新能源車全球普及加速，功率密度標準持續(xù)提升為 SiC 產(chǎn)業(yè)落地提供契機。

歐盟方面，在民眾訴求的推動下，歐盟的碳排放標準日趨嚴格，現(xiàn)行的碳排放標準要求 2021 年生產(chǎn)的乘用車碳排放量滿足 95g/km，我們認為在此嚴苛要求下，新能源汽車或?qū)⑻娲加蛙嚒Ｃ绹矫妫莸巧吓_帶來美國新能源政策轉(zhuǎn)向，并計劃于 2050 年實現(xiàn)碳中和，我們認為政府方面也希望借助特斯拉等頭部企業(yè)助力美國汽車制造業(yè)在新趨勢下保持領先地位。中國方面，2019 年中國石油對外依存度超過 70%，我們認為電動車對保障能源安全至關重要，且中國憑借市場空間、工程師紅利等優(yōu)勢，有望借助汽車電動化實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展彎道超車的目標。我們看到，在各國制定的電動車發(fā)展路線圖中，功率密度標準逼近主流 Si 基器件的性能極限，SiC 器件成為理想替代。我們認為 SiC 有望在電動汽車產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展及滲透率提升的雙重推動下迎來需求快速成長。

 

SiC 解決電動車三大需求痛點，規(guī)模普及即將到來。我們認為，SiC 有望從以下三個方面解決 Si 基器件的痛點問題：

 

1）續(xù)航里程是電動車的一大痛點，根據(jù)英飛凌數(shù)據(jù)，SiC 器件整體損耗相比 Si 基器件降低 80%以上，導通及開關損耗減小， 有助于增加電動車續(xù)航里程；

 

2）輕量化的實現(xiàn)。SiC 器件具備高飽和速率、高電流密度、高熱導率的特點，有利于實現(xiàn)電控模塊小型化、周邊系統(tǒng)小型化、冷卻系統(tǒng)簡單化，從而減輕整車重量；

 

3）滿足 800V 高電平要求。為配合快充應用， 車內(nèi)電平向更高的 800V 提高是大勢所趨，在 1200V IGBT 車規(guī)產(chǎn)品難以普及的背景下，使用 SiC MOSFET 是良好的解決方案。我們認為，目前 SiC 無法大規(guī)模商用的主要矛盾在于成本高昂，但根據(jù)我們的測算，在新能源車平價目標成本假設下 （三電成本與傳統(tǒng)動力總成價格相當），若 SiC 的器件成本下降至硅基器件的 2 倍時，其經(jīng)濟效益有望助推 SiC 在全系列車型全面普及。

 

小器件大市場，中國車用 SiC 市場將迎來高速成長。我們測算，2025 年中國電動車及快充樁將帶來 62 億元/78 億元的 SiC 器件/模塊市場空間（模塊中包含器件成本），2021-25 年 CAGR 高達 58%/35%。從產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)來看，我們測算 SiC 襯底及外延片價值量合計占比超器件總價值量的 60%，2025 年中國本土導電型襯底片需求超 100 萬片，行業(yè)上游重要性強，需求空間廣闊。我國企業(yè)目前已經(jīng)能 實現(xiàn) 6 寸片規(guī)模量產(chǎn)，8 寸片與海外的技術差距正在縮小。

 

 

歐洲推出碳中和時間表。歐洲議會 2019 年 11 月宣布歐洲進入“氣候緊急狀態(tài)”，歐盟委員會在 2019 年 12 月啟動了“綠色新政”，將 2030 年減排目標提升至 50-55%，并確定了 2050 年實現(xiàn)碳中和，碳排放要求日趨嚴格。

 

歐洲自 2009 年以來多次制定碳排放標準，現(xiàn)行的碳排放標準要求 2021 年生產(chǎn)的乘用車碳排放量需滿足 95g/km。歐盟委員會在 2014 年提出到 2021 年，車企生產(chǎn)的乘用車的碳排放量需滿足 95g/km，不達標的車企將面臨巨額罰款。2018 年歐盟委員會進一步明確，在 2021 年的基礎上，2025 年的碳排放量減少 15%；到 2030 年，減少 37.5％，分別降至 81g/km 及 59g/km。2019 年歐盟確定 2050 年實現(xiàn)碳中和的目標，將進一步推動更加嚴格的減排目標，正在推動 2030 年碳排放在 2021 年的基礎上減少 60%的標準制定。

 

在日益嚴格的碳排放標準下，新能源汽車替代傳燃油車成為必然趨勢。燃油車的發(fā)動機難以進行本質(zhì)革新，減排空間有限，新車平均碳排放量在 2015 年下降至 119.5g/km 后，2019 年反而上升至 122.4g/km。要達到上述 95g/km 的碳排放標準，只能大力發(fā)展新能源汽車， 提升新能源車的占比。

 

 

拜登就任當日便簽署行政命令，表示重新加入《巴黎氣候協(xié)定》，并計劃于 2050 年實現(xiàn)碳中和，有望助推新能源車產(chǎn)業(yè)鏈加速升級。根據(jù)拜登競選推出的《清潔能源革命和環(huán)境計劃》，其在氣候領域提出的目標是到 2035 年通過可再生能源過渡實現(xiàn)無碳發(fā)電，到 2050 年美國實現(xiàn)碳中和，實現(xiàn) 100%的清潔能源經(jīng)濟。具體措施包括：恢復電動車全額 7,500 美金的稅金抵免，取消目前的企業(yè)補貼 20 萬輛的銷量上限，加快新能源車推廣，并計劃于 2030 年前在高速公路區(qū)域建設超過 50 萬個充電樁等。我們認為民主黨在新能源領域的轉(zhuǎn)向有望提升美國對于新能源車的政策支持，助推新能源車產(chǎn)業(yè)鏈加速升級。

 

特斯拉等頭部企業(yè)有望助力美國重奪電動汽車制造業(yè)的制高點。汽車產(chǎn)業(yè)作為美國傳統(tǒng)制造業(yè)的代表之一，二戰(zhàn)以后卻從輝煌走向衰落，我們認為主要是其經(jīng)受了兩次沖擊：1）20 世紀 70 年代起，全球石油危機使精細化制造的日本汽車市占率迅速提升，以及 2）2010 年后德國品牌在中國市場的崛起。根據(jù)美國商務部統(tǒng)計，美國汽車行業(yè)產(chǎn)值占 GDP 的比重， 由 1978 年的 1.9%降至 2018 年的 0.8%。我們認為，由于汽車制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條長、上下游相關行業(yè)豐富，汽車產(chǎn)業(yè)對 GDP 的貢獻遠大于增加值本身，行業(yè)地位尤為重要。我們認為拜登政府的新能源政策將成為美國電動汽車市場發(fā)展的一大推動力，有助于使其在特斯拉等 電動汽車頭部企業(yè)的傾力配合下，保持美國高端制造領域的優(yōu)勢地位。

 

 

汽車工業(yè)電動化為我國從汽車產(chǎn)業(yè)彎道超車提供契機。工信部在《電動汽車安全指南（2019 版）》中指出，汽車行業(yè)正在經(jīng)歷百年未有之大變局，電驅(qū)動相關技術、人工智能技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展為汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供了強大的技術支撐，電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化是汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型重要的發(fā)展方向。對于傳統(tǒng)燃油車，中國雖然擁有龐大的汽車供應體系，但關鍵零部件技術缺失，發(fā)動機、變速箱等設備依賴海外廠商進口，我們認為以電動汽車為突破口能夠推進我國汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，有望實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的彎道超車。

 

汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟中重要的支柱行業(yè)，能夠拉動國內(nèi)消費增長，其產(chǎn)業(yè)鏈長、提供就業(yè)機會多，對推動經(jīng)濟增長、促進社會就業(yè)有重要作用。汽車產(chǎn)業(yè)能夠拉動我國消費需求及提供大量就業(yè)崗位，根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2010 年至 2019 年汽車銷售額占中國社會零售總額比重均維持在 10%以上，2019 年汽車新車零售從業(yè)人員達到 120.92 萬，占城鎮(zhèn)就業(yè)人 數(shù)的 10%。同時，由于汽車行業(yè)具備高度綜合性，產(chǎn)業(yè)鏈涉及國家工業(yè)的各個方面，上游包括發(fā)動機系配件、制動系配件等汽車零部件生產(chǎn)銷售，涵蓋了冶金、橡膠、玻璃、化工等重要的制造業(yè)部門，中游包括整車集成制造及銷售，下游輻射汽車后維修保養(yǎng)、出行服 務等諸多市場。發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)能夠直接及間接地拉動經(jīng)濟增加，提供就業(yè)崗位。

 

中國具備市場空間較大、“工程師紅利”等優(yōu)勢，同時政策落地推動電動汽車發(fā)展。由于我國龐大的人口基數(shù)及消費升級趨勢，電動汽車市場空間較大，根據(jù)中金公司研究部預測， 2025 年我國電動汽車的出貨量將達到 669 萬輛，占全球新能源汽車銷量 47%，2021 年至 2025 年年復合增長率達到 35%。同時，中國每年高校畢業(yè)生人數(shù)持續(xù)增長，根據(jù)教育部的數(shù)據(jù)，2020 年高校畢業(yè)生人數(shù)達到 874 萬人，為中國發(fā)展電動汽車提供了“工程師紅利”， 向產(chǎn)業(yè)微笑曲線的兩端延伸。在政府政策的推動下，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展成為可能， 根據(jù)國務院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035 年）》，到 2025 年我國新能源汽車新車銷售量占新車總銷量的 20%左右，并完善雙積分制度以補充財政補貼。

 

中國石油的對外依存度超 70%，能源安全問題有待解決。國際上一般將 50%的石油對外依 存度作為石油能源安全問題的“安全警戒線”，而根據(jù)中國統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)，2019 年中國石 油對外依存度超過 70%，遠超能源安全的要求。目前全球石油分配格局基本固定，且國際形勢復雜，我國在自身石油生產(chǎn)無法滿足需求的情況下，通過石油貿(mào)易和海外份額的方式獲取石油資源的壓力越來越大。

 

電動汽車對降低石油依存度，緩解國內(nèi)石油消耗至關重要。根據(jù)自然保護協(xié)會數(shù)據(jù)，2017 年中國道路交通消耗的石油約占石油消費總量 48%，我們認為，減少汽車石油消耗能夠降低我國的石油依存度。若采用天然氣能源，我國天然氣儲量同樣較低：根據(jù)海關總署數(shù)據(jù)， 2018 年中國是全球第一大天然氣進口國，2019 年對外依存度達到 43%，難以支撐汽車的能 源需求。而相比之下，我國煤炭儲量較大，能夠?qū)崿F(xiàn)電力的自給自足，同時還能夠通過核能、太陽能、風能等方式增加電力供給，電動汽車成為解決能源安全問題的必然選擇。

 

 

美國能源部旗下的組織 U.S. Drive 在 2017 年發(fā)布的《電氣電子技術路線圖》4中指出，在 2025 年電控的功率密度需達到 100kW/L，效率應大于 98%；而電機的功率密度需達到 50kW/L， 效率應大于 97%。根據(jù)我國工信部發(fā)布的《<中國制造 2025>重點技術領域路線圖（2018 年 版）》，在 2025 年，自主電控產(chǎn)品應實現(xiàn)功率密度不低于 25kW/L。我們認為，這個標準制定的初衷，是因為體積涉及到了汽車有效空間利用和乘客的體驗。

 

目前電動汽車主要采用硅基器件，但受自身性能極限限制，硅基器件的功率密度難以進一步提高。在電動汽車的動力單元和控制單元中，變換器和逆變器多采用 Si 基 IGBT 或 MOSFET 作為功率器件。但 Si 材料在高開關頻率及高壓下?lián)p耗大幅提升，功率密度已經(jīng)接近了其性能極限。我們看到，早期的主流混動車型中，其逆變器功率密度基本在 20kW/L 以下，而采用了第三代化合物半導體 SiC 材料的逆變器，由于 SiC 具有效率高、尺寸更小和重量更低的優(yōu)勢，可以將功率密度大幅提升，我們認為其是 Si 材料未來的理想替代。

 

 

 

續(xù)航里程是電動車的一大痛點。結合英飛凌的研究數(shù)據(jù)，我們認為 SiC 器件可以從導通/開關兩個維度降低損耗，整體損耗相比 Si 基器件降低 80%以上，實現(xiàn)增加電動車續(xù)航里程的目的。

 

SiC 材料臨界擊穿電場高，導通電阻低，可降低器件的導通損耗。由于 SiC 的禁帶寬度 （3.3eV）遠高于 Si（1.1eV），因此其漂移區(qū)寬度得到大大縮短、可實現(xiàn)的摻雜濃度也得到提高。在 SiC MOSFET 導通時，正向壓降和損耗都小于 Si-IGBT。根據(jù)英飛凌研究， 當負載電流為 15A 時，常溫下 SiC MOSFET 的正向壓降只有 Si IGBT 的一半，在 175℃ 結溫下，SiC MOSFET 的正向壓降約是 Si IGBT 的 80%。

 

SiC-MOSFET 不存在拖尾電流，載流子遷移率高，降低器件開關損耗。Si-IGBT 模塊中會集成快恢復二極管（FRD），在關斷會存在反向恢復電流及拖尾電流，導致其開關速度受到限制，從而造成較大的關斷損耗。而 SiC-MOSFET 屬于單極器件，更像一個剛性開關，不存在拖尾電流，且較高的載流子遷移率（約 Si 的 3 倍）也減少了開關時間，損耗因此得以降低。根據(jù)英飛凌研究，在 25℃結溫下， SiC MOSFET 關斷損耗大約是 Si IGBT 的 20%；在 175℃的結溫下，SiC MOSFET 關斷損耗僅有 IGBT 的 10%。

 

 

輕量化是整車廠的不懈追求。我們認為 SiC 器件具備高飽和速率、高電流密度、高熱導率的特點，有利于新能源汽車零部件輕量化的實現(xiàn)。

 

SiC 材料具備更高的電流密度，相同功率等級下封裝尺寸更小。SiC 具備較高的載流子遷移率，能夠提供較高的電流密度。在相同功率等級下，碳化硅功率模塊的體積顯著小于硅基模塊，有助于提升系統(tǒng)的功率密度。以 IPM 為例，碳化硅功率模塊體積可縮 小至硅功率模塊的 2/3-1/3。

 

SiC 能夠?qū)崿F(xiàn)高頻開關，減少無源器件的體積和成本。SiC 材料的電子飽和速率是 Si 的 2 倍，有助于提升器件的工作頻率；此外，如上文所述，高臨界擊穿電場（10 倍于 Si） 的特性使其能夠?qū)?MOSFET 帶入高壓領域，克服 IGBT 開關過程中的拖尾電流問題，開關損耗低，提升實際應用中的開關頻率，減少濾波器和無源器件如變壓器、電容、電感等的使用，從而減少系統(tǒng)體系和重量。在實現(xiàn)相同電感電流的情況下，開關頻率越高，可以適當降低電感值。

 

SiC 禁帶寬且具有良好的熱導率，可以減小散熱器的體積和成本。由于 SiC 材料具有寬禁帶寬度且熱導率高的特點，更容易散熱，器件可以在更高的環(huán)境溫度下工作。理論 上，SiC 功率器件可在 175℃結溫下工作。主流電動汽車一般包含兩套水冷系統(tǒng)——引 擎冷卻系統(tǒng)和電力電子設備的冷卻系統(tǒng)，冷卻溫度分別為 105 和 70℃。如果采用 SiC 功 率器件，可以使器件工作于較高的環(huán)境溫度中，有望實現(xiàn)兩套水冷系統(tǒng)合二為一，甚至采用風冷系統(tǒng)，減少散熱器體積及成本。

 

 

實現(xiàn)快充的關鍵是通過增大電流或提升電壓提升充電功率，由于電流提升存在可預見的上限，高電壓是實現(xiàn)快充的必然趨勢。根據(jù) e-technology 的研究，受到充電插頭及電芯的溫度限制，即使采用液冷充電插頭，電動車充電也存在 500A 的電流上限，要實現(xiàn) 200kW 以上的快充功率，電動車必然會從 400V 系統(tǒng)轉(zhuǎn)向 800V 系統(tǒng)。同時，達到相同功率的情況下， 提升電壓則可以相應降低電流，減少散熱及導線橫截面。根據(jù) e-technology 的估算，以 100kWh 的電池為例，從 400V 電車系統(tǒng)提升為 800V 電車系統(tǒng)，由于電池散熱減重及導線質(zhì)量降低可以推動電池實現(xiàn) 25kg 的重量降低，降低電車能耗，提升電車續(xù)航里程。

 

我們認為，若系統(tǒng)電壓（總線電壓）從 400V 提高至 800V，需要同時提高半導體器件的耐壓的水平，650V IGBT 將無法工作，Si MOSFET 的耐壓極限也會明顯被超越，若采用 Si 基器件，必須使用 1200V IGBT。受限于體積、功耗、散熱等因素，通常情況下 1200V 的 IGBT 模塊一般服務于工業(yè)場景，很難通過車規(guī)認證，2018 年英飛凌才推出第七代 IGBT 技術，使 1200V 模塊車用成為可能。但我們認為，SiC 的材料特性優(yōu)勢有望使其在 800V 系統(tǒng)部署中更受整車廠青睞，同時，輸出功率的提升也使 SiC 材料成為 800V 系統(tǒng)的理想選擇。

 

 

目前，由于受到 SiC 長晶技術壁壘高（如：需要高溫生長及精確控制；長晶速度很慢而不能像 Si 一樣拉晶；爐體尺寸限制晶圓尺寸不好做大；材料硬度高韌性差容易斷裂）、器件良率 低（如：摻雜工藝要求高、形成歐姆接觸困難）等因素掣肘，因此 SiC 器件高昂的生產(chǎn)成本阻止了其初期被整車廠大量采用。

 

以目前的成本來看，新能源車的度電單價（三元、不含稅）價格在 900 元人民幣左右，而在 2025 年有望降至 560 元左右。假設 400km 續(xù)航里程，電池包的價格分別在 42,500 元 /24,000 元左右。若要增加 10%的續(xù)航，我們線性外推得到電池包的邊際成本為 4,500 元 /2,400 元。

 

目前，SiC 器件成本約為硅基器件的 5 倍以上，為當前 SiC 器件難以在中低端車型大規(guī)模應用的主要原因。以 A 級車為例，主逆變器中 IGBT 器件成本約為 1,300 元，若替換為 SiC 則將會帶來至少 5,000 元以上的成本增加，而同時帶來 5%-10%續(xù)航里程的提升。我們測算， 若暫不考慮冷卻系統(tǒng)節(jié)省的成本及空間節(jié)約帶來的附加值，在新能源車平價目標下，若 SiC 能換取 5%-10%的續(xù)航里程增加，則當 SiC 的器件成本將下降至硅基器件的 1 倍時，其經(jīng)濟效益有望助推 SiC 在全系列車型全面普及；若采用 SiC 材料能增加電動車 10% 的續(xù)航里程，對于車廠來講，單車成本的節(jié)約在 1,100 人民幣左右。

 

我們測算，2021 年國內(nèi) SiC 器件/模塊市場規(guī)模為 10 億元/24 億元，2025 年有望達到 62 億 元/78 億元，年復合增速達 58%/35%，迎來高速增長期。

 

功率開關器件在新能源汽車中的應用范圍很廣，其中主要包括主逆變器、直流 DC/DC 轉(zhuǎn)換 器、車載充電機等。我們以自上而下的方式，以新能源車出貨量為基礎，配合滲透率、SiC 模塊/器件單車價值等假設測算，得出 2025 年中國新能源車及周邊應用將帶來 62 億元的 SiC 器件市場空間，78 億元的 SiC 模塊市場空間（包含器件成本），2021-2025 年復合增速達 58%/35%。其中我們的關鍵假設如下：

 

第一，從成本下降曲線來看，我們認為 SiC 本身的成本下降曲線是線性的，但由于整體市場需求高漲，上游擴產(chǎn)積極，成本下降可能會呈現(xiàn)加速趨勢，年同比降幅將有望 從低雙位數(shù)加速至近 20%；

 

第二，從車型來看，我們認為到 2025 年 SiC 成本仍然難以下降至 A 級車 Si 基器件的 2 倍水平。中高級乘用車由于具有品牌溢價，成本上升帶來的續(xù)航里程增加、輕量化等附加體驗也更容易被消費者所接受，我們認為 B/C 級車大規(guī)模采用 SiC 器件的可能性 大，其中 Tesla 及比亞迪作為現(xiàn)有整車廠中最為積極兩方（根據(jù)公開資料，Model 3 及比亞迪漢車型已經(jīng)搭載了 SiC 模塊的主逆變器），未來 SiC 器件滲透率有望繼續(xù)加速。未來華為、蘋果等大廠及小鵬、蔚來等高端造車新勢力設計的整車也有望大量采用 SiC。而非豪華品牌 A 級（包含）及以下車型采用 SiC 的可能性很小。考慮到成本更高，對空間和續(xù)航里程敏感度更低等因素，在商用車方面，我們預計 SiC 滲透率將整體低于乘用車；

 

第三，從零部件種類來看，主逆變器（Inverter）會先進行 SiC 替換，由于車載充電機 （OBC）、直流轉(zhuǎn)換器（DC-DC）、快充（Booster）等工作頻率高，從 SiC 高頻性能來看要優(yōu)于 Si 基材料，同樣存在較大替換空間；

 

第四，從器件類型及價值量來看，主逆變器中由于搭載 SiC 模塊，半導體價值量最高， 而車載充電機、直流轉(zhuǎn)換器等部分僅搭載單管器件，整體價值量不及主逆變器。

 

 

以 65nm 制程為例，目前 12 英寸硅片（拋光片）售價僅在 100 美元左右，而最終的晶圓售價高達 1,500 美元，原因在于 Si 集成電路工藝歷經(jīng)多次刻蝕、光刻、清洗等前道處理步驟， 在硅片表面制作器件的附加價值量高。而 SiC 僅被用于制造分立器件，其本身工藝難度并不大（SiC MOSFET 仍是橫向平面工藝器件），襯底及外延質(zhì)量則從很大程度上決定了最終的器件性能。根據(jù)我們的產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，由于 SiC 襯底及外延生長溫度高、速度慢、良率低等原因， 從價值量上看，2020 年 2,500 美元售價的 SiC 晶圓成品中，襯底片價值量約 1,100 美元，外 延片價值量約 500 美元，合計價值量達 1,700 美元，約占整體晶圓成品價值量的 63%。因 此，我們認為 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)地位至關重要，且從投資回報情況來看，SiC 基襯底的投入產(chǎn)出比要優(yōu)于 Si，部分企業(yè)的投入產(chǎn)出比可以接近 1：1 水平（1 元人民幣的投資對應 1 元年收入），是一個優(yōu)良的賽道。

 

結合我們對 SiC 器件市場規(guī)模的測算及對襯底/外延部分價值量的假設，我們預計 2025 年中國本土新能源車用 SiC 襯底/外延片市場規(guī)模將達到 26 億/39 億人民幣。

 

 

SiC 襯底主要分為導電型和半絕緣型兩類，新能源車用半導體器件基于導電型碳化硅襯底制造。具體應用形式來看，導電型 SiC 襯底一般會再生長 SiC 外延層得到 SiC 外延片，主要用于制造耐高溫、耐高壓的功率器件，應用于新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、 航空航天等領域；而在半絕緣型 SiC 襯底上，通常會上生長 GaN 外延層，制得 SiC 基 GaN 外延片，可進一步制成微波射頻器件，應用于 5G 通訊、雷達等領域。

 

導電型及半絕緣型 SiC 襯底在制作工藝上存在較大差異。在主流的物理氣相傳輸法（PVT） 長晶工藝中，半絕緣型 SiC 襯底的生長對原材料碳化硅粉末純凈度要求高，同時需要在生長過程中加入釩雜質(zhì)，摻雜工藝難度大。而導電型襯底相對容易獲得，但需要對摻雜有較好的控制，且功率器件需要在較大襯底上生產(chǎn)才具備經(jīng)濟效益，SiC 單晶擴徑問題也是壁壘。除了主流 PVT 生長方法外，我們也看到一些新工藝的進步，目前日本電裝（DENSO）等企業(yè)正在利用高溫化學氣相沉積方法（HTCVD）將高純氣態(tài)碳源和硅源在高溫結合，來得到 高阻值的碳化硅單晶，且生長速率能達到 1.0mm/h-3.0mm/h，值得長期關注。但綜合考慮成本、良率及工藝成熟度等問題，我們認為目前 PVT 方法仍為市場主流技術。

 

碳化硅襯底市場以海外廠商為主導，中國企業(yè)市場份額現(xiàn)較小。碳化硅襯底產(chǎn)品的制造涉及設備研制、原料合成、晶體生長、晶體切割、晶片加工、清洗檢測等諸多環(huán)節(jié)，需要長期的工藝技術積累，存在較高的技術及人才壁壘。自 1955 年首次在實驗室成功制備碳化硅單晶以來，美國、歐洲、日本等發(fā)達國家與地區(qū)不斷創(chuàng)新碳化硅晶體的制備技術與設備， 形成了較大優(yōu)勢；而中國碳化硅晶體的研究從 20 世紀 90 年底末才起步，2000 年以后開始工業(yè)化生產(chǎn)的探索。根據(jù) Yole Development 數(shù)據(jù)，2020 年上半年 Wolfspeed（Cree 全資子 公司）市占率達到 45%以上，國內(nèi)龍頭天科合達和山東天岳的合計市場份額不到 10%。

 

山東天岳、爍科晶體（中電科孵化）、河北同光（中科院半導體所孵化）現(xiàn)有主要產(chǎn)品為高純半絕緣襯底，而天科合達（中科院物理所孵化）、世紀金光主要產(chǎn)品為導電型襯底。當前中國企業(yè)與 Wolfspeed 在技術研發(fā)上仍有較大差距，但差距正在逐步縮小，8 英寸碳化硅襯底研發(fā)及量產(chǎn)落后 3 年。以頭部企業(yè)天科合達/世紀金光為例，根據(jù)天科合達招股書披露，公司于 2006 年開始小批量生產(chǎn) 2 英寸碳化硅襯底，分別于 2017 年及 2019 年開始大批量生產(chǎn)導電型及絕緣型 4 英寸碳化硅襯底，2020 年實現(xiàn) 6 英寸碳化硅襯底大批量生產(chǎn)。

 

而根據(jù)公開資料，世紀金光于 2020 年實現(xiàn) 6 英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)6。對比國際一線廠商， 天科合達 2 英寸產(chǎn)品落后 16 年（國際廠商 19 世紀 90 年代開始），4 英寸落后 7 年（國際 廠商 2010 年開始），6 英寸時間進一步縮短至 5 年（國際廠商 2015 年開始）。Wolfspeed 于 2019 年 10 月推出 8 英寸碳化硅襯底樣品，并計劃于 2022 年量產(chǎn)，而天科合達于 2020 年 1 月開始進行研發(fā)，計劃于 2022 年 6 月完成研發(fā)，屆時中美兩國差距有望進一步縮小。

 

 

結合我們對 2025 年器件市場空間及單晶圓售價假設，我們測算出 2025 年中國新能源車及快充樁對 SiC 導電型襯底的年需求量高達 79 萬片 6 寸晶圓。而由于 SiC 長晶、外延、前道 技術處理綜合良率大幅不如硅基器件，目前良率水平僅在 50%左右（我們預計 2025 年有望 提升至 70%），實際 SiC 導電型襯底年產(chǎn)能需求將超過 113 萬片 6 寸晶圓，市場空間十分可觀。根據(jù)我們產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研的不完全統(tǒng)計，目前中國本土SiC襯底供應商已經(jīng)有6家投入量產(chǎn)， 有公開數(shù)據(jù)披露的 2025 年產(chǎn)能規(guī)劃合計基本與屆時新能源車及快充樁需求相當。但考慮到 新能源發(fā)電、工業(yè)電源等應用場景中 SiC 仍然對 Si 基器件有大量替換空間，我們認為國內(nèi)廠商現(xiàn)有導電型 SiC 產(chǎn)能規(guī)劃仍存在缺口。

 

SiC 產(chǎn)業(yè)鏈主要包含以下四個環(huán)節(jié)：襯底生長、外延生長、器件設計及制造（或分工完成， 采用一體化的 IDM 模式）。中國本土目前企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了對產(chǎn)業(yè)鏈的全覆蓋布局，但在較大尺寸導電型襯底（6 寸及以上）、MOSFET 器件設計制造上與海外同業(yè)者相比仍存在較大進步空間。