功(gong)率半導體的(de)(de)(de)技術和材料創新(xin)都致力于提高(gao)(gao)能(neng)量轉(zhuan)化效率（理想轉(zhuan)化率100%），基(ji)于 SIC 材料的(de)(de)(de)功(gong)率器(qi)件(jian)相比傳統的(de)(de)(de) Si 基(ji)功(gong)率器(qi)件(jian)效率高(gao)(gao)、損耗小，在(zai)新(xin)能(neng)源車、光伏風(feng)電、不間(jian)斷電源、家電工(gong)控等(deng)有廣闊的(de)(de)(de)應用前景。目前 SIC 行(xing)業(ye)(ye)發展的(de)(de)(de)瓶頸主要(yao)在(zai)于 SIC 襯底(di)成本高(gao)(gao)（是 Si 的(de)(de)(de) 4-5 倍，預計未來 3-4 年(nian)價(jia)格會逐(zhu)漸降(jiang)為 Si 的(de)(de)(de) 2 倍），同時(shi) SIC MOS 為代表的(de)(de)(de) SIC 器(qi)件(jian)產品穩定(ding)性需要(yao)時(shi)間(jian)驗(yan)證。國(guo)內外(wai) SIC 產業(ye)(ye)鏈(lian)日(ri)趨成熟，成本也在(zai)持(chi)續下(xia)降(jiang)，產業(ye)(ye)鏈(lian)爆發的(de)(de)(de)拐點臨近，Yole 預計 SIC 器(qi)件(jian)空間(jian)將從(cong) 2019 年(nian)4.8 億(yi)(yi)美(mei)金(jin)到(dao) 2025 年(nian) 30 億(yi)(yi)美(mei)金(jin) 2030 年(nian) 100 億(yi)(yi)美(mei)金(jin)，即(ji) 10 年(nian) 20 倍增長(chang)。

本期(qi)的(de)智能內(nei)參(can)，我(wo)們推薦華安證(zheng)券(quan)的(de)研究報告，揭(jie)秘第三代半(ban)導體材料碳化硅(gui)及(ji)相關產業的(de)最新發展(zhan)情況(kuang)。

本期內參來源(yuan)：華安證券

原標題：

《 第三代半導體 SIC：爆發式增長的明(ming)日之星?》

作者： 尹沿(yan)技?? 劉體(ti)勁

一、 第三代半導體 SIC：性能優異，爆發(fa)前夜(ye)

1、 第三代半(ban)導體 SIC 材(cai)料的(de)性能優勢

第(di)一(yi)代(dai)半導(dao)體材料(liao)(liao)主要是(shi)指硅（Si）、鍺元素（Ge）半導(dao)體材料(liao)(liao)，應用極(ji)(ji)為(wei)普遍，包括(kuo)集成電(dian)路、電(dian)子(zi)信(xin)息網絡工程(cheng)、電(dian)腦(nao)、手機、電(dian)視、航空航天、各類軍事工程(cheng)和(he)迅(xun)速發展的新能源(yuan)、硅光伏產業中都得到了極(ji)(ji)為(wei)廣(guang)泛的應用；

第二代半(ban)導體(ti)材(cai)料(liao)主要是指化(hua)合物半(ban)導體(ti)材(cai)料(liao)，如(ru)砷化(hua)鎵（GaAs）、銻化(hua)銦（InSb），主要用于(yu)制作高(gao)速、高(gao)頻、大功率以及發(fa)光(guang)電子器(qi)件(jian)（LED），是制作高(gao)性能微(wei)波(bo)、毫米波(bo)器(qi)件(jian)及發(fa)光(guang)器(qi)件(jian)的優(you)良(liang)材(cai)料(liao)。

Si 基器件(jian)在 600V 以上高電壓以及(ji)高功率場合(he)達到其性(xing)能的(de)(de)極限；為了提升在高壓/高功率下(xia)器件(jian)的(de)(de)性(xing)能，第三代(dai)半導體材(cai)料 SiC （寬禁帶）應運而(er)生；

第(di)三(san)代(dai)(dai)半(ban)導(dao)體主要是 SIC 和 GaN，第(di)二(er)代(dai)(dai)和第(di)三(san)代(dai)(dai)也(ye)稱作化合(he)物半(ban)導(dao)體，即兩種元素組成的半(ban)導(dao)體材料(liao)，區別于硅/鍺(zang)等單質半(ban)導(dao)體：

▲半導體產(chan)業(ye)鏈一覽

SIC 材(cai)料具有(you)明顯的(de)性能(neng)優(you)勢。SiC 和 GaN 是第三代(dai)半(ban)導體(ti)材(cai)料，與第一二(er)代(dai)半(ban)導體(ti)材(cai)料相比，具有(you)更(geng)寬(kuan)的(de)禁帶寬(kuan)度、更(geng)高(gao)的(de)擊穿(chuan)電場、更(geng)高(gao)的(de)熱(re)導率等性能(neng)優(you)勢，所以又(you)叫寬(kuan)禁帶半(ban)導體(ti)材(cai)料，特別適(shi)用于 5G 射頻器件(jian)和高(gao)電壓功率器件(jian)。

▲Si 與 SiC 材料優缺點(dian)對比

2、 第三代(dai)半(ban)導體 SIC 器件的(de)性能優勢

SIC 的(de)功率(lv)器件如 SIC MOS，相(xiang)比于 Si 基的(de) IGBT，其(qi)導(dao)通電阻可以做的(de)更低(di)，體現(xian)在產品上面，就是(shi)尺(chi)寸降低(di)，從而縮小體積，并(bing)且開關(guan)速(su)度(du)快，功耗相(xiang)比于傳統功率(lv)器件要大大降低(di)。

在(zai)電動車領域，電池(chi)重(zhong)量大(da)且價值量高(gao)，如果(guo)在(zai) SIC 器件(jian)的使用中可(ke)以降低功耗(hao)，減小體(ti)積，那(nei)么在(zai)電池(chi)的安排上(shang)就更游刃有余；同時(shi)在(zai)高(gao)壓直流充電樁中應用 SIC 會使得充電時(shi)間大(da)大(da)縮短(duan)，帶來的巨大(da)社會效(xiao)益。

▲SiC MOS 相比 Si 功率器件(jian)的(de)對比

根據 Cree 提供的測算: 將純電動(dong)(dong)車 BEV 逆變器中(zhong)的功(gong)率組件(jian)改(gai)成(cheng) SIC 時, 大概可(ke)以(yi)減少整車功(gong)耗 5%-10%；這樣可(ke)以(yi)提升續(xu)航能力，或者減少動(dong)(dong)力電池(chi)成(cheng)本。

總結來說，SiC 器件具備的(de)多種優勢將(jiang)帶(dai)動電動車續(xu)航能力的(de)提升：

1). 高電能轉換效率(lv)：SiC 屬于(yu)寬(kuan)能隙材料(liao), 擊穿場強度大比(bi) Si 基半導體材料(liao)更適用(yong)在高功率(lv)的應用(yong)場景；

2). 高電(dian)能利用效率：SiC 屬于寬(kuan)能隙材料, 擊穿場強(qiang)度(du)大比 Si 基半導體材料更適用在高功率的應用場景；

3). 低(di)無效熱(re)耗：開關(guan)頻率高, 速(su)度快, 所產(chan)生無效的(de)熱(re)耗減少, 使的(de)電路、散熱(re)系統(tong)得以簡(jian)化。

2019 年國(guo)際上的(de)功(gong)(gong)率(lv)半導體巨頭不斷(duan)推出新(xin)的(de)基于 SIC 材料的(de)功(gong)(gong)率(lv)器(qi)件，且(qie)推出的(de)幾款 SiC SBD 及 MOSFET 均符合車(che)規級（AEC-Q101）標(biao)準，這些產品應用于新(xin)能源車(che)或者光伏領域等(deng)功(gong)(gong)率(lv)器(qi)件需求場景，將顯著減少功(gong)(gong)耗，提(ti)高(gao)轉化效率(lv)。

▲2019 年國際企業推出的部分(fen)經(jing)典 SiC 器件產品

3、 政策支持 VS 產(chan)業成熟度提升(sheng)

2014 年(nian)初，美國(guo)(guo)宣布成(cheng)立“下(xia)一(yi)代(dai)功(gong)率電子技(ji)術國(guo)(guo)家制造業(ye)創新(xin)中心”，期(qi)望通過加強第三代(dai)半(ban)導體技(ji)術的(de)研發(fa)(fa)和產業(ye)化，使美國(guo)(guo)占領下(xia)一(yi)代(dai)功(gong)率電子產業(ye)這個正出現的(de)規(gui)模最(zui)大(da)、發(fa)(fa)展(zhan)最(zui)快的(de)新(xin)興市場，并(bing)為(wei)美國(guo)(guo)創造出一(yi)大(da)批高收入就業(ye)崗位。

日本建立了(le)“下一代功率(lv)半導體封裝(zhuang)技術(shu)開(kai)發聯盟”由(you)大阪大學牽頭，協(xie)同羅(luo)姆(mu)、三菱電(dian)機、松下電(dian)器(qi)(qi)等 18 家從事(shi) SiC 和 GaN 材料(liao)、器(qi)(qi)件以及(ji)應(ying)用(yong)技術(shu)開(kai)發及(ji)產業化的(de)知名企業、大學和研究中心；

歐洲(zhou)啟動了(le)產學研項目“LAST POWER”，由意法半導體公(gong)司(si)牽頭，協(xie)同來(lai)自(zi)意大利(li)、德國等六(liu)個歐洲(zhou)國家的(de)私(si)營企(qi)業、大學和公(gong)共研究中心，聯合攻關 SiC和 GaN 的(de)關鍵(jian)技術(shu)。

我國(guo)的“中國(guo)制(zhi)造 2025”計劃中明確提出(chu)要(yao)大力發(fa)展第(di)(di)三(san)代(dai)半導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)產業(ye)(ye)。2015 年 5 月，中國(guo)建立第(di)(di)三(san)代(dai)半導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)材(cai)料(liao)及(ji)(ji)應用聯(lian)合創(chuang)新(xin)(xin)基(ji)地，搶占第(di)(di)三(san)代(dai)半導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)戰(zhan)略新(xin)(xin)高地；國(guo)家科技部、工信部、北京市科委(wei)牽頭(tou)成立第(di)(di)三(san)代(dai)半導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)產業(ye)(ye)技術創(chuang)新(xin)(xin)戰(zhan)略聯(lian)盟（CASA），對(dui)推動我國(guo)第(di)(di)三(san)代(dai)半導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)材(cai)料(liao)及(ji)(ji)器件研發(fa)和(he)相(xiang)關產業(ye)(ye)發(fa)展具有重要(yao)意義。

▲2017-2019 年國家第(di)三代半導(dao)體相關(guan)政策(ce)

行業(ye)(ye)發展的(de)(de)瓶頸目前在于 SIC 襯底成(cheng)本(ben)高(gao)：目前 SIC 的(de)(de)成(cheng)本(ben)是 Si 的(de)(de) 4-5 倍(bei)，預(yu)計未來(lai) 3-5 年價格(ge)會(hui)逐漸降(jiang)為 Si 的(de)(de) 2 倍(bei)左(zuo)右，SIC 行業(ye)(ye)的(de)(de)增速取決于 SIC 產業(ye)(ye)鏈成(cheng)熟(shu)的(de)(de)速度，目前成(cheng)本(ben)較高(gao)，且 SIC 器(qi)件產品(pin)參數(shu)和(he)質量還未經(jing)足夠驗證；

SIC MOS 的產品穩定性(xing)需要(yao)時間(jian)驗(yan)證(zheng)：根據(ju)英飛凌 2020 年功率(lv)半導體應用大(da)會上專家披露，目前 SiC MOSFET 真正落地的時間(jian)還非常短，在車載領域才剛開始商用（Model 3 中(zhong)率(lv)先使(shi)用了 SIC MOS 的功率(lv)模塊），一些諸如短路耐(nai)受時間(jian)等(deng)技(ji)術指標(biao)沒有(you)提供足(zu)夠多的驗(yan)證(zheng)，SIC MOS 在車載和工控等(deng)領域驗(yan)證(zheng)自(zi)己的穩定性(xing)和壽命等(deng)指標(biao)需要(yao)較(jiao)長時間(jian)；

根據(ju) Yole 預測，SIC 和(he) GaN 電力(li)電子器(qi)件（注(zhu)意是(shi) GaN 在電力(li)電子中(zhong)的(de)應(ying)用，不包括在高頻射頻器(qi)件）2023 年在整體功率(lv)器(qi)件滲透率(lv)分(fen)別(bie)為 3.75%和(he) 1%；驅動因素是(shi)新(xin)能(neng)(neng)源汽(qi)車新(xin)能(neng)(neng)源發電以及快充。

目前(qian)(qian)國內(nei)外 SIC 產(chan)業(ye)鏈(lian)(lian)日(ri)趨成(cheng)熟，成(cheng)本(ben)持續下降，下游接受度也開(kai)始提升，目前(qian)(qian)整個產(chan)業(ye)鏈(lian)(lian)處于行(xing)業(ye)爆發的前(qian)(qian)夜(ye)。

▲SiC vs GaN vs Si 在(zai)電力電子器件中的滲透率

4、SiC 產業(ye)鏈總結

SIC 產(chan)業鏈分為三大環節：上游的 SIC 晶片和外延→中間的功率(lv)器件的制造（包含經典(dian)的 IC 設計→制(zhi)造→封裝三個小環節）→下(xia)游工控、新(xin)能源車(che)、光(guang)伏風(feng)電等(deng)應用。目前(qian)上游的晶片基本被美國(guo) CREE 和 II-VI 等(deng)美國(guo)廠商(shang)壟斷；國(guo)內方(fang)面，SiC 晶片商(shang)山東天岳和天科合達(da)已經能供應 2 英寸(cun)~6 英寸(cun)的單晶襯底(di)，且營收(shou)都達(da)到了(le)一定(ding)的規模（今年均會(hui)超(chao)過 2 億元 RMB）；SiC 外(wai)延片：廈門瀚(han)天天成與東莞天域可生(sheng)產(chan) 2 英寸(cun)~6 英寸(cun) SiC 外(wai)延片。

國外 SIC 功率器(qi)件玩家：

傳(chuan)統的(de)功率器件廠商包括英飛凌、意法半導體、三(san)菱電機、富士電機；借助SIC 材料介入 SIC 器件的(de) CREE；

國內 SIC 功率器件玩家：泰科(ke)天潤，中電(dian)科(ke) 55 所，基本半導體，三安集成，華潤微等。

SIC 晶(jing)(jing)片、外延(yan)和(he)設備：國外 CREE 和(he) II-VI 占據了 SIC 片 70%以上的份額，國內山東天岳(yue)和(he)天科(ke)合達已(yi)經初(chu)具規模；露(lu)笑科(ke)技(ji) 2019 年 11 月(yue)公告，露(lu)笑科(ke)技(ji)將(jiang)為中科(ke)鋼研、國宏中宇主導的碳化(hua)(hua)硅(gui)產(chan)業化(hua)(hua)項(xiang)目定制約 200 臺碳化(hua)(hua)硅(gui)長晶(jing)(jing)爐(lu)，設備(bei)總采購金額約 3 億元，同時露笑(xiao)科(ke)技(ji)另外 2020 年(nian) 8 月公告計劃與合(he)肥(fei)合(he)作投資 100 億元建設第三(san)代半導體產業園，從 SIC 設備(bei)切入襯(chen)底(di)和外延等環節。

▲SIC 產業鏈以及國內外的主要(yao)玩家

二、 SIC 器件：10 年 20 倍(bei)成(cheng)長，國內(nei)全面布局

1、 應(ying)用(yong)：新能(neng)源車(che)充電樁和光伏(fu)等將率先采用(yong)

SiC 具有(you)(you)前(qian)述所說(shuo)的(de)(de)各種(zhong)優(you)勢，是高壓/高功(gong)(gong)率/高頻的(de)(de)功(gong)(gong)率器件相對理想的(de)(de)材料, 所以 SiC 功(gong)(gong)率器件在新能(neng)源車、充電(dian)樁(zhuang)、新能(neng)源發(fa)電(dian)的(de)(de)光伏(fu)風電(dian)等(deng)這些對效率、節能(neng)和(he)損耗等(deng)指標比較看重的(de)(de)領(ling)域，具有(you)(you)明顯的(de)(de)發(fa)展前(qian)景。

高(gao)頻(pin)低壓(ya)(ya)(ya)(ya)用 Si-IGBT,高(gao)頻(pin)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)用 SiC MOS,電壓(ya)(ya)(ya)(ya)功(gong)率不(bu)大(da)(da)但是(shi)高(gao)頻(pin)則用GaN。當低頻(pin)、高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)的(de)情況下(xia)用 Si 的(de) IGBT 是(shi)最好(hao)，如果稍(shao)(shao)稍(shao)(shao)高(gao)頻(pin)但是(shi)電壓(ya)(ya)(ya)(ya)不(bu)是(shi)很高(gao)，功(gong)率不(bu)是(shi)很高(gao)的(de)情況下(xia)，用 Si 的(de) MOSFET 是(shi)最好(hao)。如果既是(shi)高(gao)頻(pin)又是(shi)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)的(de)情況下(xia)，用 SiC 的(de) MOSFET 最好(hao)。電壓(ya)(ya)(ya)(ya)不(bu)需(xu)要(yao)很大(da)(da)，功(gong)率不(bu)需(xu)要(yao)很大(da)(da)，但是(shi)頻(pin)率需(xu)要(yao)很高(gao)，這種情況下(xia)用 GaN 效果最佳。

▲SIC 器件的主(zhu)要應用領域

以新能源車(che)(che)中應(ying)用 SIC MOS 為(wei)例，根據 Cree 提供的測算: 將純(chun)電(dian)動車(che)(che) BEV逆(ni)變器中的功(gong)率組件改(gai)成 SIC 時, 大概可以減少整車(che)(che)功(gong)耗(hao) 5%-10%；這樣可以提升(sheng)續航能力，或者減少動力電(dian)池(chi)成本。

▲SIC MOS 多(duo)種優(you)勢帶動電動車續航力提(ti)升(sheng)

同(tong)時 SIC MOS 在(zai)(zai)快充充電(dian)樁等領(ling)域也(ye)將大有可為(wei)。快速充電(dian)樁是(shi)(shi)(shi)將外(wai)部交流(liu)電(dian),透過 IGBT 或者 SIC MOS 轉變(bian)為(wei)直流(liu)電(dian), 然后直接對新能源(yuan)汽車電(dian)池進行充電(dian)，對于(yu)損耗和其自身占用(yong)體積問題也(ye)很敏(min)感(gan)，因(yin)此不考慮成本(ben)，SIC MOS比 IGBT 更(geng)有前景和需求(qiu)，由于(yu)目前 SIC 的(de)(de)(de)成本(ben)目前是(shi)(shi)(shi) Si 的(de)(de)(de) 4-5 倍，因(yin)此會在(zai)(zai)高功率(lv)規格的(de)(de)(de)快速充電(dian)樁首先(xian)導入。在(zai)(zai)光(guang)伏(fu)領(ling)域，高效、高功率(lv)密(mi)度(du)、高可靠和低成本(ben)是(shi)(shi)(shi)光(guang)伏(fu)逆變(bian)器未來的(de)(de)(de)發展趨勢，因(yin)此基于(yu)性能更(geng)優異(yi)的(de)(de)(de) SIC 材料的(de)(de)(de)光(guang)伏(fu)逆變(bian)器也(ye)將是(shi)(shi)(shi)未來重(zhong)要的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)趨勢。

▲2019 年各(ge)個領域的 SiC 模塊產品推出情況(kuang)

SIC 肖特(te)基(ji)(ji)(ji)二(er)極(ji)(ji)管(guan)的(de)應用(yong)比傳統的(de)肖特(te)基(ji)(ji)(ji)二(er)極(ji)(ji)管(guan)同樣有優勢。碳化(hua)硅肖特(te)基(ji)(ji)(ji)二(er)極(ji)(ji)管(guan)相比于傳統的(de)硅快恢復(fu)(fu)二(er)極(ji)(ji)管(guan)（SiFRD），具有理(li)想(xiang)的(de)反(fan)(fan)(fan)向(xiang)(xiang)恢復(fu)(fu)特(te)性(xing)。在器件從正(zheng)向(xiang)(xiang)導(dao)通(tong)向(xiang)(xiang)反(fan)(fan)(fan)向(xiang)(xiang)阻斷轉(zhuan)換時(shi)(shi)，幾乎(hu)沒(mei)有反(fan)(fan)(fan)向(xiang)(xiang)恢復(fu)(fu)電流，反(fan)(fan)(fan)向(xiang)(xiang)恢復(fu)(fu)時(shi)(shi)間小于 20ns，因此碳化(hua)硅肖特(te)基(ji)(ji)(ji)二(er)極(ji)(ji)管(guan)可以工作在更高(gao)的(de)頻(pin)率，在相同頻(pin)率下具有更高(gao)的(de)效(xiao)率。

另(ling)一個重(zhong)要的(de)(de)特(te)點是碳化硅肖(xiao)特(te)基(ji)二極管(guan)具(ju)有(you)正(zheng)的(de)(de)溫度(du)系(xi)數(shu)(shu)，隨(sui)著溫度(du)的(de)(de)上(shang)升電阻也逐漸上(shang)升，這(zhe)使得 SIC 肖(xiao)特(te)基(ji)二極管(guan)非常適合(he)(he)并聯(lian)實(shi)用，增加了系(xi)統(tong)的(de)(de)安全性(xing)和可(ke)靠性(xing)。總結來(lai)看，SIC 肖(xiao)特(te)基(ji)二極管(guan)具(ju)有(you)的(de)(de)特(te)點如下：1）幾乎無開(kai)關(guan)損耗；2）更(geng)(geng)高的(de)(de)開(kai)關(guan)頻率；3）更(geng)(geng)高的(de)(de)效率；4）更(geng)(geng)高的(de)(de)工作(zuo)(zuo)溫度(du)；5）正(zheng)的(de)(de)溫度(du)系(xi)數(shu)(shu)，適合(he)(he)于(yu)并聯(lian)工作(zuo)(zuo)；6）開(kai)關(guan)特(te)性(xing)幾乎與溫度(du)無關(guan)。

根據 CASA 的(de)統計，業內反(fan)應 SiC SBD 實(shi)際的(de)批(pi)量(liang)采(cai)購成交價(jia)已經降至 1元(yuan)/A 以下，耐壓 600-650V 的(de)產品(pin)業內批(pi)量(liang)采(cai)購價(jia)約為 0.6 元(yuan)/A，而耐壓 1200V的(de)產品(pin)業內批(pi)量(liang)采(cai)購價(jia)約為 1 元(yuan)/A。

▲2018-2019 年不同制造商 SiC SBD 產品價格對比 單(dan)位（元/A）

如上表所示，2019 年部分 SIC 肖(xiao)特基(ji)二(er)(er)極(ji)管(guan)產品價格(ge)實現了 20%-35%的(de)降幅，SIC 二(er)(er)極(ji)管(guan)價格(ge)的(de)持續降低(di)以及和 Si 二(er)(er)極(ji)管(guan)價差的(de)縮小將(jiang)進(jin)(jin)一步促進(jin)(jin) SIC 二(er)(er)極(ji)管(guan)的(de)應(ying)用(yong)。

2、 門檻(jian)：SIC 器(qi)件的壁(bi)壘和難(nan)點(dian)

SIC 難度(du)大部分集中在 SIC 晶(jing)片的長(chang)晶(jing)和襯底制(zhi)作方面，但(dan)是要(yao)做成(cheng)器件，也(ye)有(you)一(yi)些自身(shen)的難點，主(zhu)要(yao)包括(kuo)：

1、外延(yan)工藝效(xiao)率低(di)：碳(tan)化硅的氣(qi)相同質(zhi)外延(yan)一(yi)般要在 1500℃以上的高溫下(xia)進行。由于有升華的問題，溫度不(bu)能太高，一(yi)般不(bu)能超過 1800℃，因而生長速(su)(su)率較(jiao)低(di)。液相外延(yan)溫度較(jiao)低(di)、速(su)(su)率較(jiao)高，但(dan)產量較(jiao)低(di)?。

2、 歐姆接觸的(de)(de)(de)制作(zuo)：歐姆接觸是(shi)器件(jian)(jian)器件(jian)(jian)制作(zuo)中十分(fen)重要(yao)的(de)(de)(de)工藝之一，要(yao)形成好的(de)(de)(de)碳化硅的(de)(de)(de)歐姆接觸在實際(ji)中還(huan)是(shi)有較大(da)難度；

3、配套材(cai)料(liao)(liao)的(de)耐(nai)高溫(wen)：碳化硅芯片本(ben)身是(shi)耐(nai)高溫(wen)的(de)，但與其配套的(de)材(cai)料(liao)(liao)就不見得(de)能夠耐(nai)得(de)住 600℃以上的(de)溫(wen)度。所以整(zheng)體工(gong)作溫(wen)度的(de)提高，需要不斷的(de)進行(xing)配套材(cai)料(liao)(liao)方面創新。

SIC 的優異(yi)性能大家認識的較早，之所以最(zui)近幾年才有較好的進展主要是因(yin)為 SIC 片和 SIC 器件(jian)兩(liang)個方面相比傳(chuan)統的功率(lv)器件(jian)均有一(yi)些(xie)難點(dian)，器件(jian)生產的高難度(du)高成本加上碳化硅(gui)片制(zhi)造(zao)的高難度(du)（后面會提及(ji)），兩(liang)者互為循環，一(yi)定程度(du)上制(zhi)約了過去幾年 SIC 應用的推廣速(su)度(du)，我們(men)認為隨著(zhu)產業鏈逐漸成熟，SIC正處于爆發的前夜(ye)，拐點(dian)漸行漸近。

3、 空間&增速：SIC 器(qi)件未來(lai) 5-10 年復(fu)合 40%增長

IHS 預計(ji)未來(lai) 5-10 年(nian) SIC 器(qi)(qi)件(jian)復合增速 40%：根(gen)據 IHSMarkit 數據，2018年(nian)碳化硅功率(lv)器(qi)(qi)件(jian)市(shi)場規(gui)模約(yue) 3.9 億(yi)美(mei)元，受新能源汽車龐大需求(qiu)的驅動，以(yi)及光伏(fu)風電(dian)和(he)充電(dian)樁等領域(yu)對于效率(lv)和(he)功耗要求(qiu)提升，預計(ji)到 2027 年(nian)碳化硅功率(lv)器(qi)(qi)件(jian)的市(shi)場規(gui)模將(jiang)超過 100 億(yi)美(mei)元，18-27 年(nian) 9 年(nian)的復合增速接近(jin) 40%。

▲SiC 功率器件市場規模預(yu)測

滲透率(lv)(lv)角度(du)測算(suan) SIC MOS 器件(jian)市(shi)場空間：（SIC MOS 只是 SIC 器件(jian)的(de)一種）SIC MOS 器件(jian)的(de)下游和 IGBT 重合度(du)較大，因(yin)(yin)此，驅(qu)動 IGBT 行業(ye)(ye)空間高(gao)成長驅(qu)動因(yin)(yin)素如車(che)載(zai)、充電(dian)(dian)樁、工(gong)控、光(guang)伏風電(dian)(dian)以及家(jia)電(dian)(dian)市(shi)場，也都是 SIC MOS 功率(lv)(lv)器件(jian)將(jiang)來要涉足(zu)的(de)領(ling)域(yu)；根據我(wo)們之前系列(lie)行業(ye)(ye)報告的(de)大致測算(suan)，2019 年 IGBT 全球(qiu) 58 億美(mei)(mei)金(jin)，中國(guo) 22 億美(mei)(mei)金(jin)空間，在車載和充(chong)電樁和工控光伏風電等的帶動(dong)下，預計 2025 年(nian) IGBT 全球(qiu) 120 億美(mei)(mei)金(jin)，中國(guo) 60 億美(mei)(mei)金(jin)。

▲SiC 功率(lv)器件在電(dian)動(dong)車里的滲透時(shi)間預測

SIC MOS 器件的(de)(de)滲(shen)(shen)透(tou)率(lv)取決于其成本(ben)下降和產業(ye)鏈成熟的(de)(de)速度，根據英(ying)飛凌和國內相關公司(si)調研和產業(ye)里的(de)(de)專家的(de)(de)判斷來看(kan)，SIC MOS 滲(shen)(shen)透(tou) IGBT 的(de)(de)拐點可能在 2024 年附近。預計(ji) 2025 年全球(qiu)滲(shen)(shen)透(tou)率(lv) 25%，則(ze)全球(qiu)有 30 億(yi)(yi)(yi)美(mei)(mei)金(jin) SIC MOS 器件市場，中(zhong)國按(an)照 20%滲(shen)(shen)透(tou)率(lv) 2025 年則(ze)有 12 億(yi)(yi)(yi)美(mei)(mei)金(jin)的(de)(de) SIC MOS 空間(jian)。即(ji)不(bu)考慮(lv)SIC SBD 和其他 SIC 功率(lv)器件，僅測算替代 IGBT 那(nei)部分的(de)(de) SIC MOS 市場預計(ji)2025 年全球(qiu) 30 億(yi)(yi)(yi)美(mei)(mei)金(jin)，相對 2019 年不(bu)到(dao) 4 億(yi)(yi)(yi)美(mei)(mei)金(jin)有超過(guo) 7 倍成長，且 2025-2030年增(zeng)速延續(xu)。

4、 格(ge)局：SIC 器(qi)件的競爭格(ge)局

目(mu)前，碳化硅器(qi)件市場還是以國外的(de)傳統功率龍頭公司為主，2017 年(nian)全(quan)球市場份(fen)額占比前三的(de)是科銳，羅姆和意法半(ban)導體，其中 CREE 從 SIC 上游(you)材料切入(ru)到了 SIC 器(qi)件，相當于其擁有了從上游(you) SIC 片到下游(you) SIC 器(qi)件的(de)產業鏈一體化能力。

▲2017 年 SIC 器件和(he)模(mo)塊市場份(fen)額

國內的企業(ye)均處于初創期或(huo)者剛(gang)剛(gang)介入(ru) SIC 領(ling)域，包括(kuo)傳統的功(gong)率器(qi)件廠商(shang)華(hua)潤微、捷(jie)捷(jie)微電、揚(yang)杰(jie)(jie)科技(ji)，從傳統的硅基 MOSFET、晶(jing)閘管、二極管等切入(ru) SIC 領(ling)域，IGBT 廠商(shang)斯達半(ban)導、比亞迪半(ban)導體等，但國內當前的 SIC 器(qi)件營收規模(mo)都比較(jiao)小（揚(yang)杰(jie)(jie)科技(ji)最新(xin)披露(lu) SIC 營收 2020 年上半(ban)年 19.28 萬元左右）；

未(wei)上市公司和單位中(zhong)做的較(jiao)好的有(you)前(qian)面(mian)產業(ye)鏈總(zong)結(jie)中(zhong)提(ti)到的一些，包括：

泰科天潤：可以(yi)量產(chan) SiC SBD，產(chan)品(pin)涵蓋 600V/5A～50A、1200V/5A～50A 和1700V/10A 系列；并且早在(zai) 2015 年，泰科天潤就宣布(bu)推出了(le)一款高(gao)功率(lv)碳化硅肖特基二極管產(chan)品(pin)，是(shi)從事 SIC 器件的較純正的公司；

中電(dian)科 55 所：國內從 4-6 寸碳化硅(gui)外延生長、芯片設計(ji)與制(zhi)造、模塊封裝實現全產業鏈的單位；

深(shen)圳(zhen)(zhen)基(ji)本半導(dao)體：成立于(yu) 2016 年，由清華(hua)大(da)(da)學(xue)、浙江大(da)(da)學(xue)、劍橋大(da)(da)學(xue)等國(guo)內外知名高校博士團隊創立，專(zhuan)注于(yu) SIC 功率(lv)器件，也是深(shen)圳(zhen)(zhen)第三代半導(dao)體研究院(yuan)發(fa)起單位之一，目前已經開始推(tui)出其 1200V 的 SiC MOSFET 產品。

三、SIC 晶片：高成長高壁壘，國產奮(fen)起直(zhi)追(zhui)

1、 成長分析

如前分析所述(shu)，碳化(hua)硅晶片(pian)主(zhu)要(yao)用來做(zuo)成(cheng)高(gao)壓功(gong)率(lv)器件(jian)和高(gao)頻功(gong)率(lv)器件(jian)：SIC片(pian)主(zhu)要(yao)分為兩種類型：導電型的(de) SIC 晶片(pian)經(jing)過 SIC 外(wai)(wai)延后制作高(gao)壓功(gong)率(lv)器件(jian)；半絕緣型的(de) SIC 晶片(pian)經(jing)過 GaN 外(wai)(wai)延后制 5G 射頻器件(jian)（特別是 PA）；

▲SiC 晶(jing)片產業鏈

碳化(hua)硅晶片主要用(yong)于大(da)功(gong)率(lv)(lv)(lv)和高(gao)頻功(gong)率(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)件(jian)(jian)：2018 年氮化(hua)鎵(jia)射頻器(qi)(qi)件(jian)(jian)全(quan)球市(shi)場規模(mo)約(yue) 4.2 億美元(yuan)（約(yue) 28 億元(yuan)人民(min)幣），隨著 5G 通訊(xun)網絡的(de)(de)推進，氮化(hua)鎵(jia)射頻器(qi)(qi)件(jian)(jian)市(shi)場將迅速擴(kuo)大(da)，Yole 預(yu)計到 2023 年，全(quan)球射頻氮化(hua)鎵(jia)器(qi)(qi)件(jian)(jian)市(shi)場規模(mo)將達到 13 億美元(yuan)（約(yue) 91 億元(yuan)人民(min)幣）；繼續(xu)引用(yong)前面 IHS 的(de)(de)預(yu)測，則(ze) SIC功(gong)率(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)件(jian)(jian)將由 2019 年的(de)(de) 4.5 億美元(yuan)到 2025 年接近 30 億美元(yuan)。

▲SIC 和 GaN 功率器件市場規模(mo)預測

第三代半導體(ti)(ti) GaN 在(zai)高(gao)頻(pin)(pin)射(she)(she)頻(pin)(pin)領域的(de)(de)市(shi)場規模：根據(ju)(ju) Yole 的(de)(de)數據(ju)(ju)，2017 年氮化(hua)鎵射(she)(she)頻(pin)(pin)市(shi)場規模為(wei) 4 億(yi)美元(yuan)，將(jiang)于(yu) 2023 年增(zeng)長(chang)至接(jie)近 13 億(yi)美元(yuan)，復合(he)增(zeng)速(su)為(wei) 22%，下游應用結(jie)構(gou)整體(ti)(ti)保(bao)持穩定(ding)，以通訊與軍工為(wei)主(zhu)，二者合(he)計占比約為(wei) 80%。而整體(ti)(ti)射(she)(she)頻(pin)(pin)器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)市(shi)場空間在(zai) 2018-2025 在(zai) 8%左右(you)，GaN 射(she)(she)頻(pin)(pin)器(qi)件(jian)(jian)增(zeng)速(su)遠遠高(gao)于(yu)射(she)(she)頻(pin)(pin)器(qi)件(jian)(jian)整體(ti)(ti)市(shi)場的(de)(de)增(zeng)長(chang)。

▲射頻器件整體市(shi)場規模(mo)增長預測

導(dao)電(dian)型(xing)碳化(hua)硅單晶(jing)襯(chen)底材(cai)料(liao)是制造碳化(hua)硅功(gong)率半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件的(de)(de)基材(cai)，根據中國寬(kuan)禁帶功(gong)率半(ban)導(dao)體(ti)及應用產業聯(lian)盟的(de)(de)測(ce)算：

2017-2020 年市場需求：2017 年 4 英寸 10 萬(wan)(wan)片(pian)、6 英寸 1.5 萬(wan)(wan)片(pian)→預計(ji)到(dao) 2020年(nian) 4 英寸保(bao)持 10 萬片、6 英寸超過(guo) 8 萬片。

2020-2025 年(nian)市場(chang)需求：4 英寸逐步從 10 萬片市場(chang)減少到(dao) 5 萬片，6 英寸晶圓將從 8 萬片增長到(dao) 20 萬片；

2025~2030 年：4 英寸(cun)晶圓(yuan)逐漸退出市(shi)場，6 英寸(cun)晶圓(yuan)將增長至 40 萬(wan)片。

▲導(dao)電型碳化硅襯底市場規模(mo)（萬片）

半絕緣碳(tan)化硅具(ju)備(bei)高電阻的(de)同時可(ke)以承受更高的(de)頻(pin)率(lv)，主要應(ying)(ying)用在(zai)高頻(pin)射頻(pin)器件；同樣根(gen)據中國寬禁帶功率(lv)半導體(ti)及應(ying)(ying)用產(chan)業聯(lian)盟(meng)的(de)測算(suan)：

▲半絕緣碳化(hua)硅襯底市場規(gui)模（萬片）

2017 年市(shi)場(chang)需求：全球(qiu)半絕緣(yuan)碳化硅晶片(pian)的(de)市(shi)場(chang)需求約 4 萬片(pian)；2020 年：4英(ying)寸半絕緣(yuan) SIC 維持 4 萬片(pian)、6 英(ying)寸半絕緣(yuan) SIC 晶片(pian) 5 萬片(pian)；

2025 年(nian)市場需(xu)求(qiu)：預計 4 英(ying)寸(cun)半絕緣到(dao) 2 萬片、6 英(ying)寸(cun)到(dao) 10 萬片；

2025-2030 年市場(chang)需求：4 英(ying)寸(cun)半(ban)絕緣襯底逐漸退出市場(chang)，而 6 英(ying)寸(cun)需求到 20萬(wan)片。

整體(ti) SIC 晶片全球市(shi)場(chang)空間預(yu)計(ji)從 2020 的 30 億(yi) RMB 增(zeng)長(chang)至 2027年(nian)(nian) 150 億(yi)元 RMB，作為對比，2018 年(nian)(nian)全球硅(gui)片市(shi)場(chang) 90 億(yi)美元，國內硅(gui)片市(shi)場(chang)約130 億(yi)元（近 8 年(nian)(nian)復合增(zeng)長(chang) 5%-7%）。

2、 壁壘分析

SIC 晶(jing)片的壁(bi)壘(lei)較(jiao)高，主要體現在：

SIC 晶片(pian)的(de)核心參(can)(can)(can)數包括(kuo)微管(guan)密度(du)(du)、位錯密度(du)(du)、電阻率、翹曲度(du)(du)、表面粗糙度(du)(du)等。在密閉高溫(wen)腔體(ti)內進(jin)行原子(zi)有序排列(lie)并(bing)完成晶體(ti)生長、同時控制參(can)(can)(can)數指(zhi)標是復雜(za)的(de)系統工(gong)程，將生長好的(de)晶體(ti)加(jia)工(gong)成可以滿足(zu)半導(dao)體(ti)器件制造所需晶片(pian)又涉(she)及(ji)(ji)一系列(lie)高難(nan)度(du)(du)工(gong)藝(yi)調控；隨著碳化硅(gui)晶體(ti)尺寸的(de)增大(da)及(ji)(ji)產品(pin)參(can)(can)(can)數要求的(de)提(ti)(ti)高，生產參(can)(can)(can)數的(de)定(ding)制化設定(ding)和動(dong)態控制難(nan)度(du)(du)會進(jin)一步提(ti)(ti)升。因此，穩定(ding)量產各項性能參(can)(can)(can)數指(zhi)標波動(dong)幅度(du)(du)較低的(de)高品(pin)質碳化硅(gui)晶片(pian)的(de)技術難(nan)度(du)(du)很大(da)，主要體(ti)現在下面幾個方面：

1、精(jing)確調(diao)(diao)控溫(wen)度(du)：碳化硅晶(jing)體需(xu)要(yao)在 2,000℃以上的高溫(wen)環境中(zhong)生(sheng)長(chang)(chang)，且在生(sheng)產中(zhong)需(xu)要(yao)精(jing)確調(diao)(diao)控生(sheng)長(chang)(chang)溫(wen)度(du)，控制難(nan)度(du)極大；

2、容易(yi)(yi)產(chan)生多晶(jing)(jing)(jing)型(xing)雜質：碳化(hua)硅存在(zai) 200 多種晶(jing)(jing)(jing)體(ti)結(jie)構(gou)類(lei)型(xing)，其中(zhong)六方結(jie)構(gou)的(de) 4H 型(xing)（4H-SiC） 等少數幾種晶(jing)(jing)(jing)體(ti)結(jie)構(gou)的(de)單晶(jing)(jing)(jing)型(xing)碳化(hua)硅才是(shi)所需的(de)半導體(ti)材(cai)料，在(zai)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)生長過程中(zhong)需要精確(que)控(kong)制硅碳比(bi)、生長溫度梯度、晶(jing)(jing)(jing)體(ti)生長速(su)率以及氣流氣壓等參數，否則(ze)容易(yi)(yi)產(chan)生多晶(jing)(jing)(jing)型(xing)夾雜，導致產(chan)出的(de)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)不合(he)格(ge)；

3、 晶(jing)體擴(kuo)徑難度(du)大(da)：氣相傳輸(shu)法下，碳化硅晶(jing)體生(sheng)(sheng)長的擴(kuo)徑技(ji)術難度(du)極大(da)，隨著晶(jing)體尺寸的擴(kuo)大(da)，其生(sheng)(sheng)長難度(du)工藝呈幾何(he)級增長；

4、 硬度(du)極(ji)大難(nan)切割：碳(tan)化(hua)硅硬度(du)與(yu)金剛石(shi)接近，切割、研磨、拋光技術難(nan)度(du)大， 工藝水平的提高需要長期的研發積(ji)累；

3、 競爭分析(xi)

目(mu)前(qian)，碳化(hua)硅晶片(pian)產業格局呈現美國全(quan)球獨大(da)的特(te)點。以(yi)導(dao)電(dian)型產品為例，2018 年美國占有全(quan)球碳化(hua)硅晶片(pian)產量的 70%以(yi)上，僅 CREE 公司就占據60%以(yi)上市場份額，剩余份額大(da)部(bu)分被日(ri)本和歐洲的其他碳化(hua)硅企(qi)業占據。

▲2018 年導電(dian)型碳(tan)化硅晶片廠商市場占有(you)率(lv)

由于碳(tan)化硅(gui)材料(liao)特殊的物理性質，其晶(jing)體生長(chang)、晶(jing)體切(qie)割(ge)、 晶(jing)片加工(gong)等環節(jie)的技(ji)術(shu)和工(gong)藝要(yao)求高，需要(yao)長(chang)期(qi)投入和深耕才能(neng)形成產業化生產能(neng)力，行業門檻很(hen)高。

后進入的(de)碳(tan)化(hua)硅(gui)晶片(pian)生(sheng)產(chan)商(shang)在(zai)短期(qi)內形成規模(mo)化(hua)供應能(neng)力存在(zai)較(jiao)大難度，市場供給仍主要依(yi)靠現有晶片(pian)生(sheng)產(chan)商(shang)擴大自身生(sheng)產(chan)能(neng)力，國內碳(tan)化(hua)硅(gui)晶片(pian)供給不足的(de)局(ju)面預計(ji)仍將維持(chi)一段時間(jian)。

▲行業(ye)內(nei)各(ge)公(gong)司(si)不同尺寸 SIC 晶片的(de)推(tui)出(chu)對(dui)比

4、 價值分析

上游 SIC 晶片主要用于 SIC 功(gong)率器(qi)件(jian)(jian)和(he) 5G 高頻(pin)射頻(pin)器(qi)件(jian)(jian)，未來 10 年(nian)市場空間隨著下(xia)游 SIC 功(gong)率器(qi)件(jian)(jian)+高頻(pin)射頻(pin)器(qi)件(jian)(jian)的增長而增長，我們預計將從 2020 年(nian)30 億 RMB 到 2027 年(nian)接近 150 億 RMB；

行(xing)業(ye)高(gao)增長(chang)+國(guo)(guo)產(chan)替代+高(gao)壁壘：天科合達/山東(dong)天岳可簡單類比于 SIC 晶(jing)(jing)片(pian)(pian)領域的(de)(de)滬硅產(chan)業(ye)，而(er)(er)且(qie)傳(chuan)統(tong)硅片(pian)(pian)分布在(zai)(zai)日韓美五個巨頭(tou)，而(er)(er) SIC 晶(jing)(jing)片(pian)(pian)龍頭(tou) 70%+的(de)(de)份額都在(zai)(zai)美國(guo)(guo) CREE 和(he) II-VI 等(deng)公司，國(guo)(guo)產(chan)化(hua)也更(geng)迫切；在(zai)(zai)過去(qu)十年(nian)下游半導體的(de)(de)成長(chang)中(zhong)，國(guo)(guo)內上游硅片(pian)(pian)商(shang)參與(yu)的(de)(de)有限；而(er)(er)這一次，未來 10 年(nian)的(de)(de) SIC 器件(jian)和(he)5G 高(gao)頻射頻器件(jian)中(zhong)，國(guo)(guo)內的(de)(de) SIC 晶(jing)(jing)片(pian)(pian)龍頭(tou)將積(ji)極(ji)參與(yu)其(qi)中(zhong)，行(xing)業(ye)爆發增長(chang)和(he)國(guo)(guo)產(chan)化(hua)同時進行(xing)，可持續享受較(jiao)高(gao)估(gu)值。

智東西認為，半導體材料目前經歷了三個發展階段，第一代的硅（Si）、鍺（Ge）；第二代開始由2種以上元素組成化合物半導體，如砷化鎵（GaAs）、磷化銦 (InP)；以及第三代的碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等寬禁帶材料。碳化硅具備低導通電阻、高切換頻率、耐高溫與耐高壓等優勢， 在(zai)新能源(yuan)車(che)、光伏風電(dian)、不間斷電(dian)源(yuan)、家電(dian)工控等有廣闊的應用前景。?雖然(ran)成本目前仍然(ran)是制(zhi)約碳(tan)化硅產業鏈發展(zhan)的一大(da)重要阻(zu)礙，但(dan)隨著國(guo)內外相關產業的發展(zhan)、成本不斷(duan)降低(di)，產業的發展(zhan)爆發點降至。