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半导体与半导体生产设备行业：碳化硅，把握能源升级+技术迭代的成长机遇（33页）.pdf
举报与投诉【报告导读】近年来，随着 5G、新能源等高频、大功率射频及电力电子需求的快速增长，硅基半导体器件的物理极限瓶颈逐渐凸显，如何在提升功率的同时限制体积、发热和成本的快速膨胀成为了半 导体产业内重点关注的问题，以碳化硅为首的第三代半导体材料在这一趋势下逐渐从科研走向 产业化。与硅基半导体材料相比，以碳化硅为代表的第三代半导体材料具有高击穿电场、高饱 和电子漂移速度、高热导率、高抗辐射能力等特点，适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率 器件。实际上，碳化硅相比硅带来的最大变化我们可以总结为“旧结构+新材料”，亦即通过把 材料更换为碳化硅解决过去硅基 MOSFET 在高电压场景下的瓶颈，让高频高速的 MOSFET 得 以在高压场景下充分发挥开关效率高的优势，降低系统总体的能源损耗。
在整个能源结构升级的过程中，无论是发电端的光伏、风电，输电端的高压柔直，用电端的新 能源车、充电桩、白电、工控，对于电压和能源转换效率的要求都在不断提升，同时在成本和 安全约束下也更为看重系统整体的经济性和稳定性，因此有着更低开关损耗、更高可靠度、更 轻重量、更小体积以及更为耐高温的碳化硅器件越来越受到下游环节的关注，尤其是在中压范 围的光伏、风电、新能源车、充电桩、服务器 UPS 电源、工控电源、白电，近年来已陆续开始 尝试使用碳化硅器件替代或部分替代原有的硅基 IGBT。在多种应用的驱动下，全球碳化硅市 场规模快速提升，据Yole，2022年全球碳化硅市场规模或将达15.34亿美元，同比增长40.72%， 预计到 2027 年市场规模可达 62.97 亿美元，2021~2027 年复合增速超 30%。分领域看，大部 分市场规模由新能源车贡献；增速方面，风电、新能源车相对较快。
在高速增长的需求以外，价格和产业链稳定性同样影响着碳化硅行业的发展，较高的替换成本 阻碍着碳化硅应用的落地，而供应稳定性则影响着下游客户对于这项技术的态度。从成本占比 角度来看，碳化硅总体价格高昂的主要原因在于：衬底价格较贵，在总体晶圆成本中占比可达 30%、前段工艺（晶圆制造）良率损失较大、以及外延良率损失。从当前衬底高度供不应求的 状态而言，衬底会是碳化硅行业先行的基础，而随着器件效率在平面/沟槽技术、良率改善等驱 动下不断提升，晶圆环节的成本差异和品控稳定性将较大程度影响客户的选择。
在高电压、大功率的电力系统升级的大背景下，碳化硅器件逐步替代部分硅基功率器件是较为 明确的趋势，关键痛点在于供应稳定性和价格，这需要整个产业链从衬底、外延、器件到模块 封装各个环节实现良率提升、产能扩大、产线稳定等的优化和改进。从当前产业状况而言，需 求远大于产业链供给能力，对于上下游的合作需求更为迫切。从海内外核心玩家的布局情况和 订单情况来看，具备 1、稳定衬底供应来源；2、较强器件设计与制造能力；3、较强资金能力， 等三个条件的企业更容易获得客户的信任和青睐。
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