硅基器件物理極限無法滿足部分高壓、高溫、高頻及低功耗的應(yīng)用要求，具備熱導率高、臨界擊穿場強高、電子飽和漂移速率高等特點的碳化硅（SiC）器件作為功率器件材料端的技術(shù)迭代產(chǎn)品出現(xiàn)，應(yīng)用于新能源汽車、光伏、工控等領(lǐng)域，在電力電子設(shè)備中實現(xiàn)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(tǒng)的2.5倍，體積縮小1.5倍，功率密度為原有3.6倍，最終實現(xiàn)系統(tǒng)成本整體降低。

　　一方面，由于碳化硅長晶速度慢，每小時僅生長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(wěn)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、柵氧可靠性及客戶驗證等器件端挑戰(zhàn)，碳化硅市場進入壁壘高，技術(shù)挑戰(zhàn)大。未來，碳化硅將繼續(xù)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)鏈價值量倒掛，襯底供應(yīng)商掌握了產(chǎn)業(yè)鏈的核心話語權(quán)。

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

　　我國目前在襯底端已開始占據(jù)一定市場份額，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(nèi)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現(xiàn)上車應(yīng)用。

　　根據(jù)Yolé預(yù)測，碳化硅器件市場將從2019年5億美元增至2025年25億美元，復(fù)合增速達30%。其中，新能源汽車作為主驅(qū)動力，從2019年2.25億增至2025年15億美元，占整個市場60%，對應(yīng)復(fù)合增速38%。

　　隨著快充需求增加，電動汽車逐步向800V架構(gòu)過渡，碳化硅滲透加速。目前，國內(nèi)企業(yè)在襯底端已有開始占據(jù)少量份額，器件端仍屬發(fā)展早期。

　　未來，考慮產(chǎn)業(yè)鏈價值量分布及客戶優(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、下游客戶或具備大量上車數(shù)據(jù)的功率半導體公司有望脫穎而出。

　　國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)鏈上市或IPO階段相關(guān)公司：天岳先進（襯底）、鳳凰光學（外延）、斯達半導（器件）、比亞迪半導體（器件）、中車時代電氣（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)化推進緩慢。2018年，特斯拉作為全球第一的造車新率先使用全碳化硅方案后，碳化硅器件才開始成為市場發(fā)展熱點。

　　未來5年，汽車將成為碳化硅市場的主要驅(qū)動力。當前，全球新能源汽車市場正在加速發(fā)展，2021年前三季度，中國新能源汽車銷量達215.7萬輛，歐洲新能源汽車銷量達158.9萬輛，美國新能源汽車銷量達42.4萬輛，預(yù)計全球2021年新能源汽車銷量有望突破600萬輛。

　　根據(jù)Yolé預(yù)測，SiC器件市場將從2019年5億美元增至2025年25億美元以上，復(fù)合增速達30%：

　　其中，新能源汽車將從2019年2.25億增至2025年15億美元，復(fù)合增速38%，占整個市場60%。

　　除汽車外，第二大應(yīng)用光伏市場將從2019年2.25億美元增加至2025年3.14億美元，復(fù)合增速為17%。此外，軌道交通和電機驅(qū)動等領(lǐng)域也將快速增加。

　　隨著新能源汽車不斷滲透，TrendForce預(yù)計2025年全球系能源汽車市場對導電碳化硅襯底需求可達169萬片（按6英寸計算）。其中，81%將用于主逆變器，15%應(yīng)用于OBC，4%應(yīng)用于DC-DC。

　　碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)與硅基功率半導體類似，主要包含襯底、外延、器件及模塊和應(yīng)用等環(huán)節(jié)。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速度慢且技術(shù)難度大，產(chǎn)業(yè)鏈成本集中于上游，價值量倒掛。

　　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(yīng)商掌握了碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的核心話語權(quán)。

　　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(yīng)的體系，而Infineon、Bosch、OnSemi等廠商則不斷進行并購，拓展在上游原材料的布局。Rohm收購SiCrystal，布局SiC襯底；

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

　　另一方面，通過與終端應(yīng)用企業(yè)合作，攻克市場驗證壁壘，重點鎖定車規(guī)級應(yīng)用；

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

　　市場玩家多樣化，競爭格局復(fù)雜。隨著碳化硅用于純電動車趨勢日益明確，該市場成為了多方廠商的必爭之地。傳統(tǒng)功率半導體廠商是碳化硅器件的最早參與者，但由于下游需求啟動慢，業(yè)務(wù)空間尚未打開。

　　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曲線的最佳選擇。此外，隨著傳統(tǒng)車企及Tier1在汽車電動化方面達成共識，廠商們紛紛加入碳化硅市場。

　　快充需求增加，電動汽車向800V架構(gòu)過渡，碳化硅將被大規(guī)模應(yīng)用于OBC。當前，電動車在續(xù)航里程方面仍面臨著補能焦慮的問題。為提升汽車充電效率，800V高壓平臺方案應(yīng)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(yīng)用上優(yōu)勢明顯。

　　以22kW800V雙向OBC為例，從Si設(shè)計轉(zhuǎn)到SiC設(shè)計，功率器件和柵極驅(qū)動的數(shù)量都減少30%以上，開關(guān)頻率提高一倍以上，降低了功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的組件尺寸、重量和成本，同時提高了運行效率。

　　車廠紛紛選用800V架構(gòu)，推動碳化硅上車進程。比亞迪e平臺3.0、現(xiàn)代E-GMP、奔馳EVA等都已宣布800V高壓平臺應(yīng)用；預(yù)計在未來三年內(nèi)，基于800V架構(gòu)的新能源汽車將陸續(xù)量產(chǎn)。

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

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

　　另一方面，除中國率先進入新能源車領(lǐng)域，傳統(tǒng)汽車大國由于在燃油機、零部件等領(lǐng)域存在巨大優(yōu)勢而發(fā)展電動車意愿不足，因此全球碳化硅廠商起步時間早但始終未在下游市場中形成規(guī)模優(yōu)勢。

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

　　此時，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)升級帶來電動化的內(nèi)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(shè)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個國家簽署，管制傳統(tǒng)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行出口。此外，根據(jù)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，形成了產(chǎn)業(yè)過熱的。然而經(jīng)過對碳化硅項目逐一梳理及動態(tài)，我們發(fā)現(xiàn)實際情況為：項目簽約多動工少，實際投資額遠低于宣布投資額，研發(fā)多量產(chǎn)少，先進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。

　　縱觀我國碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈，參與公司主要可分為幾大類：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(shè)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，以及中車時代電氣、比亞迪、華為等終端廠商。

　　國內(nèi)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晶片市場中，Wolfspeed出貨量占據(jù)全球60%，從細分市場看，2020年半絕緣襯底中國企業(yè)發(fā)展較快，國內(nèi)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(nèi)公司尚未形成一定市占率。

　　龍頭企業(yè)進入終端供應(yīng)鏈借由中國市場優(yōu)勢快速進擊，獲得一定市場份額，強者恒強；

　　正在發(fā)展的產(chǎn)學研機構(gòu)在多方支持下持續(xù)推進，有望成為下一輪增長期的有力競爭者。