%，充电速度可提高2倍，功率密度提升80%，体积减小50%。800V平台的应用能够大幅提高电动汽车的充电效率，进一步满足远距离行驶的需求。相较于600V平台， 在同等充电功率下，工作电流更小，节省线束体积，降低电路内阻损耗，提高充电效率和安全率；而在 同等电流的情况下，800V平台可大幅提升总功率，显著提高充电速度，已成为快速直流电充电的新解决 方案。据ST测试数据显示，在800V电压平台下，SiC器件损耗显著低于IGBT，在25%的负载下损耗低于 IGBT80%。未来随着电压平台的升级，车载充电系统、电源转换系统和非车载充电等均需要迭代升级， SiC器件将发挥重要作用。

SiC市场空间：提升电动汽车结构短板，高压技术平台快速拉动需求

2022年1月-8月，中国新能源汽车销量达到386万辆，同比增长114.8%。随着未来更多国家新能源汽车推 广政策的实施，新能源汽车的产销量将会持续快速增长，拉动SiC器件需求爆发。多个整车厂例如特斯拉，比亚迪，蔚来等车企搭载SiC模块，车企已开启800V电压平台时代。

SiC市场空间：契合新能源发展趋势，能源领域需求多点开花

光伏领域，目前光伏产业正在迈入“大组件、大逆变器、大跨度支架、大组串”的时代。通过元器件升 级，提高功率密度可以极大地帮助光伏逆变器提效将本。与Si器件相比，SiC器件的高击穿电压、低导通电阻、栅极电荷、反向恢复电荷等特性，使其可以在更高 的电压、频率以及电流下切换，同时进行有效散热。光伏电压等级从1000伏提升至1500伏，要求必须使用第三代半导体材料SiC功率器件。随着光伏电压等 级的不断提高，未来光伏功率器件将会以SiC为主。

2020年SiC功率器件在光伏逆变器的渗透率为10%，随着光伏电压等级的提升，SiC功率器件的渗透率将 不断提高，预计2050年达到85%的渗透率。在全球光伏产业迅速发展的推动下，全球光伏逆变器市场保持良好发展态势，全球光伏逆变器出货量由 2017年的98.5GW上涨至2021年的201GW，CAGR高达17.90%。预计2022年增长至221GW。20世纪90年代起，中国崛起了如阳光能源、SMA等跨国光伏逆变器企业，占据了全球市场的主要份额。目前华为占据了全球光伏逆变器市场的23%。本土光伏逆变器企业的崛起，为SiC的应用创造了优良的下 游市场环境。

SiC市场空间：低损耗降低系统能耗成本，商用市场更添助力

服务器电源为服务器提供电能，保证服务器的正常运行。在服务器电源中应用碳化硅器件，可以提升服 务器电源的功率密度和效率，整体缩小数据中心的体积，降低建设成本，提高环保效率。GaN-on-SiC是通过在半绝缘型SiC衬底上生长GaN薄膜制成的微波射频器件，在高温、高频、大功率射频 组件应用中具备独特优势。据工信部资料显示，中国5G基站数量从2019年的13万个增长至2022年的 185.4万个，增长势头迅猛。以每万人拥有26个5G基站，全国14亿人进行估算，预计2025年将建成364万 个。GaN-on-SiC作为5G基站的重要核心材料，未来必会随着5G基站大规模建设，产生更大的市场空间。轨道交通车辆中需要大量应用功率半导体器件，SiC器件可用于牵引变流器、辅助变流器、主辅一体变 流器、电力电子变压器、电源充电机等。据CASA预测，未来碳化硅器件将会逐渐取代硅基器件，2050 年以碳化硅为原料的器件占比将达到90%。

供给端：衬底成制造工艺关键点，IDM更具发展潜力

SiC竞争格局：巨头紧密强化布局，技术路径渐成行业共识

SiC上游产业链包括原材料、衬底材料及外延材料，中游包括芯片结构设计、芯片制造、器件及模块， 下游应用领域包括太阳能光伏、半导体行业、汽车行业、轨道交通行业、5G基站、建材行业和钢铁行业。

SiC的生产有着一百多年的历史，早期应用于LED（发光二极管）和避雷器。1989年，B. Jayant Baliga （NCSU）首次描述了SiC用于电力电子设备的好处。SemiSouth Laboratories在2008年推出了第一款商用 JEFT（结型场效应管），Cree则于2011年推出了第一个SiC功率MOSFET。以SiC为代表的第三代宽禁带半导体电力电子器件已实现商品化，目前SiC器件在600V-1700V中低压领域 实现了产业化，国际巨头Wolfspeed、罗姆、英飞凌等已批量供应额定电流40A的SiC SBD（肖特基二极 管）及MOSFET（场效应晶体管）产品。SiC的应用使得器件性能突破Si材料的理论极限，展现出巨大的 潜力。

SiC竞争格局：衬底成制造工艺关键点，产能扩充释放行业发展约束

碳化硅产业链中，衬底材料是产业链的基础，产业链价值占比达46%，处于核心地位。从SiC晶圆成本来 看，衬底成本占比44%，良率损失占比32%，提高良率是SiC降本的核心。据Wolfspeed预测，2022年SiC材料的市场规模为7亿美元，器件市场规模为43亿美元。2026年SiC材料的 市场规模达到17亿美元，器件市场规模将达到89亿美元。2022至2026年，材料市场规模年均复合增长率 为24.84%，超过器件市场规模的年均复合增长率。由此可见，SiC衬底产能的扩大对行业的发展有极大 的推动作用。

SiC衬底供给格局：市场份额呈现集中状态，巨头营收快速增长

从全球SiC衬底整体市场份额来看，Wolfspeed占据了45%的市场份额，Rohm排名第二，占据20%的市场 份额，国内仅有天科合达和山东天岳，分别占据5%和3%的市场份额。从导电型SiC衬底的市场份额来看，Wolfspeed占据超60%的市场份额，在SiC单晶市场价格和质量标准上 有极大的话语权。从半绝缘型SiC衬底的市场份额来看，Wolfspeed、II-VI和山东天岳三家公司平分秋色， 占据约30%的市场份额。2021年，Wolfspeed的SiC材料收入为2.81亿美元，预计2026年将达到10.28亿美元，年均复合增长率为 21%，市场占有率保持在40%以上。据Wolfspeed预测，2022年的毛利率约为30%-40%，至2026年毛利率 将提高至50%-54%，盈利空间不断扩大，利润收入可观。2021年Wolfspeed导电型衬底产能为18万片/年，据Yole、HTI预测，2026年Wolfspeed导电型衬底产能将达 到100万片/年。

SiC器件供给格局：IDM模式仍占据主动，资本开支进入高峰期

从全球SiC器件市场份额来看，ST意法半导体占据的市场份额达到40%，排名第一，英飞凌其次，占据 22%的市场份额。2021年，英飞凌SiC营业收入增长100%，超13亿元，预计2022年SiC营收增长90%，超24亿元。英飞凌 2025年的SiC营收目标为64亿元，预计占据30%的市场份额。英飞凌计划投资额为24亿欧元，将在奥地利和马来西亚增加两条SiC产线，扩大碳化硅的制造能力；ST 意法计划在2022年前将SiC器件产能扩大2.5倍，2023年实现8英寸SiC晶圆商业化生产；安森美花费15亿 美元收购GTAT，总投资约40亿元，计划将SiC晶圆产能扩产4倍；罗姆投资1700亿日元，计划2025年前 碳化硅功率半导体营收超1000亿日元/年，产能增加至2021年时的6倍。

SiC供给格局：国产化率亟待提升，本土企业布局加速

国际龙头企业，如Wolfspeed、II-VI、SiCrystal，起步早，有着生产技术成熟、规模化生产等天然优势， 占据大部分SiC市场份额。目前国内厂商仍处于发展初期，与国际巨头存在一定的差距。衬底方面，国内厂商正加速布局，部分厂商已实现6英寸衬底量产销售，有望未来2-3年内具备大规模量 产能力，与国际巨头间的差距正在不断缩小。器件方面，国内厂商正建设并逐步投入使用SiC功率器件生产线，部分企业投产后可实现超10万片/年的 产能，未来产能空间广阔。

公司分析

斯达半导

公司简介：嘉兴斯达半导体股份有限公司主营业务为以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计、研 发、生产,并以IGBT模块形式对外实现销售。主要产品有600V IGBT模块系列,1200V IGBT模块系 列,1700V IGBT模块系列,MOSFET模块系列,600V IPM模块系列等；产品可用于功率范围从0.5kW至 1MW以上的不同领域,包括:变频器、电焊机、感应加热、激光、太阳能、风能发电装置、高压直流输 变电装置、家用电器、机车牵引、UPS、医疗设备等等。根据全球著名市场研究机构IHS在2019年发布 的最新报告,2018年度公司在全球IGBT模块市场排名第八,市场占有率2.2%,是唯一进入前十的中国企业。

时代电气

公司简介：株洲中车时代电气股份有限公司主要从事轨道交通装备产品的研发、设计、制造、销售并 提供相关服务，具有“器件+系统+整机”的产业结构，产品主要包括以轨道交通牵引变流系统为主的 轨道交通电气装备、轨道工程机械、通信信号系统等。公司牵引变流系统产品型谱完整，市场占有率 居优势地位，根据城轨牵引变流系统市场招投标等公开信息统计，公司2012年至2019年连续八年在国 内市场占有率稳居第一。

天岳先进

公司简介：山东天岳先进科技股份有限公司是一家国内领先的宽禁带半导体（第三代半导体）衬底材 料生产商，主要从事碳化硅衬底的研发、生产和销售，产品可广泛应用于微波电子、电力电子等领域。公司主要产品包括半绝缘型和导电型碳化硅衬底。公司自主研发的半绝缘型碳化硅衬底产品，实现了 我国核心战略材料的自主可控。同时，公司的6英寸导电型碳化硅衬底正在全球知名的电力电子领域 客户中进行验证，并开始批量供货。

三安光电

公司简介：三安光电股份有限公司主要从事化合物半导体材料的研发与应用,以砷化镓、氮化镓、碳化 硅、磷化铟、氮化铝、蓝宝石等半导体新材料所涉及的外延片、芯片为核心主业。公司作为国家人事 部认定的博士后工作站及国家级企业技术中心，公司曾获得国家科学技术进步奖一等奖,二等奖和多项 福建省市级科技进步奖一等奖,二等奖，公司是国家科技部及信息产业部认定的“半导体照明工程龙头 企业”。公司现拥有MOCVD设备产能规模居国内首位。

士兰微

公司简介：杭州士兰微电子股份有限公司的主营业务是电子元器件的研发、生产和销售。产品主要有 集成电路、器件、发光二极管。公司被国家发展和改革委员会、工业和信息化部等国家部委认定为“国 家规划布局内重点软件和集成电路设计企业”，陆续承担了国家科技重大专项“01专项”和“02专项” 多个科研专项课题。

报告节选：

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