碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈分解

1、 碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈分解 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基石是芯片，制作芯片的核心材料按照歷史進(jìn)程分為：第一代半導(dǎo)體材料（大部分為目前廣泛使用的高純度硅），第二代化合物半導(dǎo)體材料（砷化鎵、磷化銦），第三代化合物半導(dǎo)體材料以碳化硅和氮化鎵為代表。碳化硅是第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)材料，碳化硅功率器件以其優(yōu)異的耐高壓、耐高溫、低損耗等性能，能夠有效滿足電力電子系統(tǒng)的高效率、小型化和輕量化要求。在新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢(shì)。因其優(yōu)越的物理性能：高禁帶寬度（對(duì)應(yīng)高擊穿電場(chǎng)和高功率密度）、高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率，有望成為未來(lái)最被廣泛使用的制作半導(dǎo)體芯片的基礎(chǔ)材料。圖表來(lái)源：IHS Market近

2、年來(lái)新能源汽車驅(qū)動(dòng)碳化硅行業(yè)高速成長(zhǎng)，較傳統(tǒng)的燃油汽車相比，新能源汽車半導(dǎo)體元器件功率更大，性能要求更高，用量幾倍于傳統(tǒng)燃油汽車。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方案，每輛新能源汽車使用的功率器件價(jià)值約700美元到1000美元。隨著新能源汽車的發(fā)展，對(duì)功率器件需求量日益增加，成為功率半導(dǎo)體器件新的增長(zhǎng)點(diǎn)。使用碳化硅襯底材料，為新能源汽車節(jié)省大量成本。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈半導(dǎo)體芯片分為集成電路和分立器件，但不論是集成電路還是分立器件，其基本結(jié)構(gòu)都可劃分為“襯底-外延-器件”結(jié)構(gòu)。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈也可分為三個(gè)環(huán)節(jié)：分別是上游襯底，中游外延片和下游器件制造。圖表來(lái)源：中信證券碳化硅上游 - 襯底碳化硅在半導(dǎo)體中存在的主要形式是作為

3、襯底材料。碳化硅晶片作為半導(dǎo)體襯底材料，長(zhǎng)晶難度大，技術(shù)壁壘高，毛利率可達(dá)50%左右。經(jīng)過(guò)外延生長(zhǎng)、器件制造等環(huán)節(jié)，可制成碳化硅基功率器件和微波射頻器件。晶片尺寸越大，對(duì)應(yīng)晶體的生長(zhǎng)與加工技術(shù)難度越大。圖表來(lái)源：天科合達(dá)招股說(shuō)明書襯底常用Lely法制造，國(guó)際主流采用6英寸晶圓，正向8英寸晶圓過(guò)渡；國(guó)內(nèi)襯底以4英寸為主，主要用于10A以下小電流產(chǎn)品。全球碳化硅市場(chǎng)呈現(xiàn)寡頭壟斷局面，歐美日企業(yè)領(lǐng)先美國(guó)全球獨(dú)大，全球SiC產(chǎn)量的70%80%來(lái)自美國(guó)公司。海外碳化硅單晶襯底企業(yè)主要有Cree、DowCorning、SiCrystal、II-VI、新日鐵住金、Norstel等。其中CREE、II-VI等

4、國(guó)際龍頭企業(yè)已開始投資建設(shè)8英寸碳化硅晶片生產(chǎn)線。2019年，碳化硅大廠Cree宣布將投資10億美元擴(kuò)大碳化硅產(chǎn)能，在美國(guó)總部北卡羅萊納州達(dá)勒姆市建造一座采用最先進(jìn)技術(shù)的自動(dòng)化200mm SiC碳化硅生產(chǎn)工廠和一座材料超級(jí)工廠。這是Cree有史以來(lái)最大的生產(chǎn)投資，將為Wolfspeed碳化硅和碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）業(yè)務(wù)提供動(dòng)能。2019年1月，意法半導(dǎo)體與CREE簽署長(zhǎng)單協(xié)議，CREE將向意法半導(dǎo)體供應(yīng)2.5億美金的6英寸碳化硅晶圓片和外延片；同年9月CREE在美國(guó)紐約Marcy建造滿足車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的8英寸碳化硅功率和射頻工廠；2020年1月，意法半導(dǎo)體與羅姆旗下的SiCryst

5、al簽署碳化硅晶圓長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議。國(guó)內(nèi)企業(yè)也在積極研發(fā)和探索碳化硅器件的產(chǎn)業(yè)化，已經(jīng)形成相對(duì)完整的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈體系。中國(guó)企業(yè)在單晶襯底方面以4英寸為主，目前已經(jīng)開發(fā)出了6英寸導(dǎo)電性SiC襯底和高純半絕緣S iC襯底。以天科合達(dá)和山東天岳為主的SiC晶片廠商發(fā)展速度較快，市占率提升明顯。三安光電在SiC方面也在深度布局。山東天岳、天科合達(dá)、河北同光、中科節(jié)能均已完成6英寸襯底的研發(fā)，中電科裝備研制出6英寸半絕緣襯底。華潤(rùn)微擁有3條6英寸產(chǎn)線和一條正在建設(shè)的12英寸產(chǎn)線，并擁有國(guó)內(nèi)首條實(shí)現(xiàn)商用量產(chǎn)的6英寸碳化硅晶圓生產(chǎn)線。露笑科技2020年引進(jìn)碳化硅重磅研發(fā)團(tuán)隊(duì)并聯(lián)合合肥政府共同投資碳化硅。碳化硅中

6、游 - 外延外延常用PECVD法制造。國(guó)外外延片企業(yè)主要有DowCorning、II-VI、Norstel、CREE、羅姆、三菱電機(jī)、英飛凌等；器件方面相關(guān)主要企業(yè)包括英飛凌、CREE、羅姆、意法半導(dǎo)體等。國(guó)內(nèi)從事外延片生長(zhǎng)的企業(yè)包括廈門瀚天天成和東莞天域半導(dǎo)體等；從事碳化硅器件設(shè)計(jì)制造的企業(yè)包括泰科天潤(rùn)、華潤(rùn)微、綠能芯創(chuàng)、上海詹芯、基本半導(dǎo)體、中國(guó)中車等。同時(shí)從事外延生長(zhǎng)和器件制作的企業(yè)包括中電科五十五所、中電科十三所和三安集成等。外延片方面，中國(guó)瀚天天成、東莞天域半導(dǎo)體、國(guó)民天成均可供應(yīng)4-6英寸外延片。模塊方面有斯達(dá)半導(dǎo)體、比亞迪電子、中車時(shí)代電氣等公司。碳化硅下游 - 器件下游器件的制

7、造效率越高、單位成本越低。器件領(lǐng)域國(guó)際上600-1700V碳化硅SBD、MOSFET都已量產(chǎn)，Cree已開始布局8英寸產(chǎn)線，國(guó)內(nèi)企業(yè)碳化硅MOSFET還有待突破，產(chǎn)線在向6英寸過(guò)渡。碳化硅器件領(lǐng)域代表性的企業(yè)中，目前來(lái)看在國(guó)際上技術(shù)比較領(lǐng)先的是美國(guó)的Cree，其覆蓋了整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的上下游（襯底-外延-器件），具有核心的技術(shù)。下游碳化硅器件市場(chǎng)，美國(guó)Cree占據(jù)最大市場(chǎng)份額，達(dá)26%，其次為羅姆和英飛凌，分別占據(jù)21%和16%的市場(chǎng)份額。英飛凌已經(jīng)推出了采用轉(zhuǎn)模封裝的1200V碳化硅（SiC）集成功率模塊（IPM），并大規(guī)模推出了SiC解決方案。國(guó)內(nèi)廠商主要有器件：泰科天潤(rùn)、瀚薪、揚(yáng)杰科技、

8、中電55所、中電13所、科能芯、中車時(shí)代電氣等；模組：嘉興斯達(dá)、河南森源、常州武進(jìn)科華、中車時(shí)代電氣目前碳化硅市場(chǎng)處于起步階段。2020年12月18日，斯達(dá)半導(dǎo)體發(fā)布公告，計(jì)劃投資建設(shè)全碳化硅功率模組產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，總投資2.29億元，建設(shè)年產(chǎn)8萬(wàn)顆車規(guī)級(jí)全碳化硅功率模組生產(chǎn)線和研發(fā)測(cè)試中心，項(xiàng)目將按照市場(chǎng)需求逐步投入。Yole預(yù)計(jì)2025年碳化硅射頻器件全球市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)250億美元，2023年碳化硅功率器件全球市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)14億美元。在未來(lái)的10年內(nèi)，碳化硅器件有望大范圍地應(yīng)用于工業(yè)及電動(dòng)汽車領(lǐng)域。圖表來(lái)源：中信建投碳化硅應(yīng)用領(lǐng)域目前碳化硅（SiC）半導(dǎo)體仍處于發(fā)展初期，晶圓生長(zhǎng)過(guò)程中易出現(xiàn)材料

9、的基面位錯(cuò)，以致碳化硅器件可靠性下降。另一方面，晶圓生長(zhǎng)難度導(dǎo)致碳化硅材料價(jià)格昂貴，預(yù)計(jì)想要大規(guī)模得到應(yīng)用仍需一段時(shí)期的技術(shù)改進(jìn)。汽車應(yīng)用領(lǐng)域，碳化硅器件替代硅器件是確定的發(fā)展趨勢(shì)。碳化硅功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域在持續(xù)的拓展。新能源汽車產(chǎn)業(yè)作為一個(gè)體量快速增長(zhǎng)、技術(shù)持續(xù)革新的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，將在汽車電動(dòng)化滲透率提升的過(guò)程中為多個(gè)細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域提供廣闊的舞臺(tái)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)有望涌現(xiàn)多家技術(shù)領(lǐng)先型的黑馬企業(yè)。特斯拉Model3是第一個(gè)集成全SiC功率模塊的車企，主要采購(gòu)意法半導(dǎo)體的650V碳化硅功率器件，特斯拉逆變器由24個(gè)1-in-1功率模塊組成，這些模塊組裝在針翅式散熱器上。比亞迪車規(guī)級(jí)的IGBT已經(jīng)走到5代，碳化硅Mosfet已經(jīng)走到3代，第4代正在開發(fā)當(dāng)中。目前在規(guī)劃自建產(chǎn)線，預(yù)計(jì)到明年有自己的產(chǎn)線。如果如期實(shí)現(xiàn)，比亞迪將繼續(xù)維持國(guó)內(nèi)三電技術(shù)領(lǐng)先的地位，并且在續(xù)航表現(xiàn)上與其他國(guó)內(nèi)車企拉開一大截。5G基站方面，對(duì)碳化硅襯底也有較大需求。根據(jù)Yole和CREE預(yù)測(cè)，受益5G的普及與5G基站的建設(shè)，碳化硅基氮化鎵外延功率器件市場(chǎng)規(guī)模將從2018年6.45億美金增長(zhǎng)到2024年的20億美金，年均復(fù)合增速達(dá)20.76%，2027年市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到35億美金。當(dāng)前國(guó)內(nèi)電子行業(yè)處于成長(zhǎng)期，正朝著核心技術(shù)含量和附