特斯拉领军，半导体新材料碳化硅需求起飞

特斯拉领军，半导体新材料碳化硅需求起飞徐歌阳不雅照 本文精编自：中泰证券《宽禁带半导体行业深度：SiC 与 GaN 的兴起与未来》 摘要：自从特斯拉 Tesla 推出 Model 3，在逆变器模组上采用碳化硅后，碳化硅这类新型半导体材料越来越受重视。碳化

本文精编自：中泰证券《宽禁带半导体行业深度：SiC 与 GaN 的兴起与未来》

摘要：自从特斯拉 Tesla 推出 Model 3，在逆变器模组上采用碳化硅后，碳化硅这类新型半导体材料越来越受重视。碳化硅具有高功率、耐高压、耐高温等优点，在未来「新基建」，「数字基建」有着巨大的商业前景。

特斯拉领军，半导体新材料碳化硅需求起飞

电动车已成为汽车市场主流，多数电动车仍是以硅材料的IGBT来作逆变器芯片模组，是功率半导体在电动车领域的技术主流。但自从特斯拉Tesla推出Model3，采用以24个碳化硅 MOSFET为功率模块的逆变器后，碳化硅（SiC）这类新型半导体材料越来越受重视。

目前碳化硅器件在电动车上应用主要是功率控制单元、逆变器、DC-DC 转换器、车载充电器等方面。2015年，汽车巨头丰田便展示了全碳化硅模组的PCU。相比之下，碳化硅PCU仅为传统硅PCU的体积的1/5，重量减轻35%，电力损耗从20%降低到5%，提升混动车10%以上的经济性，经济社会效益十分明显。

根据IHSMarkit数据，2018年碳化硅功率器件市场规模约3.9亿美元，受新能源汽车庞大需求的驱动，以及电力设备等领域的带动，预计到2027年碳化硅功率器件的市场规模将超过100亿美元，碳化硅衬底的市场需求也将大幅增长。

新一代黄金赛道，得碳化硅者得天下

碳化硅到底是何方神圣？碳化硅是一种宽禁带半导体材料，属于第三代半导体材料，其禁带宽度高达3.0eV，相比第一代半导体材料硅，碳化硅的禁带宽度是硅的3倍；导热率为硅的4-5倍；击穿电压为硅的8倍；电子饱和漂移速率为硅的2倍。

碳化硅具有高功率、耐高压、耐高温、高频、低能耗、抗辐射能力强等优点，未来将广泛应用于新能源汽车、5G通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域，在未来「新基建」，「数字基建」有着巨大的商业前景。

同时，目前碳化硅领域国内外差距较传统硅基行业小，具有「换道超车」的机会，成为各方都十分看好的赛道，堪称半导体产业内新一代「黄金赛道」。

但碳化硅也有巨大的痛点：短缺且昂贵，常常有价无市。

目前传统硅基产业极其成熟的商业环境，至少有一大半原因是硅材料较为容易得到。硅材料成熟且高效的制备技术使得硅材料目前十分低廉，目前6英寸硅抛光片仅150元，8英寸300元，12英寸850元左右。用直拉法生产硅晶片，72小时能生长出2-3米左右的硅单晶棒，一根单晶棒一次能切下上千片硅片。

目前最快的碳化硅单晶生长的方法，生长速度在0.1mm/h-0.2mm/h左右，因此72小时也仅有7.2mm~14.4mm厚度的晶体。只有几厘米都不到！目前4英寸碳化硅售价在4000-5000元左右，6英寸更是达到8000-10000元的水平。

因此国内外下游厂家，纷纷和科锐（Cree）等碳化硅龙头签订长期合约锁定产能。

碳化硅产业链

SiC 生产过程分为 SiC 单晶生长、外延层生长及器件制造三大步骤，对应的是产业链衬底、外延、器件与模组三大环节。

SiC衬底：SiC晶体通常用Lely法制造，国际主流产品正从4英寸向6英寸过渡，且已经开发出8英寸导电型衬底产品，国内衬底以4英寸为主。由于现有的6英寸的硅晶圆产线可以升级改造用于生产SiC器件，所以6英寸SiC衬底的高市占率将维持较长时间。

SiC外延：通常用化学气相沉积（CVD）方法制造，根据不同的掺杂类型，分为n型、p型外延片。国内瀚天天成、东莞天域已能提供4寸/6寸SiC外延片。

SiC器件：国际上600~1700V SiC SBD、MOSFET已经实现产业化，主流产品耐压水平在1200V以下，封装形式以TO封装为主。价格方面，国际上的SiC产品价格是对应Si产品的5~6倍，正以每年10%的速度下降，随着上游材料器件纷纷扩产上线，未来2~3年后市场供应加大，价格将进一步下降，预计价格达到对应Si产品2~3倍时，由系统成本减少和性能提升带来的优势将推动SiC逐步占领Si器件的市场空间。

碳化硅市场格局

目前，碳化硅晶片产业格局呈现美国全球独大的特点。以导电型产品为例，2018年美国占有全球碳化硅晶片产量的70%以上，仅CREE公司就占据一半以上市场份额，剩余份额大部分被日本和欧洲的其他碳化硅企业占据。其中，国内天科合达以1.7%的市场占有率排名全球第六、国内第一。

科锐（Cree）：全球第一

在碳化硅功率器件市场，Wolfspeed占据市场最大的份额。Wolfspeed虽然目前是Cree三大部门（LED、LED照明应用、Wolfspeed）中体量最小的，但已经是公司最核心的业务部门。Wolfspeed 2018 年实现营收 3.29 亿美元，同比增长 25.47%；毛利率高达 47%。

根据公开业绩说明会，Wolfspeed 的目标是在 2022 年收入番两番，达到 8.5 亿美元，届时将成为 Cree 最大的收入来源。在 Wolfspeed 看来，到 2022年只要有25%的目标市场转换为SiC和GaN，就将是20亿美元的市场，是现今市场的 8 倍，公司为极具潜力的 SiC 和 GaN 已经做好了准备。

天科合达：国内第一

天科合达自2006年成立以来，2020年7月14日申请科创板上市，一直专注于碳化硅晶体生长和单晶片生产领域，先后研制出2英寸、3英寸、4英寸碳化硅衬底，于2014年在研制出6英寸碳化硅单晶片，并已形成规模化生产能力，工艺技术水平处于国内领先地位，堪称碳化硅的「明日之星」。此外，中科院物理所、大基金、华为的哈勃投资等均为天科合达的股东之一。

编辑/jasonzeng