新能源飞奔背后，“碳化硅”赛道争夺战谁是下一个王者？
“碳化硅”一词最开始在生活中出现，可能是特斯拉宣布在Model3车型中使用碳化硅（SiC）的功率器件。随着近两年新能源汽车、光伏等行业迎来爆发性的表现，“碳化硅”赛道也引来资本市场的关注。在不到2年的时间里，Wolfspeed的股价实现了从27美元到142美元的5倍跨越。
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原本的电子器件，主要以硅原料来做，比如我们通常说的“芯片”、“半导体”、“电子零部件”等。然而随着新能源汽车、光伏等的发展，对于电力转换效率提出了更高的要求。相比于硅材料而言，碳化硅材料具有耐高温、耐高压、耐高频等特性。不仅能适用在新能源汽车等领域中，还能实现节能增效的表现。因此，随着新能源汽车等领域的高速发展，势必会提升对碳化硅（SiC）的需求。
在特斯拉Model 3中能直接看到的是最终的产品碳化硅（SiC）器件，而其具体生产还要经历衬底、外延等生产环节，其中最为核心也是价值量最高的环节就是衬底。衬底是在碳化硅器件的成本中占比接近50%，并且衬底的好坏也直接影响外延环节和最终产品的性能。海豚君认为对碳化硅产业链的研究，最核心的部分是衬底。
对于投资，终究要落脚到公司。从衬底市场看，国内也有一部分厂商在生产布局，但和海外厂商仍有明显差距，在5年以上。在衬底市场中，Cree（现Wolfspeed）仍是最有影响力和技术最领先的公司，公司已经与意法半导体、英飞凌、ABB等公司签下了超10亿美元的长期订单。在选择投资SiC时，Cree（现Wolfspeed）将是赛道中最为确定的公司。
但同时也应该关注到，SiC赛道仍是处于行业发展期的成长赛道。即使像Wolfspeed这样地位的公司，也仍未实现完全盈利。在市场放水的情况下，未来的高成长预期有望带来享受高估值的机会。而在市场收水的预期中，估值仍可能受到下杀的风险。从赛道中优选公司角度，Wolfspeed是其中最为确定的公司。
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在本篇文章中，长桥海豚君主要来解决以下问题：
1、什么是碳化硅（SiC）？为什么新能源汽车、光伏中要用碳化硅（SiC）？
2、是什么构成了碳化硅的核心价值？制备碳化硅的难点在哪？投资碳化硅应该关注什么环节？
3、碳化硅行业中，国内外进展如何？落脚到投资，如何优选碳化硅行业的优质公司？
一
什么是碳化硅（SiC）
随着特斯拉的车辆中开始使用碳化硅（SiC）器件，碳化硅这个原本比较“陌生”的词语也经常能在耳边听到。那么具体什么是碳化硅呢？
碳化硅（SiC），顾名思义，是由碳元素和硅元素组成的一种半导体材料。通常，市场上大多见到的半导体芯片等基本都以硅为主要原材料。而碳化硅（SiC）能用来做半导体材料，主要是其具有耐高温、耐高频、耐高压的特性。
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碳化硅（SiC）其实也不是一种新材料，在100多年前就已经出现。那为什么是在发展新能源的当下，成为市场关注点的呢？
在过往以集成电路为主的电子产品中，基本不需要面对高温、高压、高频的场景，硅（Si）材料基本能应对。而随着近年新能源等产业的发展，新能源汽车、光伏及轨道交通等场景中经常要应对较为复杂的场景。
特斯拉率先使用SiC逆变器，直接打开了碳化硅（SiC）在新能源汽车的预期空间。将硅（Si）基组件替换成碳化硅（SiC）能明显地提升车辆的续航能力。根据Wolfspeed数据，在逆变器中使用SiC器件后，能减小整体的体积、重量和成本，在车辆续航上也有5-10%的提升。
在特斯拉Model 3搭载SiC逆变器后，其余各大车厂也纷纷跟进对碳化硅（SiC）领域进行布局。据Yole预测，在全球电力电子领域中碳化硅（SiC）的市场空间有望从2019年的5.42亿美元，成长至2025年的25.62亿美元。在此期间高达30%的年均复合增长率，也赋予了碳化硅（SiC）赛道的高成长的预期。
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二
碳化硅（SiC）行业的
最核心环节在哪？
从产业链角度看，碳化硅（SiC）类器件的制造，主要包含“衬底-外延-器件制造”三个步骤。
而在各环节的价值量比较中，SiC产业呈现明显 “头重脚轻”的特征，其中衬底和外延有将近70%的价值量占比。与硅基器件相比，SiC类器件的上游材料制造环节具有较高的技术壁垒，这也使得上游材料更大的影响了最终产品的成本项。由此可以看出，衬底及外延环节的降本将是SiC产业的主要发展方向。
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1）SiC衬底：衬底是碳化硅产业中最重要的环节，价值量占比接近50%。没有SiC衬底，就造不出SiC器件，所以衬底是最基本的材料基础。
SiC衬底是将原材料高纯硅粉/碳粉，通过原料合成、晶体生长、晶锭切割、晶圆切割、研磨抛光等环节进行制备。在衬底生产中，最主要的难点在于超高温环境、长晶时间久、加工工艺高。
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由于衬底是SiC器件最大的成本项来源，衬底端价格的下降也是整个行业最主要的关注点。参考产业链信息，目前国内SiC衬底主流规格分别为4英寸和6英寸，衬底价格呈现每年下降10%左右的幅度。相对来看，4英寸衬底的良率达到70%以上，而6英寸衬底良率还不到50%。随着产品良率的逐年提升，SiC衬底的价格有望进一步下探。
而对于未来SiC衬底价格能否下降的主要因素在于：①工艺和设备的改进，提升长晶效率；②减少损耗，提升产品良率；③从衬底到最终产品的转换率提升；④增加尺寸提升晶圆利用率。
2）SiC外延：外延环节，在SiC制备过程中的价值量占比接近1/4，是从材料到SiC器件制备过程中不可缺少的环节。
外延层的制备，主要是在SiC衬底基础上生长出一层单晶薄膜，再用以制造出所需的电力电子器件。目前外延层的制造，最主流方法是化学气相沉积法（CVD法），利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术。
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那为什么器件不直接在SiC衬底上做，而要在外延层上做呢？
因为晶体在生长过程中，衬底表面不可避免会有缺陷。如果直接在衬底上做器件，会影响整个衬底的质量，从而对器件的性能有影响。而外延层的设计，使得整个表面更加平整，减少了缺陷，更保障器件的性能。
在碳化硅衬底基础上，对于外延层的选择上，有氮化镓外延也有碳化硅外延，主要取决于最终器件的应用领域。①碳化硅外延，主要用于生产SBD、IGBT、MOSFET等高压功率半导体领域；②氮化镓外延，主要用于微波射频领域、光电领域，也有一部分用于中低压功率半导体。
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外延层制备，能有效提升器件的性能，需要较厚的外延层、整齐的表面和较低的杂质度。而能否做出较好品质的外延层，需要成熟的设备和优质的衬底。这是由于在外延层制备中，衬底的缺陷有可能被复制在表面沉积的外延层，所以衬底的好坏直接也影响外延层的质量。
综合整个SiC产业链看，衬底将是碳化硅的最核心环节。衬底本身就占到整体产业价值链的1/2，它还直接影响外延层的质量，实际影响程度将达到70%以上。因此海豚君认为，对SiC的研究最主要的是围绕衬底环节的研究。
三
核心衬底环节的利益，
被哪些公司占据？
衬底，是SiC产业链中最核心的环节。而对于投资，还要落脚到公司，那么衬底环节具体是被哪些公司占据主要的市场呢？
出于SiC下游应用场景的需求不同，衬底也分为半绝缘型衬底和导电型衬底两部分，两部分市场格局有不同的表现。
1）半绝缘型衬底市场：半绝缘型衬底主要用于微波射频、光电和中低压功率半导体等领域，主要是通过覆盖氮化镓外延涂层，再进行器件制造。在半绝缘型SiC衬底市场，主要由3个厂商构成了9成多的市场份额。但主要市场上仍以美国公司为主，Cree（现Wolfspeed）和II-VI两家美国公司占据了70%以上的市场。
资料来源：Yole、长桥海豚投研
从市占率角度看，山东天岳作为一家中国公司，挤进了全球前三，很不容易。但这也并不表明，国内在半绝缘型衬底方面已经追上了美国。从技术追赶时间上看，国内企业和美国企业的差距从过去的10多年缩短至10年以内。同时也要正视差距，Cree（现Wolfspeed）和II-VI分别于2015年和2019年实现了8寸片量产，而山东天岳目前仍不具备量产能力。
资料来源：长桥海豚投研整理
在半绝缘型衬底方面，虽然山东天岳在全球拥有30%的市占率，但主要仍是以4英寸和6英寸产能为主。而美国Cree（现Wolfspeed）和II-VI公司基本将4寸产能完成淘汰，实现了6寸产能的转化。海豚君从两家公司的8寸片量产时间推测，山东天岳的8寸量产可能要在2023年以后。市场占有率反应当前的销售情况，并不能全面反映出技术和能力的差距。
2）导电型衬底市场：导电型衬底由于可以应用于高压环境下，所以常被用来制造IGBT、MOSFET等高压功率半导体，主要下游应用就是当下大力发展的新能源汽车、光伏等领域。出于对能量转换效率和续航里程的追求，导电型SiC衬底将是碳化硅产业的重中之重。
在导电型衬底市场中，是美国Cree（现Wolfspeed）一家独大的市场格局，市场占有率达到60%以上。由于具有绝对领先的市场份额，Cree（现Wolfspeed）在市场上有明显的定价话语权。市场上前三大厂商也都为国外厂商，三家合计占有90%以上的市场。
资料来源：Yole、长桥海豚投研
在导电型SiC衬底市场，国内厂商与国外的差距更加明显。国内厂商目前仍主要以4寸衬底生产为主，其中天科合达和山东天岳的市占率仅有1.7%和0.5%。海外厂商已经在向8寸发力，而国内厂商还在努力将产能从4寸片转向6寸片。
综合国内外SiC产业公司的发展看，国内公司与海外差距仍有5年以上。Cree（现Wolfspeed）目前牢牢占据整个行业领头羊的位置，在技术和地位上都遥遥领先。在新能源发展的当下，Cree（现Wolfspeed）是当前赛道中最核心的公司，公司已经与意法半导体、英飞凌、ABB等公司签下了超10亿美元的长期订单。在选择投资SiC时，Cree（现Wolfspeed）将是赛道中最为确定的公司。
从碳化硅的整个行业看，Wolfspeed是可以关注的优质资产。但市场收水预期的当下，仍应关注整体市场的系统风险。海豚君会继续关注碳化硅行业发展和wolfspeed，并在适当时候进行深度覆盖。
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