（報告出品方/作者：民生證券，方競）

1 碳化硅：第三代半導體突破性材料

1.1 優(yōu)質的新型半導體襯底材料

半導體材料根據時間先后可以分為三代。第一代為鍺、硅等普通單質材料，其 特點為開關便捷，一般多用于集成電路。第二代為砷化鎵、磷化銦等化合物半導體， 主要用于發(fā)光及通訊材料。第三代半導體主要包括碳化硅、氮化鎵等化合物半導體 和金剛石等特殊單質。憑借優(yōu)秀的物理化學性質，碳化硅材料在功率、射頻器件領 域逐漸開啟應用。 第三代半導體耐壓性較好，是大功率器件的理想材料。第三代半導體主要是碳 化硅和氮化鎵材料， SiC 的禁帶寬度為 3.2eV，GaN 的禁帶寬度為 3.4eV，遠超 過 Si 的禁帶寬度 1.12eV。由于第三代半導體普遍帶隙較寬，因此耐壓、耐熱性較 好，常用于大功率器件。其中碳化硅已逐漸走入大規(guī)模運用，在功率器件領域，碳 化硅二極管、MOSFET 已經開始商業(yè)化應用。

基于上述特性，以碳化硅為襯底制成的功率器件相比硅基功率器件在性能方 面更加具有優(yōu)勢：（1）更強的高壓特性。碳化硅的擊穿電場強度是硅的 10 余倍， 使得碳化硅器件耐高壓特性顯著高于同等硅器件。（2）更好的高溫特性。碳化硅相較硅擁有更高的熱導率，使得器件散熱更容易，極限工作溫度更高。耐高溫特性可 以帶來功率密度的顯著提升，同時降低對散熱系統(tǒng)的要求，使終端可以更加輕量和 小型化。（3）更低的能量損耗。碳化硅具有 2 倍于硅的飽和電子漂移速率，使得 碳化硅器件具有極低的導通電阻，導通損耗低；碳化硅具有 3 倍于硅的禁帶寬度， 使得碳化硅器件泄漏電流比硅器件大幅減少，從而降低功率損耗；碳化硅器件在關 斷過程中不存在電流拖尾現象，開關損耗低，大幅提高實際應用的開關頻率。 根據ROHM的數據，相同規(guī)格的碳化硅基MOSFET導通電阻是硅基MOSFET 的 1/200，尺寸是是硅基 MOSFET 的 1/10。對于相同規(guī)格的逆變器來說，使用碳 化硅基 MOSFET 相比于使用硅基 IGBT 系統(tǒng)總能量損失小于 1/4。

碳化硅優(yōu)良的頻率、散熱特性，使得其在射頻器件上也得到廣泛應用。碳化硅、 氮化鎵材料的飽和電子漂移速率分別是硅的 2.0、2.5 倍，因此碳化硅、氮化鎵器 件的工作頻率大于傳統(tǒng)的硅器件。然而，氮化鎵材料存在耐熱性能較差的缺點，而 碳化硅的耐熱性和導熱性都較好，可以彌補氮化鎵器件耐熱性較差的缺點，因此業(yè) 界采取半絕緣型碳化硅做襯底，在襯底上生長氮化鎵外延層后制造射頻器件。

按照電學性能的不同，碳化硅襯底可分為半絕緣型碳化硅襯底和導電型碳化 硅襯底兩類，這兩類襯底經外延生長后分明用于制造功率器件、射頻器件等分立器 件。其中，半絕緣型碳化硅襯底主要應用于制造氮化鎵射頻器件、光電器件等。通 過在半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層，制得碳化硅基氮化鎵外延片，可進 一步制成 HEMT 等氮化鎵射頻器件。導電型碳化硅襯底主要應用于制造功率器件。 與傳統(tǒng)硅功率器件制作工藝不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅襯底上， 需在導電型襯底上生長碳化硅外延層得到碳化硅外延片，并在外延層上制造肖特 基二極管、MOSFET、IGBT 等功率器件。

外延工藝是指在碳化硅襯底的表面上生長一層質量更高的單晶材料，如果在 半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層，則稱為異質外延；如果在導電型碳化硅 襯底表面生長一層碳化硅外延層，則稱為同質外延。 外延層的生長可以消除襯底生長中的某些缺陷，生長的外延層質量相對較好。 碳化硅晶體生長的過程中會不可避免地產生缺陷、引入雜質，導致襯底材料的質量 和性能都不夠好。而外延層的生長可以消除襯底中的某些缺陷，使晶格排列整齊。 例如襯底缺陷中的 BPD（基平面位錯）約 95%轉化為 TED（貫穿刃型位錯），而 BPD 可導致器件性能退化，TED 基本不影響最終碳化硅器件的性能。

1.2 碳化硅功率器件性能優(yōu)異

由于碳化硅材料具有高禁帶寬度、高飽和電子漂移速度、高擊穿強度、高熱導 率等特點，碳化硅是功率器件理想的制造材料。當前碳化硅材料功率器件主要分為 二極管和晶體管，其中，二極管主要包括肖特基二極管（SBD）、結勢壘肖特基二 極管（JBS）、PiN 功率二極管（PiN）；晶體管主要包括金屬氧化物半導體場效應 晶體管（MOSFET）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、結型場效應晶體管（JFET）、雙 極型晶體管（BJT）、晶閘管。

碳化硅 MOSFET 主要分為平面結構和溝槽結構。平面型碳化硅 MOSFET 的 結構特點是工藝簡單、單元的一致性較好、雪崩能量比較高；缺點是當電流被限制 在靠近 P 體區(qū)域的狹窄的 N 區(qū)中流過時會產生 JFET 效應，增加通態(tài)電阻，且寄 生電容較大。 溝槽型碳化硅 MOSFET 是將柵極埋入基體中，形成垂直的溝道，這種結構的 特點是可以增加單元密度，沒有 JFET 效應，溝道晶面實現最佳的溝道遷移率，導 通電阻比平面結構要明顯的降低；缺點是由于要開溝槽，工藝變得復雜，且單元的 一致性較差，雪崩能量比較差。

溝槽型碳化硅 MOSFET 專利壁壘較高。目前國際上量產平面型碳化硅 MOSFET 的碳化硅廠商主要有 Wolfspeed、意法半導體、Microsemi、羅姆等， 國內量產的有 APS、瀚薪、派恩杰、清純半導體等 Fabless 廠商。而目前可量產的 SiC 溝槽結構較為稀缺，全球量產溝槽型碳化硅 MOSFET 的僅有羅姆的雙溝槽結 構、英飛凌的半包溝槽結構、日本住友的接地雙掩埋結構等。

相比平面型 MOSFET，溝槽型碳化硅 MOSFET 在成本和性能上都具有較強 優(yōu)勢。以羅姆的第三代碳化硅 MOSFET（第一代溝槽型碳化硅 MOSFET）為例，其芯片面積僅為羅姆第二代平面型碳化硅 MOSFET 的 75%，且同一芯片尺寸下其 導通電阻降低了 50%。而羅姆的第二代溝槽型碳化硅 MOSFET 相比第一代溝槽型 碳化硅 MOSFET 導通電阻亦可再降低 40%。

1.3 星辰大海，藍海市場空間廣闊

最早商業(yè)化碳化硅產品的是美國的 CREE 公司，其發(fā)展歷史具有較強的代表 性。碳化硅的產業(yè)化基本可分為三個階段，第一階段是碳化硅 LED 的誕生及商業(yè) 化，第二階段是射頻器件的商業(yè)化，第三部分是功率器件的商業(yè)化。2002 年 CREE 推出商用肖特基二極管、2011 年推出商用碳化硅 MOSFET 是行業(yè)兩個重要的發(fā) 展節(jié)點。2019 年特斯拉在 Model3 新能源汽車上應用碳化硅 MOSFET 產品更是 將行業(yè)熱情進一步推向高點。CREE 的碳化硅器件項目 2021 年前主要由旗下子公 司 Wolfspeed 負責，目前 CREE 已經出售 LED 業(yè)務，并更名為 Wolfspeed，主 營業(yè)務變更為碳化硅射頻及功率器件。

碳化硅在射頻、功率器件領域應用廣泛，市場增長空間廣闊。根據碳化硅行業(yè) 全球龍頭廠商 Wolfspeed 的預測，受新能源汽車及發(fā)電、電源設備、射頻器件等 需求驅動，2026 年碳化硅器件市場規(guī)模有望達到 89 億美元，其中用于新能源汽車和工業(yè)、能源的 SiC 功率器件市場規(guī)模為 60 億美元，用于射頻的 SiC 器件市場 規(guī)模為 29 億美元。碳化硅在功率及射頻器件領域具備較強的優(yōu)勢，具備較強的應 用價值，有望在新能源汽車、工業(yè)和能源、射頻市場逐步完成對硅基器件的替代。 根據 YOLE 的預測，碳化硅的市占率有望在 2024 年突破 10%。

第三代半導體戰(zhàn)略意義重大，世界各個國家和地區(qū)均在努力推進發(fā)展工作。歐 洲的 SPEED 計劃、MANGA 計劃，美國的 SWITCHES 計劃、NEXT 計劃，日本 的新一代功率電子項目都是意在通過政府資助和企業(yè)加強投資的方式推動新一代 化合物半導體落地的計劃，背后都具有明顯的戰(zhàn)略意圖。第三代半導體的重要性各 國都已明確，中國早在 2016 年的“十三五”規(guī)劃中就將碳化硅和半導體照明列入 重點項目，隨后科技部、發(fā)改委等四部門又將碳化硅襯底技術列入重點突破領域。

我國亦在大力推動碳化硅行業(yè)發(fā)展，國資不斷支持國內廠商立項融資。2018 年國內碳化硅相關的投資項目簽署額僅 50 億元，到 2020 年已達 463 億元，且其 中有接近 90%的項目有政府參與，表明了國家對該領域的大力支持。

1.4 碳化硅產業(yè)鏈價值集中于上游襯底和外延

碳化硅產業(yè)鏈主要包括襯底、外延、器件設計、器件制造、封測等。從工藝流 程上看，碳化硅一般是先被制作成晶錠，然后經過切片、打磨、拋光得到碳化硅襯 底；襯底經過外延生長得到外延片。外延片經過光刻、刻蝕、離子注入、沉積等步 驟制造成器件。將晶圓切割成 die，經過封裝得到器件，器件組合在一起放入特殊 外殼中組裝成模組。

碳化硅產業(yè)鏈價值集中于上游襯底和外延環(huán)節(jié)。根據 CASA 的數據，襯底約 占碳化硅器件成本的 47%，外延環(huán)節(jié)又占據 23%，制造前的成本占據全部成本的 70%。而對于 Si 基器件來說，晶圓制造占據 50%的成本，硅片襯底僅占據 7%的 成本，碳化硅器件上游襯底和外延價值量凸顯。由于碳化硅襯底及外延價格相對硅片較為昂貴，碳化硅功率器件現階段滲透率較低。然而，由于碳化硅器件高效率、 高功率密度等特性，新能源汽車、能源、工業(yè)等領域的強勁需求有望帶動碳化硅滲 透率快速提升。

碳化硅襯底的尺寸不斷增大，當前國際主流尺寸為 6 英寸，正在向 8 英寸邁 進。自從 1991 年第一塊商用碳化硅襯底誕生，目前全球主要廠商的襯底尺寸已達 到 6 英寸。而全球碳化硅領域龍頭 CREE 公司（現更名為 Wolfspeed）已于 2015 年推出了 8 英寸碳化硅襯底，并于 2022 年 4 月宣布其位于美國紐約州莫霍克谷 （Mohawk Valley）的全球最大 8 英寸碳化硅制造設施正式開業(yè)。

單片襯底面積的增長有利于制造成本的下降，同時器件制造過程中襯底邊緣 的浪費也將下降。根據 Wolfspeed 數據，一片 6 英寸碳化硅襯底可以產出 448 顆 die，邊緣損失為 14%；而一片 8 英寸碳化硅襯底可產出 845 顆 die，邊緣損失下 降至 7%，襯底利用率更高。

中國企業(yè)在單晶襯底方面以 4 英寸為主，目前國內企業(yè)已經開發(fā)出了 6 英寸 導電性碳化硅襯底和高純半絕緣碳化硅襯底。其中天科合達和天岳先進為主的碳 化硅晶片廠商發(fā)展速度較快，市占率提升明顯，三安光電（北電新材）在碳化硅方 面也在深度布局。

2 SiC 引領行業(yè)變革，新需求快速涌現

2.1 新能源汽車占據碳化硅最大下游應用市場

按照電學性能的不同，碳化硅襯底可分為半絕緣型碳化硅襯底和導電型碳化 硅襯底兩類，這兩類襯底經外延生長后主要用于制造功率器件、射頻器件等分立器 件。 其中，半絕緣型碳化硅襯底主要應用于制造氮化鎵射頻器件。通過在半絕緣型 碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層，制得碳化硅基氮化鎵外延片，可進一步制成 HEMT 等氮化鎵射頻器件。 導電型碳化硅襯底主要應用于制造功率器件。與傳統(tǒng)硅功率器件制作工藝不 同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅襯底上，需在導電型襯底上生長碳化硅 外延層得到碳化硅外延片，并在外延層上制造肖特基二極管、MOSFET、IGBT 等 功率器件。

導電型襯底在功率器件中得到廣泛應用，下游市場包括新能源汽車、光伏、高 鐵、工業(yè)電源等領域。導電型碳化硅襯底主要應用于制造功率器件，功率器件是電 力電子行業(yè)的重要基礎元器件之一，廣泛應用于電力設備的電能轉化和電路控制 等領域，涉及經濟與生活的方方面面。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，較好地契合功率器件的要求，因而在近年被快速推廣應用，例如新 能源汽車、光伏發(fā)電等領域。

碳化硅功率器件目前主要應用于逆變器中。逆變器是一種將直流信號轉化為 高壓交流電的裝置，在傳統(tǒng)硅基 IGBT 逆變器中，其基本原理為利用方波電源控制 IGBT 的開關，使得原來的直流電路輸出方波高電壓，經過整形模塊的整形后形成 正弦電壓，即交流電。由于輸出電壓和輸出頻率可以任意控制，所以逆變器被廣泛 用于控制交流電機和無刷電機的轉速，是新能源發(fā)電、不間斷電源、電動汽車、軌 道交通、白色家電、電力配送等領域不可或缺的功率轉換裝置。

汽車是碳化硅功率器件最大的下游應用市場。根據 YOLE 的數據，2021 年全 球碳化硅功率器件市場規(guī)模為 10.90 億美元，其中應用于汽車市場的碳化硅功率 器件市場規(guī)模為 6.85 億美元，占比約為 63%；其次分別是能源、工業(yè)等領域， 2021 年市場規(guī)模分別為 1.54 億、1.26 億美元，占比分別為 14.1%、11.6%。

未來隨著碳化硅器件在新能源汽車、能源、工業(yè)等領域滲透率不斷提升，碳化 硅器件市場規(guī)模有望持續(xù)提升。根據 Yole 的預測，2027 年全球碳化硅功率器件 市場規(guī)模有望達 62.97 億美元，2021-2027 年 CAGR 達 34%；其中汽車市場碳 化硅功率器件規(guī)模有望達 49.86 億美元，占比達 79.2%，汽車仍為碳化硅功率器 件下游第一大應用市場。

碳化硅在電動汽車領域主要用于：主驅逆變器、車載充電系統(tǒng)(OBC)、電源轉 換系統(tǒng)(車載 DC/DC)和非車載充電樁。根據全球碳化硅領域龍頭廠商 Wolfspeed 公司的預測，到 2026 年汽車中逆變器所占據的碳化硅價值量約為 83%，是電動 汽車中價值量最大的部分。其次為 OBC，價值量占比約為 15%；DC-DC 轉換器 中 SiC 價值量占比在 2%左右。此外，電動汽車充電樁也是 SiC 器件的一大應用領 域。

碳化硅 MOSFET 在電動汽車主驅逆變器中相比 Si-IGBT 優(yōu)勢明顯，雖然當 前 SiC 器件單車價格高于 Si-IGBT，但 SiC 器件的優(yōu)勢可降低整車系統(tǒng)成本：（1） 由于碳化硅 MOSFET 相比硅基 IGBT 功率轉換效率更高，根據 Wolfspeed 數據， 采用碳化硅 MOSFET 的電動汽車續(xù)航距離相比硅基 IGBT 可延長 5-10%，即在 同樣續(xù)航里程的情況下可削減電池容量，降低電池成本。（2）碳化硅 MOSFET 的 高頻特性可使得逆變器線圈、電容小型化，電驅尺寸得以大幅減少，而可聽噪聲的 降低可以減少電機鐵損。（3）碳化硅 MOSFET 可承受更高電壓，在電機功率相同 的情況下可以通過提升電壓來降低電流強度，從而使得束線輕量化，節(jié)省安裝空間。

車載充電機(OBC)為電動汽車的高壓直流電池組提供了從基礎設施電網充電 的關鍵功能，通過使用車載充電器可將電網中的交流電轉換為直流電對電池進行 充電，OBC 是決定了充電功率和效率的關鍵器件。對于電動汽車車載充電機來說， 碳化硅 MOSFET 相比 Si 基器件同樣具有系統(tǒng)優(yōu)勢： （1）更低的系統(tǒng)成本。雖然 SiC 器件相較于 Si 基器件價格較貴，但是使用 SiC 器件的 OBC 可以節(jié)省磁感器件和驅動器件成本，從而降低系統(tǒng)成本。 （2）更高的峰值效率。OBC 中使用 SiC 器件后充電峰值效率較使用 Si 基器 件的系統(tǒng)提升 2 個點。 （3）更大的功率密度。使用 SiC 器件的系統(tǒng)功率密度較 Si 基器件提升約 50%， 從而減少 OBC 的重量和體積。

DC-DC 轉換器是轉變輸入電壓并有效輸出固定電壓的電壓轉換器。車載 DC/DC 轉換器可將動力電池輸出的高壓直流電轉換為低壓直流電，主要給車內動 力轉向、水泵、車燈、空調等低壓用電系統(tǒng)供電。未來隨著電動汽車電池電壓升至 800V 高壓平臺，1200V 的 SiC MOSFET 有望被廣泛應用于 DC-DC 轉換器中： （1）首先，OBC 與 DC-DC 等功率器件集成化趨勢明顯，22KW 車載充電機 中，DC-DC 轉換器與 OBC 有望集成。（2）其次，雙向 DC-DC 轉換器中，SiC 的高速恢復特性最為合適； （3）為能夠適配原 400V 直流快充樁，搭載 800V 電壓平臺的新車須配有額 外 DC-DC 轉換器進行升壓，進一步增加對 DC-DC 的需求。

全球新能源汽車銷量不斷增長，頭部廠商逐漸采用碳化硅器件。根據工信部的 數據，2021 年全球新能源車銷量為 675 萬輛，同比增長 108%；其中，中國新能 源汽車市場持續(xù)突破，2021 年銷量達 352 萬輛，同比增長 160%以上。 特斯拉是業(yè)界首個在電動汽車中采用碳化硅主驅逆變器模塊的車企，2018 年， 特斯拉在 Model 3 中首次將 IGBT 模塊換成了 SiC 模塊。當前越來越多的車廠正 在轉向在電驅中使用碳化硅 MOSFET 器件，目前除特斯拉 Model3 外，還有比亞 迪漢 EV、比亞迪新款唐 EV、蔚來 ES7、蔚來 ET7、蔚來 ET5、小鵬 G9、保時捷 Tayan 和現代 ioniq5 等車型已經在電驅中采用了碳化硅器件。

在光伏發(fā)電領域，由于使用 SiC 器件可以降低光伏發(fā)電系統(tǒng)損耗，未來隨著 碳化硅器件成本的不斷降低，碳化硅器件有望逐步替代硅基器件，市場規(guī)模有望不 斷提升。在光伏發(fā)電應用中，基于硅基器件的傳統(tǒng)逆變器成本約占系統(tǒng) 10%左右， 卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來源之一。而根據天科合達招股書顯示，使用碳化硅材料， 可將轉換效率可從 96%提升至 99%以上，能量損耗降低 50%以上，設備循環(huán)壽命 提升 50 倍。根據 CASA 預測，在 2025 年，碳化硅功率器件占比將達到 50%，相 比 2020 年增長 40 個百分點，并將持續(xù)擴大占比。

此外，碳化硅材料可以顯著提升列車牽引系統(tǒng)節(jié)能效果，符合軌道交通大容量、 輕量化和節(jié)能型牽引變流裝置的應用需求，有望在軌道交通中得到廣泛應用。同時， 由于碳化硅抗高溫高壓高頻的特性，完美切合智能電網發(fā)展需求，被應用在固態(tài)變 壓器、柔性交流輸電、柔性直流輸電、高壓直流輸電及配電系統(tǒng)等應用方面推動智 能電網的發(fā)展和變革。雖然 2018 年碳化硅在軌道交通的應用占比僅為 2%，但 CASA 預測在 2030 年碳化硅在軌道交通功率器件的應用占比將達 30%，滲透率 不斷提升。

2.2 汽車高壓平臺升級，800V 時代 SiC 成為剛需

800V 快充系統(tǒng)推動汽車平臺升級。新能源汽車行業(yè)一個亟待解決的問題就是 “里程焦慮”，提升充電速度就需要提升充電樁的輸出功率，則需要提升充電電壓 或電流。根據 Wolfspeed 數據，當前我國商用的主流快充充電樁的功率為 100~150KW，電動汽車充電 400KM 里程所需的時間為 40~27 分鐘。若充電樁 采用 350KW 大功率快充系統(tǒng)，400KM 里程所需充電時間可大大縮短至 12~15 分鐘。 提升充電功率可以通過提高電流或者電壓兩種方式來實現。然而，如果通過提 升電流來增大充電功率，會帶來以下問題：（1）根據功率計算公式，電流的提升會 導致系統(tǒng)功率損耗增大；（2）電流增大，根據焦耳定律系統(tǒng)發(fā)熱會加劇，冷卻系統(tǒng) 成本增高；（3）所需線束更粗，線束重量將增大。因此提升電壓以實現大功率快充 成為行業(yè)的多數選擇。

電動汽車升級 800V 平臺，Si-IGBT 模塊面臨挑戰(zhàn)。雖然使用硅基 IGBT 的功 率模塊同樣可以做到 1000V 以上的耐受電壓，但其仍存在以下缺點：（1）400V 的 Si-IGBT 模塊將不再適用，即使換成耐高壓的 Si-IGBT，其在 800V 高電壓平臺 上仍然存在著損耗高、效率低、體積大的缺點；（2）800V 平臺上所用 Si-IGBT 數 量要明顯大于 400V 平臺，車內空間更加緊張。此時， SiC 器件由于自身高耐壓 性、低損耗、高功率密度、高熱導率等優(yōu)勢，成為 800V 時代新能源汽車的剛需。 如果采用碳化硅系統(tǒng)，800V電動汽車的整車效率將得到顯著提升。根據PCIM Europe 的研究，按照 WLTC 工況測試，基于 750V 硅基 IGBT 模塊及 1200V 碳 化硅模塊仿真，400V 電壓平臺下，1200V 碳化硅模塊相比于 750V 硅基 IGBT 模 塊，整車損耗可降低 6.9％；然而在 800V 高壓平臺下，整車損耗可降低 7.6％。 此外，由于碳化硅器件功率密度更大，采用碳化硅器件的電動汽車、充電樁可以在 較小的體積內達到較大的功率，從而節(jié)省車內空間，減輕車身重量。

為了提升電動汽車充電速度、緩解里程焦慮，越來越多的整車廠布局 800V 高 壓平臺。保時捷 Taycan 是全球首款量產的 800V 高壓平臺車型，并將最大充電功率提升至 350KW。此外，奧迪 e－tron GT、現代 Ioniq 5 和起亞 EV6 都采用了 800V 高壓平臺。與此同時，國內的車企亦紛紛向 800V 高壓平臺邁進。2021 年， 比亞迪、吉利、極狐、廣汽、小鵬等都陸續(xù)發(fā)布了搭載 800V 平臺的車型，其中小 鵬、比亞迪等 800V 高壓車型有望 2022 年量產。800V 平臺的推廣有望推動 SiC 器件在電動汽車中的滲透率快速提升。

對于直流快速充電樁來說，充電電壓升級至 800V 同樣帶來充電樁中的 SiC 功 率器件需求大增。電動汽車直流快速充電樁繞過安裝在電動汽車上的車載充電機， 直接為電池提供大功率直流充電。相比傳統(tǒng) Si 和 IGBT 器件，基于 SiC 的器件由 于具有工作溫度更高、導通損耗更小、漏電流更低、浪涌耐受能力更強、最大額定 電壓更高，以及整體功率密度更高的特點，可實現更好的充電性能。

2.3 半絕緣型碳化硅襯底廣泛應用于射頻器件領域

同屬于第三代半導體的氮化鎵同樣擁有良好的寬帶隙特性，同時其兼具第二 代半導體的高頻特性，是制造半導體射頻器件的良好材料。目前主流的射頻器件材 料有砷化鎵、硅基 LDMOS、碳化硅基氮化鎵等不同類型。其中，砷化鎵器件已在 功率放大器上得到廣泛應用，硅基 LDMOS 器件也已在通訊領域應用多年，但其 主要應用于小于 4GHz 的低頻率領域。碳化硅基氮化鎵射頻器件同時具備了碳化 硅的高導熱性能和氮化鎵在高頻段下大功率射頻輸出的優(yōu)勢，隨著信息技術產業(yè) 對數據流量、更高工作頻率和帶寬等需求的不斷增長，氮化鎵器件在基站中應用越 來越廣泛。 氮化鎵射頻器件正在取代 LDMOS 在通信宏基站、雷達及其他寬帶領域的應 用。根據 Yole 預測，至 2025 年，功率在 3W 以上的射頻器件市場中，砷化鎵器 件市場份額基本維持不變的情況下，氮化鎵射頻器件有望替代大部分硅基 LDMOS 份額，占據射頻器件市場約 50%的份額。

在應用方面，5G 通信推動著碳化硅成為射頻器件的主流材料。5G 通訊高頻、 高速、高功率的特點對微波射頻器件提出了更高要求，對目前采用的砷化鎵和硅基 LDMOS 器件提出了挑戰(zhàn)。不同于砷化鎵和硅基 LDMOS 器件的固有缺陷，如高 頻段性能差、功率效率較差等。由于半絕緣型碳化硅襯底制備的氮化鎵射頻器件在 高頻段表現良好、能抗高溫高壓，具有高功率處理能力，已逐步成為 5G 時代較大 基站功率放大器的候選技術。

伴隨全球氮化鎵射頻器件市場規(guī)模的增長，半絕緣型碳化硅襯底市場預有望 持續(xù)增長。半絕緣型襯底主要用于 5G 基站、衛(wèi)星通信、雷達等方向，隨著 5G 建 設的加速，尤其是 Massive MIMO 技術的推廣，碳化硅基氮化鎵器件市場規(guī)模不 斷擴大。根據 YOLE 的數據，2020 年封裝的氮化鎵射頻器件市場規(guī)模約為 8.91 億 美元，其中超過 99%都是采用碳化硅襯底，到 2026 年，這部分市場規(guī)模有望增 長至 22.22 億美元，年復合增速 17%。

3 國際巨頭壟斷行業(yè)，各環(huán)節(jié)產能緊缺持續(xù)

3.1 全球襯底產能緊缺，SiC 與 IGBT 雙雄并驅

當前新能源汽車、光伏、儲能等領域對 SiC 器件需求強勁，其中新能源汽車將 消耗掉全球大部分 SiC 襯底產能，全球襯底產能持續(xù)緊缺。 以特斯拉 Model 3 為例，根據特斯拉 Model 3 主驅逆變器拆解來看，其中 包括六個模塊，每個模塊由 4 個 SiC 小模塊并聯，型號為意法半導體的 ST GK026。 拆開封裝來看，每顆 SiC 小模塊有 2 個 SiC 裸晶（Die），因此該逆變器共有 48 顆 電壓/電流規(guī)格為 650V/100A 的 SiC MOSFET 芯片，單芯片的面積約 33 平方毫 米。

一片 6 英寸 SiC 襯底面積約 17663 平方毫米，根據 Wolfspeed 數據，生產 32 平方毫米大小 SiC MOSFET 過程中 6 英寸襯底邊緣損耗為 14%，我們假設 60% 的器件制造良率，則單片 6 英寸襯底可產出約 276 個良品，則單片 6 英寸襯底可 供應約 5.75 輛新能源車的主驅逆變器。根據中研網數據，2022 年全球新能源乘 用車的銷量有望達到 1000 萬輛左右，若主驅逆變器全部采用 SiC MOSFET，則 共需約 174 萬片 6 英寸 SiC 襯底。而目前全球 SiC 襯底總年產能約在 40 萬~60 萬片等效 6 英寸，SiC 襯底產能持續(xù)緊缺，SiC MOSFET 與 Si-IGBT 將在未來長 期并駕齊驅。

由于當前碳化硅行業(yè)仍處于較為初期階段，碳化硅襯底本身生產效率低、良率 低，襯底、外延、器件制造等環(huán)節(jié)產能仍然緊缺，導致碳化硅器件價格較硅基器件 較高。以特斯拉 Model 3 為例，其主驅動逆變器采用了 48 個 SiC MOSFET，總 成本約為 5000 元，是硅基 IGBT 的 3~5 倍。隨著全球碳化硅襯底產能不斷增長， 供給不斷增加，我們假設碳化硅器件價格保持年降 10%的速度，新能源汽車主驅 逆變器中碳化硅模塊的滲透率保持每年 5ppts 的增速，則我們測算 2026 年全球 新能源汽車主驅逆變器中 SiC 器件市場規(guī)模約為 44 億美元。

新能源汽車 OBC 中對 SiC MOSFET 的需求亦有較大增長。對于 800V 高壓 平臺，新能源汽車需配置 11KW 以上的雙向 OBC。根據 Wolfspeed 的數據， 22KW 雙向 OBC 中需使用 14 顆 SiC MOSFET，其中 AC-DC 側需要 6 顆，DCDC 側需要 8 顆。

由于主驅逆變器中使用的 SiC MOSFET 相較于 OBC 中的 SiC MOSFET 規(guī)格 較高，因此汽車 OBC 中的 SiC 器件滲透率有望超過主驅逆變器，我們假設 2026 年新能源汽車 OBC 中 SiC 器件滲透率為 70%，且單車價值量年降 10%，則我們 測算 2026 年全球新能源汽車 OBC 中 SiC 器件市場規(guī)模約為 9 億美元。

新能源汽車、光伏、風電、儲能等應用對全球碳化硅器件的需求大增，而襯底 供應商擴產緩慢，每輪擴產需要至少一年半到兩年，產能的釋放滯后于需求的快速 增長。根據天科合達招股書的披露，從規(guī)劃建廠到竣工驗收并投產需要 8 個季度， 當前供給端的擴產速度無法滿足需求端的增長，導致襯底產能較為緊缺。

3.2 國際巨頭壟斷 SiC 行業(yè)，國產廠商逐步破局

Wolfspeed 是全球最大的導電型碳化硅襯底制造商，根據 2021 年 11 月 Wolfspeed investor day 披露數據，2020 年其導電型襯底市占率約為 62%；第 二名是美國Ⅱ-Ⅵ公司，市占率 14%；第三名是 SiCrystal，市占率 13%。前三名 市占率之和接近 90%。 Wolfspeed 公司的前身為 Cree 公司，2019 年 3 月，Cree 公司宣布將照明 產品業(yè)務部 Cree Lighting 出售給家族企業(yè) IDEAL INDUSTRIES，Cree Lighting 包括商業(yè)應用、工業(yè)應用及消費者用 LED 照明燈具、光源和照明解決方案業(yè)務。 Cree 完成照明和 LED 業(yè)務的出售后，完全轉型為一家專注于寬禁帶半導體產品 的公司。2021 年 10 月，公司名稱從 Cree, Inc. 更改為 Wolfspeed，Wolfspeed 擁有從襯底到器件的全產業(yè)鏈布局，是全球 SiC 行業(yè)的龍頭。

半絕緣型襯底方面，全球市場依然是 Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ等海外公司主導，但 國內廠商天岳先進迎來突破。根據 Yole 的數據，2020 年 Wolfspeed 在半絕緣型 SiC 襯底市場的占有率為 32%，Ⅱ-Ⅵ為 35%，整體看仍然是西方巨頭壟斷的市 場。國產 SiC 襯底廠商天岳先進市占率提升迅速，2019 年公司的市占率僅 18%， 但 2020 年已達 30%。隨著天岳先進產能進一步擴充，市占率有望進一步提升。

全球碳化硅器件市場格局仍由海外巨頭主導。根據 Yole 的數據，2021 年全 球 SiC 功率器件市場規(guī)模為 10.90 億美元，市場份額由海外巨頭意法半導體、 Wolfspeed、羅姆、英飛凌、三菱電機、安森美等廠商壟斷，全球 TOP 6 占據 99% 的市場份額。

SiC 行業(yè)市場空間廣闊，全球巨頭紛紛規(guī)劃大規(guī)模擴產。Wolfspeed 在紐約 州北部開始運營新的 8 英寸 SiC 晶圓廠。博世正在德國增加近 40000 平方英尺的 新 SiC 專用潔凈室。Rohm 在日本開設了一家新工廠，目標是在未來五年內將 SiC 制造量提高 5 倍。英飛凌剛剛開始在馬來西亞建設新的 SiC 工廠。東芝計劃到 2024 年將 SiC 產量提高 3 倍，到 2026 年提高 10 倍。未來隨著全球巨頭產能擴張，SiC 器件有望加速應用于下游市場。

4 新需求帶來新機遇，技術進步推動新未來

4.1 技術革新帶來產能提升，襯底仍存降本空間

對于碳化硅行業(yè)來說，目前襯底、器件制造產能受限是行業(yè)的主要瓶頸。一塊 碳化硅外延片制造過程主要包括：籽晶制造、晶棒制造、切片拋光、外延層生長四 個部分，各個環(huán)節(jié)的長晶速率、良率等均有較大提升空間。

與硅晶圓相比，碳化硅襯底的生長速率慢、制備難度大，降本較為困難。目前 SiC 襯底制造商生長 SiC 單晶的方法主要有：物理氣相傳輸法(physical vapor transport，PVT)、高溫化學氣相沉積(high temperature chemical vapor deposition，HTCVD)法和高溫溶液生長(high temperature solution growth， HTSG)法。 PVT 法是將純度較高的 SiC 粉末直接加熱升華，然后在籽晶上生長。PVT 法 長晶效率較低，一般來說，硅棒拉晶 2-3 天即可拉出約 2m 長的 8 英寸硅棒，而 碳化硅卻需要約 7 天的時間才能生長約 2cm。目前全球大部分 SiC 襯底廠商使用 的都是 PVT 法。 另一種氣體法是化學氣相沉積法，這種方法是直接加熱碳烴和硅烴化合物反 應生產碳化硅，并建立特殊的溫度梯度，使得發(fā)生反應后的氣態(tài)碳化硅生長在籽晶 上。這種方法優(yōu)點是可以制成一體化設備，而且省去了提純碳化硅粉末的過程。缺 點和物理氣相傳輸法一樣，成本高且襯底缺陷多。

碳化硅襯底對晶型要求高，需要在生長過程中精準控制硅碳比、生長溫度梯度、 晶體生長速率以及氣流氣壓等各種參數，才能生長出完美晶體。碳化硅有 250 多 種同分異構體，其中可以為我們所利用的是 4H-SiC 晶型，而這種同分異構體合成 條件較為苛刻，需要在特定的溫度和分壓條件下進行（分壓條件即氣體 Si 和 C 的 占比）。

而 PVT 法合成碳化硅時附帶反應較多，會生成很多種附帶產品，且石墨坩堝 壁也可能與氣體產生反應。如果不能很好地利用溫度控制分壓，很可能導致生成的 晶錠上出現諸多的缺陷。由于合成時間較長，很小的缺陷都可能會在生長過程中被 放大，良率也會隨之降低，成本就會隨之變高。爐內不同位置的壓強也與溫度變化 有關，良好的溫度控制可以減少不理想的分壓波動，減少不需要的異構體的產生，以起到提升良率的作用。溫場同時還要保障下方的碳化硅能夠升華到上方籽晶處 凝華，不會在環(huán)境中形成獨立的凝聚核破壞生長結構。

由于采用 PVT 升華法生長 SiC 單晶存在生長速度慢、缺陷密度高、擴徑困難 等問題，部分企業(yè)開始研發(fā)溶液法 SiC 晶體生長方法。高溫溶液法的基本原理是 利用 Si 和 C 元素在高溫溶液中的溶解、再析出來實現 SiC 單晶的生長。該方法可 以在更低的溫度下（低于 2000 ℃）實現 SiC 在近熱力學平衡狀態(tài)下生長，且生 長的晶體具有質量高、成本低、易擴徑、易實現穩(wěn)定的 p 型摻雜等優(yōu)勢，有望成 為繼 PVT 法之后制備尺寸更大、結晶質量更高且成本更低的 SiC 單晶的方法。日 本住友此前宣布他們利用溶液法生長 6 英寸 SiC 襯底可做到幾乎無缺陷，可用面 積達到 99%以上；此外，相比 PVT 法，溶液法長晶速度提高了 5 倍左右。未來若 溶液法大規(guī)模商用，則 SiC 襯底有望持續(xù)降本。

而在襯底加工環(huán)節(jié)，切割是整個環(huán)節(jié)的最大產能瓶頸所在?，F有的 SiC 晶圓 切片方法大多使用金剛石線鋸，然而，由于碳化硅的高硬度，加工時間較長，需要大量的金剛石線鋸來批量生產硅片。目前，當用金剛石線鋸切割碳化硅晶錠時，多 達 40%的晶錠以 SiC 粉塵的形式成為廢料，由于在切片過程中有大量的材料丟失， 單個晶錠生產出的晶圓數量就較少，這是制造 SiC 功率器件成本高昂的一個主要 因素。 由于切片效率問題，許多國外企業(yè)采取更為先進的激光切割和冷分離技術，激 光切割技術則是通過激光處理在內部形成改性層從碳化硅晶體上剝離出晶片。 2016 年 DISCO 開發(fā)了新的激光切片技術 KABRA，據 DISCO 稱，KABRA 技術 的優(yōu)勢主要有：1）處理時間大大縮短，現有工藝需要 3.1 小時才能切出一片 6 英 寸 SiC 晶圓，而采用 KABRA 技術僅需要 10 分鐘；2）不再需要研磨過程，因為 分離后的晶圓波動可以控制；3）生產的晶圓數量比現有工藝增加了 1.4 倍。

2018 年，英飛凌收購了碳化硅晶圓切割領域的新銳公司 Siltectra，進入上游 襯底領域。Siltectra 擁有半導體材料新切割技術——冷切（COLD SPLIT），該技 術能將 SiC 襯底的良率提高 90%，在相同碳化硅晶錠的情況下，它可以提供 3 倍 的材料，可生產更多的器件，最終 SiC 器件的成本可以降低 20-30%。

4.2 器件制造技術尚需積累，國內廠商加速追趕

SiC 器件制造的工藝環(huán)節(jié)與硅基器件基本類似，包括涂膠、顯影、光刻、減薄、 退火、摻雜、刻蝕、氧化、清洗等前道工藝。但由于碳化硅材料特性的不同，廠商 在晶圓制造過程中需要特定的設備以及開發(fā)特定的工藝，無法與過去的硅制程設 備、工藝完全通用，因此當前 SiC 晶圓制造產能緊缺。SiC 晶圓制造特定工藝與 Si 工藝的一些差異點主要在于： （1）光刻對準。由于 SiC 晶圓是透明的，因此 CD-SEM 和計量測量變得復 雜，光刻對準、設備傳送取片等難度較大。 （2）蝕刻工藝。由于 SiC 在化學溶劑中呈現惰性，因此同光使用干法蝕刻。 則掩膜材料、掩膜蝕刻的選擇、混合氣體、側壁斜率的控制、蝕刻速率、側壁粗糙 度等都需要重新開發(fā)。 （3）高溫大劑量高能離子注入工藝。由于 SiC 器件的特性，SiC 擴散溫度遠 高于硅，傳統(tǒng)的熱擴散在碳化硅中并不實用，摻雜時只能采用高溫離子注入的方式。 （4）超高溫退火工藝。高溫離子注入會破壞材料本身的晶格結構，因此需要 在惰性氣體中高溫退火來恢復結構，通常退火溫度高達 1600-1700 度，使 SiC 表 面再結晶并電激活摻雜劑。 （5）高質量柵極氧化層生長。較差的 SiC/氧化硅界面質量會降低 MOSFET 反轉層的遷移率，導致閾值電壓不穩(wěn)定，因此需要開發(fā)鈍化技術，以提高 SiC/氧 化硅界面質量。

SiC 晶圓制造特定工藝帶來特定設備的需求，主要包括高溫離子注入機、高溫 退火爐、SiC 減薄設備、背面金屬沉積設備、背面激光退火設備、SiC 襯底和外延 片表面缺陷檢測和計量。其中，是否具備高溫離子注入機是衡量碳化硅產線的重要 標準之一。

SiC 器件制造需求大增，國內廠商加速追趕國際龍頭。傳統(tǒng)功率器件制造商與 新興 SiC 器件制造商紛紛入局，時代電氣、斯達半導、揚杰科技、華潤微、士蘭微、 積塔半導體、中芯紹興等傳統(tǒng)功率器件廠商紛紛加大 SiC 器件制造產線的研發(fā)、 投資力度；長飛先進、泰科天潤、基本半導體、世紀金光、中科漢韻、瞻芯等新興 SiC 器件制造商也異軍突起；三安集成亦大力投資長沙 SiC 超級工廠。

4.3 SiC 功率模塊放量在即，AMB 基板迎來機遇

陶瓷基板按照工藝主要分為 DBC、AMB、DPC、HTCC、LTCC 等基板，國內 常用陶瓷基板材料主要為氧化鋁、氮化鋁和氮化硅，其中氧化鋁陶瓷基板最常用， 主要采用 DBC 工藝；氮化鋁陶瓷基板導熱率較高，主要采用 DBC 和 AMB 工藝； 氮化硅可靠性較為優(yōu)秀，主要采用 AMB 工藝。AMB 工藝生產的陶瓷襯板主要運 用在功率半導體模塊上作為硅基、碳化基功率芯片的基底。

DBC 襯板應用場景受限，AMB 襯板性能優(yōu)勢明顯。由于 AMB 氮化硅基板有 較高熱導率（>90W/mK），可將非常厚的銅金屬（厚度可達 0.8mm）焊接到相對 薄的氮化硅陶瓷上，載流能力較高；且氮化硅陶瓷基板的熱膨脹系數與第 3 代半 導體襯底 SiC 晶體接近，使其能夠與 SiC 晶體材料匹配更穩(wěn)定，因此成為 SiC 半 導體導熱基板材料首選，特別在 800V 以上高端新能源汽車中應用中不可或缺。另 外，目前以硅基材料為主的 IGBT 模塊在具有高導熱性、高可靠性、高功率等要求 的軌道交通、工業(yè)級、車規(guī)級領域正逐漸采用 AMB 陶瓷襯板替代原有的 DBC 陶 瓷襯板。

乘借 SiC 功率模塊上車東風，AMB 基板市場規(guī)模有望實現快速增長。根據 GUII 數據，預計 2026 年全球陶瓷襯板市場規(guī)模達 100 億美元以上，分工藝來看， AMB 基板市場規(guī)模復合增速最快，2020-2026 年 CAGR 為 25.5%，2026 年市 場規(guī)模有望達 16.4 億美元。

我國 AMB 陶瓷基板主要依賴進口，國內廠商加速擴產，國產替代進行時。 AMB 基板比較領先的企業(yè)包括美國羅杰斯、德國賀利仕科技集團、日本日立新材、 日本電化株式會社、韓國金剛高麗化學等。受益于 SiC 功率模塊新機遇，部分國際 企業(yè)已在計劃對 AMB 進行擴產，如東芝高新材料公司已于去年開設大分工廠，開 始生產氮化硅陶瓷基板；今年 2 月，羅杰斯官宣擴大德國埃申巴赫工廠 AMB 基板 產能。在國際企業(yè)積極擴產之時，我國本土也涌現出了一批 AMB 基板生產商包括 博敏電子、富樂華、德匯電子、同欣電子、芯舟電子、華清電子等，國產 AMB 基 板廠商有望隨著擴產加速國產替代，實現快速成長。

5 投資分析

5.1 行業(yè)投資分析：國產廠商崛起，星星之火正起燎原之勢

以 SiC 為代表的第三代半導體材料是繼硅材料之后最有前景的半導體材料之 一。與硅材料相比，以碳化硅晶片為襯底制造的半導體器件具備高功率、耐高壓、 耐高溫、高頻、低能耗、抗輻射能力強等優(yōu)點，可廣泛應用于新能源汽車、5G 通 訊、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網、航空航天等現代工業(yè)領域，需求快速增長。 第三代半導體行業(yè)是我國“新基建”戰(zhàn)略的重要組成部分，并有望引發(fā)科技變革并 重塑國際半導體產業(yè)格局。

隨著 SiC 需求的不斷增長，國內襯底廠商不斷擴大投資產能，下游企業(yè)也以 簽長約方式確保上游材料穩(wěn)定供應。根據碳化硅芯觀察的統(tǒng)計，截至 2022 年 7 月 市場上在建、產能爬坡及規(guī)劃的產能情況來看，碳化硅襯底規(guī)劃投資超 400 億元， 未來遠期規(guī)劃年產能超 600 萬片，國內碳化硅廠商正起燎原之勢。

5.2 重點公司

5.2.1 三安光電：深蹲發(fā)力，SiC 一體化龍頭前景廣闊

三安光電是國內 LED 行業(yè)的龍頭企業(yè)，2019-2021 年營業(yè)收入分別為 74.60， 84.54，125.72 億元，2022 年上半年實現營收 67.62 億元，相比去年同期增長 10.60%。公司旗下業(yè)務主要包括 LED、通訊射頻和 SiC 功率器件業(yè)務，公司是全 球極少數擁有從碳化硅襯底到器件、封測全產業(yè)鏈布局的公司。其中碳化硅相關的 業(yè)務主要包括碳化硅功率器件、碳化硅射頻器件，碳化硅基氮化鎵器件主要用在基 站射頻領域，碳化硅功率器件主要用于新能源汽車、光伏、儲能等領域。

2014 年起三安光電全面進軍化合物半導體行業(yè)。公司通過收購 Norstel、多 年技術研發(fā)，獲得了碳化硅襯底制造技術。根據三安光電規(guī)劃，湖南三安碳化硅全 鏈整合超級工廠總規(guī)劃年產能超過 50 萬片，總投資 160 億元，占地面積 1000 畝， 目前已實現產能 12000 片/月 6 英寸晶圓。

2022 年 9 月 2 日，湖南三安半導體主辦的 2022 首屆新能源汽車電驅動技術 創(chuàng)新峰會在長沙圓滿落幕。作為峰會亮點，湖南三安發(fā)布了最新的 1200V 碳化硅 MOSFET 系列，包含 1200V 80mΩ/20 mΩ/16mΩ，均來自湖南三安自主可靠的 六寸全鏈整合平臺，碳化硅業(yè)務有望帶動三安光電持續(xù)成長。

5.2.2 天岳先進：立足半絕緣型，全面發(fā)力導電型襯底

天岳先進成立于 2010 年，是一家國內領先的寬禁帶半導體（第三代半導體） 襯底材料生產商，主要從事碳化硅襯底的研發(fā)、生產和銷售。公司不僅在 2019 年 和 2020 年躋身半絕緣型碳化硅襯底市場的世界前三，還成功掌握了導電型碳化硅 襯底材料制備的技術和產業(yè)化能力。目前，公司除半絕緣型碳化硅襯底外，導電型 碳化硅襯底材料也已形成小批量銷售。

公司收入規(guī)模穩(wěn)定增長，2019-2021 年公司營收分別為 2.69、4.25、4.94 億 元，同比分別增長 97.28%、58.18%、16.25%。2022 年上半年營業(yè)收入為 1.61 億元，同比-34.95%。2019 年至 2021 年，公司歸母凈利潤分別為-2.01、-6.42、 0.90 億元，2022 年上半年歸母凈利潤為-0.73 億元。

根據公司碳化硅半導體材料項目建設進度，公司預計 2022 年第一期建設完 成，2026 年三期全部建設完成并達產。公司 IPO 募投項目將新增導電型碳化硅襯 底材料產能 30 萬片/年（兼容半絕緣型碳化硅襯底材料），擬投入生產設備 1000 余臺，其中用于晶體生長的長晶爐 800 臺，該類設備系產能的決定性固定資產因 素。至 2026 年達產時，天岳先進的單臺長晶爐合格導電型碳化硅襯底設計產出約 為 375 片/年。

天岳先進已具備 6 英寸導電型和半絕緣型襯底的量產能力，公司未來將向 8 英寸導電型襯底進軍。天岳先進于 2015 年啟動 6 英寸半絕緣型襯底的研發(fā)，2019 年完成開發(fā)工作，2020 年公司啟動 8 英寸導電型襯底的研發(fā)工作。

公司已與大客戶簽訂長期銷售合同，在手訂單飽滿。2022 年 7 月 22 日，天岳先進發(fā)布公告，2023 年至 2025 年，公司及公司全資子公司上海天岳半導體材 料有限公司向合同對方銷售 6 英寸導電型碳化硅襯底產品，按照合同約定年度基 準單價測算（美元兌人民幣匯率以 6.7 折算），預計含稅銷售三年合計金額為人民 幣 13.93 億元。公司與大客戶簽訂長期銷售合同，表明公司導電型 SiC 襯底實力 強勁，已獲大客戶認可，待公司上海工廠投產后，導電型 SiC 襯底產能擴張有望帶 動公司持續(xù)快速成長。

5.2.3 天科合達：全面推進 6 英寸襯底擴產

天科合達主營業(yè)務為碳化硅襯底、碳化硅長晶爐。根據公司招股說明書，公司 營收增速較快，從 2017 年營收 0.23 億元迅速增長到 2019 年的 1.56 億元。其 中 2019 年碳化硅襯底收入 0.74 億元，長晶爐收入 0.24 億元。公司從 2006 年成 立開始啟動碳化硅襯底研發(fā)工作，到 2016 年完成 4 寸導電型、半絕緣型和 6 寸 導電型襯底的研發(fā)；2017-2020 年，各尺寸產品陸續(xù)投入量產。

根據天科合達招股說明書披露，公司 2019 年碳化硅年產能約為 3.75 萬片， 產量為 3.69 萬片，銷量 3.26 萬片。公司除碳化硅襯底外還對外銷售碳化硅長晶 爐，2019 年產能 280 臺，外銷占比較小，僅為 23 臺。

天科合達 2020 年提交 IPO 招股說明書，公司擬募投 9.57 億元建設第三代半 導體碳化硅襯底產業(yè)化基地建設項目，項目投產后預計年產 12 萬片 6 英寸碳化硅 晶片，其中 6 英寸導電型碳化硅晶片約為 8.2 萬片，6 英寸半絕緣型碳化硅晶片約 為 3.8 萬片。

5.2.4 時代電氣：器件設計疊加晶圓制造，打造碳化硅龍頭

時代電氣主要從事軌道交通裝備產品的研發(fā)、設計、制造、銷售并提供相關服 務，在軌交裝備行業(yè)具有領導地位，擁有“器件+系統(tǒng)+整機”的產業(yè)結構，同時 公司還積極布局了功率半導體器件、工業(yè)變流產品、新能源汽車電驅系統(tǒng)、傳感器 件、海工裝備等領域的業(yè)務。在功率半導體器件領域，公司產品布局覆蓋 IGBT 及 FRD 模塊、SiC 芯片及器件、整流管及晶閘管產品線，產品應用領域包括光伏、軌 交、電網、新能源汽車等領域，其中在軌交電網領域公司 2021 年 IGBT 交付量為 全國第一。

2021 年鐵路投資額下降導致公司營業(yè)規(guī)模的下降，2021 年公司實現營收 151.21 億元，同比下降 6%；22 年起主業(yè)觸底反彈，2022 年上半年公司營業(yè)收 入達 65.27 億元，同比增長 23%，歸母凈利潤達 8.71 億元，同比增長 25.28%。 從營收構成來看，公司在軌交裝備業(yè)務外積極布局新興裝備業(yè)務，新興裝備業(yè)務以 功率半導體器件業(yè)務為主，隨著公司產能的爬坡和產品種類的拓展，從 2018 年至 今新興裝備業(yè)務總營收占比持續(xù)提高，2021 年新興裝備業(yè)務總營收占比達 17.01%。

時代電氣 SiC 領域布局國內領先。時代自 2011 年起便與中科院微電子所合 作布局碳化硅，自主研發(fā)掌握了具有核心自主知識產權的 MOSFET 芯片及 SBD 芯 片。當前公司產品主要包括 SBD 芯片及器件、MOSFET 芯片及器件、SiC 模塊三 大產品線，電壓范圍覆蓋 650V-3300V，產品廣泛應用于光伏、軌交、電網、新能 源汽車、充電樁等領域。2021 年 12 月，公司發(fā)布了國內首款基于自主 SiC 大功 率電驅產品 C-Power 220s，系統(tǒng)最高效率可達 94%，能夠適配高端車型，具有 功率密度高、系統(tǒng)損耗少、續(xù)航能力強等優(yōu)勢。

公司目前已經構建了具有全套特色先進 SiC 工藝技術的 4 英寸和 6 英寸平臺， 并繼續(xù)進行擴產提升。2022 年 4 月公司發(fā)布公告，將投資 4.6 億元升級 SiC 產 線，項目建成后，公司現有的平面柵 SiC MOSFET 芯片技術能力將提升至滿足溝 槽柵 SiC MOSFET 的研發(fā)，現有的 4 英寸 SiC 芯片線年 1 萬片/年的能力提升到 6 英寸 SiC 芯片線 2.5 萬片/年。

5.2.5 斯達半導：布局領先，客戶資源優(yōu)質

斯達半導成立于 2005 年，是國內 IGBT 模塊的龍頭企業(yè)，主要從事以 IGBT 為主的功率半導體芯片和模塊的設計、研發(fā)生產和銷售，產品應用領域包括工控與 電機節(jié)能、新能源、變頻白色家電及其他領域。在工控與電機節(jié)能領域，公司產品 在變頻器、逆變焊機和 UPS 上有所應用；在新能源領域，公司產品應用于風機逆 變器、太陽能逆變器、汽車驅動；在其他領域，公司產品應用于機車牽引、智能電 網、艦船電氣化、變頻家電等。當前公司是國內新能源汽車、光伏及風電逆變器、 頭部變頻企業(yè) IGBT 模塊的主要供應商。

在工控及電源行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展、新能源領域快速上升的背景下，斯達半導營收及 歸母凈利潤規(guī)模整體保持較快的增長。營收方面，公司 2022 年上半年實現營收 11.54 億元，同比增長 60.53%，2021 年實現營業(yè)收入 17.07 億元，同比增長 77.22%，2017-2021 年營收年均復合增長率達 40.5%。歸母凈利潤方面，公司 2022 年上半年實現歸母凈利潤 3.47 億元，同比增長 125.05%，2021 年實現歸 母凈利潤 3.98 億元，同比增長 120.49%，2017-2021 年均復合增長率 65.8%。

公司在 IGBT 的技術基礎上不斷發(fā)展以 SiC 和主的寬禁帶功率半導體器件關 鍵技術。斯達作為國內車規(guī)級 SiC 模塊的重要供應商，車規(guī)級 SiC 模塊已獲得了 國內外多家車企和 Tier1 的項目定點，有較強的市場競爭力。截至 2021 年 9 月 8 日，公司已經獲得總金額超 3.4 億元的車規(guī)級 SiC MOSFET 模塊訂單，交貨期在 2022-2023 年。 2021 年公司通過非公開發(fā)行 A 股募集資金投資 5 億元于 SiC 芯片研發(fā)及產 業(yè)化項目，該項目建設周期為 3 年，將專注于開展 SiC 功率芯片和產業(yè)化，加快 公司在 SiC 芯片上的技術突破，搶占國產替代機會下的市場份額，提升公司的核 心競爭力。該項目達產后，公司將形成年產 6 萬片 6 英寸 SiC 芯片的生產能力， 進一步為公司 SiC 領域布局加碼。

5.2.6 新潔能：碳化硅 MOS 和二極管均有布局

新潔能是國內 MOS 領軍企業(yè)，已形成溝槽型功率 MOSFET、超結功率 MOSFET、屏蔽柵功率 MOSFET、IGBT、第三代半導體 5 大產品平臺。主要產 品包括 12V~200V 溝槽型功率 MOSFET、30V~300V 屏蔽柵功率 MOSFET、 500V~900V 超結功率 MOSFET、600V~1350V 溝槽柵場截止型 IGBT 及功率 IC （柵驅動 IC 及電機驅動 IC），產品應用于新能源汽車、智能裝備制造、物聯網和 光伏等領域。

受益于 2020 年下半年以來功率缺貨帶來的價格上漲和公司產品在華虹 12 寸 產線上的起量，公司 2021 年營收和歸母凈利潤都實現了大幅提升，2021 年營收 達 14.98 億元，同比增長 56.89%，歸母凈利潤達 4.1 億元，同比增長 194.55%。

公司在第三代半導體領域積極布局，擁有第三代半導體功率器件平臺，當前公 司 1200V 新能源汽車用 SiC MOS 平臺正在順利開發(fā)中，同時公司提前布局先進 技術領域，在 SiC/GaN 寬禁帶半導體功率器件的研發(fā)與產業(yè)化。 公司于 2021 年非公開發(fā)行 A 股募集資金，所投 4 個項目有兩個涉及 SiC 相 關技術發(fā)展，分別為第三代半導體 SiC/GaN 功率器件及封測的研發(fā)及產業(yè)化項目 和 SiC/IGBT/MOSFET 等功率集成模塊（含車規(guī)級）的研發(fā)及產業(yè)化項目，所投資 金分別為 2 億元和 5 億元。項目建成將幫助公司實現產品和技術向寬禁帶半導體 領域的過渡，縮小公司與國際一流企業(yè)的技術差距。

5.2.7 中瓷電子：收購國聯萬眾，發(fā)力第三代半導體賽道

中瓷電子主營業(yè)務為電子陶瓷系列產品研發(fā)、生產和銷售，致力于成為世界一 流的電子陶瓷產品供應商。公司電子陶瓷外殼類產品是高端半導體元器件中實現 內部芯片與外部電路連接的重要橋梁，對半導體元器件性能具有重要作用和影響。 經過多年的深耕與技術沉淀，公司具備了電子陶瓷和金屬化體系關鍵核心材料、半 導體外殼設計仿真技術、多層陶瓷高溫共燒關鍵技術三大核心技術領域的自主知 識產權，實現了光通信器件陶瓷外殼產品的進口替代。目前公司產品已廣泛應用于 光通信、無線通信、工業(yè)激光、消費電子、汽車電子等領域。

2019-2021 年公司營收分別為 5.90，8.16，10.14 億元，2022 年上半年實 現營業(yè)收入 6.33 億元，同比增長 27.62%。2019-2021 年公司歸屬母公司股東凈 利潤分別為 0.76，0.98，1.22 億元，2022 年上半年歸母凈利潤為 0.78 億元，同 比增長 37.45%。

擬收購中電科十三所旗下優(yōu)質第三代半導體資產，進軍碳化硅及氮化鎵芯片 市場。2022 年 8 月 28 日，中瓷電子發(fā)布公告，擬向中國電科十三所發(fā)行股份購 買其持有的博威公司 73.00%股權、氮化鎵通信基站射頻芯片業(yè)務資產及負債，擬 向中國電科十三所、數字之光、智芯互聯、電科投資、首都科發(fā)、順義科創(chuàng)、國投 天津發(fā)行股份購買其合計持有的國聯萬眾 94.6029%股權。公司業(yè)務版圖擴張到第 三代半導體領域，未來有望在新型領域快速成長。 國聯萬眾主營業(yè)務為碳化硅功率模塊及其芯片的設計、制造及測試，以及氮化 鎵通信基站射頻芯片的設計和測試。國聯萬眾正在進行芯片制造及封裝測試專業(yè) 化生產線建設，目前已完成廠房建設、第一階段的凈化工程裝修和主體設備安裝、 調試，預期在第一階段生產線建設完成后，國聯萬眾將具備氮化鎵射頻芯片和碳化 硅功率模塊的設計、制造和封裝測試的整體能力。公司目前已與比亞迪、智旋等重 要客戶簽訂供貨協議并供貨。

5.2.8 長飛光纖：子公司具備完整 6 英寸 SiC 產線

長飛光纖是全球光纖光纜行業(yè)的領先企業(yè)，是國內最早的光纖光纜生產廠商 之一。公司專注于光纖預制棒、光纖、光纜以及數據通信相關產品的研發(fā)創(chuàng)新與生 產制造，經過多年打磨與積淀，形成了棒纖纜、綜合布線、光模塊和通信網絡工程 等光通信相關產品與服務一體化的完整產業(yè)鏈及多元化和國際化的業(yè)務模式。

公司 2019-2021 年營業(yè)收入分別為 77.69，82.22，95.36 億元，2022 年上 半年實現營業(yè)收入 63.91 億元，同比增速高達 46.87%。2019-2021 年歸屬母公 司股東凈利潤分別為 8.01，5.44，7.09 億元，2022 年上半年歸母凈利潤為 5.25 億元，同比增長 9.65%。

收購長飛先進，切入第三代半導體領域。2022 年 5 月，公司收購整合蕪湖啟 迪半導體有限公司及蕪湖太赫茲工程中心有限公司，并將其更名為安徽長飛先進 半導體有限公司，長飛先進成為公司的子公司。長飛先進主要從事以碳化硅和氮化 鎵為代表的第三代半導體產品的工藝研發(fā)和制造，具備從半導體材料外延生產、芯片和器件制造到模塊封裝測試的專業(yè)化代工生產能力和技術研發(fā)能力，具有完整 的 6 英寸產線設備和先進的配套系統(tǒng)，產品主要應用于新能源汽車、5G 通信等領 域。公司當前 6 英寸晶圓產線產能 12 萬片/年，具備 SiC MOSFET 代工能力。

5.2.9 晶盛機電：成功研發(fā) 8 英寸導電型 SiC 襯底

晶盛機電是國內領先的高新技術企業(yè)，專注于 “先進材料、先進裝備”，以“打 造半導體材料裝備領先企業(yè)，發(fā)展綠色智能高科技制造產業(yè)”為使命。公司多年深 耕半導體材料和裝備技術與工藝，經過多年技術沉淀逐步形成了先進材料、先進裝 備雙引擎可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略定位，圍繞硅、藍寶石、碳化硅三大主要半導體材料開 發(fā)出一系列關鍵設備，并延伸到碳化硅襯底材料領域。

近年來公司營收、歸母凈利潤實現快速增長。公司 2019-2021 年營收分別為 31.10、38.11、59.61 億元，2022 年上半年實現營業(yè)收入 43.70 億元，較去年同 期增長高達 91.02%。2019-2021 年歸屬母公司股東凈利潤分別為 6.37,8.58， 17.12 億元，2022 年上半年歸母凈利潤為 12.07 億元，同比增速高達 101.05%。

成功生長出 8 英寸 SiC 襯底。公司通過自有籽晶經過多輪擴徑，成功生長出 8 英寸 N 型碳化硅晶體，解決了 8 英寸碳化硅晶體生長過程中溫場不均，晶體開 裂、氣相原料分布等難點問題，破解了碳化硅器件成本中襯底材料占比過高的難題， 為大尺寸碳化硅襯底的廣泛應用打下基礎。 晶盛機電通過自主開發(fā)的設備、熱場和工藝技術，不斷擴張產品系列。公司從 2017 年開始布局碳化硅業(yè)務，到 2020 年建立長晶和加工中試線，SiC 晶體直徑 也從最初的 4 英寸增大到如今的 8 英寸，進一步縮小國內外技術差距，保障我國 碳化硅產業(yè)在關鍵核心技術上的自主可控。

5.2.10 北方華創(chuàng)：已開發(fā)多類型化合物半導體設備

北方華創(chuàng)是國內半導體設備龍頭企業(yè)，其設備產品覆蓋 CVD、PVD、ALD、 刻蝕、清洗、立式爐等多種類型設備，2021 年設備部分的營收 79.49 億元，是半 導體設備國產替代的主力軍。2022 年上半年公司營收 54.44 億元，同比增速高達 50.87%；歸母凈利潤 7.55 億元，同比增速高達 143.16%。

北方華創(chuàng)作為國內半導體設備龍頭企業(yè)，積極推動半導體設備國產化。第三代 半導體作為國內彎道超車的重要機會，北方華創(chuàng)亦提前做好了布局。目前公司已經 開發(fā)了 APS 系列 SiC 晶體生長系統(tǒng)、GSE C200 系列等離子刻蝕機、Bpure 系列 石英舟/管清洗機、ActivSiC-650 高溫退火爐和 OxidSiC-650 高溫氧化爐。

5.2.11 博敏電子：AMB 基板技術國內領先，領銜國產替代

博敏電子是國內最具實力的電路板制造商之一，其特色產品包括 HDI(高密度 互連)板、普通雙面、多層、微波高頻、厚銅、金屬基/芯及軟板、軟硬結合板 等。公司目前已經成為國內印制電路板行業(yè)中 HDI 領先者，提供“PCB+元器 件+解決方案”一站式服務，產品廣泛應用于 5G 通信、數據存儲、消費電子、 新能源汽車、航天軍工等高科技領域。

公司 2019-2021 年營業(yè)收入分別為 26.69、27.86、35.21 億元，呈現逐步增 長態(tài)勢，2022 年上半年實現營業(yè)收入 15.34 億元，同比下滑 6.78%。2019-2021 年歸屬母公司股東凈利潤分別為 2.02、2.47、2.42 億元，2022 年上半年歸母凈 利潤為 1.09 億元。

公司自 2018 年正式開始布局 AMB 項目，經過幾年時間的打磨與積累，目前已擁有國際領先的 AMB 工藝技術和生產流程。AMB 工藝生產的陶瓷襯板主要應 用在功率半導體模塊上作為硅基、碳化基功率芯片的襯底。AMB 陶瓷襯板當前仍 主要依賴進口，國內產能相對較小，國產替代空間較大。另外隨著新能源汽車銷量 的快速增長， IGBT 和第三代半導體 SiC 功率器件模塊市場景氣度高企，帶來廣闊 的“藍?！笔袌?。 公司使用自研釬焊料生產的陶瓷襯板具備性能優(yōu)越、質量可靠、成本優(yōu)勝的特 點，能夠達到 5000 次冷熱沖擊測試，滿足航空航天的性能要求?，F階段，公司 AMB 陶瓷襯板具備產能達到 8 萬張/月，處于國內前列，后續(xù)隨著設備不斷投入 及配合相關客戶進行擴產，公司預計 2023 年有望達到 15-20 萬張/月的產能規(guī) 模，其相關產品已在軌道交通、工業(yè)級、車規(guī)級等領域取得認證，進入到多家知名 客戶的供應體系中，目前在航空體系、中車體系、振華科技、國電南瑞、比亞迪半 導體等客戶中已開展樣板驗證和量產使用。

5.2.12 其他：百舸爭流，新銳公司持續(xù)涌現

露笑科技主要從事碳化硅業(yè)務、光伏發(fā)電業(yè)務、漆包線業(yè)務。公司碳化硅襯底 業(yè)務主要通過控股子公司合肥露笑半導體材料有限公司實施，合肥露笑半導體 2021 年 6 月份起，生長和加工設備陸續(xù)入場調試，到 2021 年 12 月，完成襯底 片加工車間建設并投入使用。截至 2022 年 6 月，公司已安裝 280 臺長晶爐并開 始批量生產，長晶良率達 50%，處于全球先進水平，后道切磨拋設備已經安裝調 試完成，處于爬坡階段；認證方面公司已完成三輪 SBD 認證，MOSFET 認證接近 尾聲。 此外，公司漆包線業(yè)務包括生產耐高溫銅芯漆包線、微細銅芯電子線材和耐高 溫鋁芯漆包線。公司旗下順宇潔能負責光伏發(fā)電業(yè)務，其主業(yè)為光伏電站的投資、 建設及運營。

公司通過多方合作全面切入碳化硅業(yè)務。2019 年露笑科技與中科鋼研、國宏 達成了三方合作協議，協議規(guī)定三方利用各自技術的優(yōu)勢，共同推進 6 英寸碳化 硅襯底片加工項目，并共同推進半絕緣型襯底研究，面向 5G 市場。此外，露笑為 中科鋼研和國宏研發(fā)可用于其產品的長晶設備，同時為國宏中宇主導的項目提供 200 臺碳化硅長晶爐。 2021 年 11 月，露笑科技披露定增計劃，公司擬募資 29.40 億元加碼碳化硅 業(yè)務。第三代功率半導體（碳化硅）產業(yè)園項目總投資 21 億元，建設期 24 個月， 項目完成后將形成年產 24 萬片 6 英寸導電型碳化硅襯底片的生產能力。此外， 2021 年 11 月露笑科技公告控股子公司合肥露笑半導體與東莞天域簽訂戰(zhàn)略合作 框架協議 2022 年-2024 年為后者提供 15 萬片 6 英寸碳化硅導電襯底。

東尼電子主營產品為超微細電子線材、無線充電隔磁材料，兼有醫(yī)療線束、光 伏硅片用金剛切割線、極耳等產品。同時，公司亦在投入研發(fā)半導體領域的碳化硅 襯底材料。公司 2019-2021 年營收分別為 6.61、9.28、13.39 億元；2022 年上 半年營收為 8.38 億元，同比增長 67.22%。

2021 年 11 月 23 日，東尼電子發(fā)布定增情況公告，本次發(fā)行募集資金總額 4.68 億元，募集資金凈額 4.62 億元，用于碳化硅半導體材料項目，項目建設期 36 個月，預計達產后可形成年化 12 萬片的產能。根據公司的測算，完全達產當年可 實現年營業(yè)收入 7.78 億元，凈利潤 9589.63 萬元。

東尼電子已投入大量資源、積極引入先進生產技術及生產設備，與日本及中國臺灣的技術團隊有效推進碳化硅半導體材料的研發(fā)，目前已具備成熟、穩(wěn)定的研發(fā) 與投產能力。項目產品質量目前已達到國際先進水平，可以滿足下游市場對產品的 質量要求。本項目利用東尼電子現有場地設施，工業(yè)配套設施齊全，勞動力資源充 足。經過長期的培養(yǎng)，公司碳化硅項目團隊業(yè)務及研發(fā)能力突出、人員結構完善。 團隊人員具備豐富的技術積累、產品研發(fā)的實踐經驗，已熟練掌握關鍵工藝環(huán)節(jié)的 核心技術。 民德電子是一家專業(yè)從事條碼識讀設備的設計、研發(fā)、生產和品牌營銷的科技 公司。公司目前已構建從一維碼到二維碼、從手持式主動掃描設備到被動式掃描平 臺設備、從微型掃描引擎到各類成品設備的完整產品體系。公司致力于構建功率半 導體 smart IDM 生態(tài)圈，目前已通過資本參股或控股的方式，在硅片廠浙江晶睿、 晶圓廠廣芯微、超薄片背道代工廠芯微泰克、功率半導體設計公司廣微集成形成體 系化投資戰(zhàn)略布局，打通功率半導體全產業(yè)鏈。

公司 2019-2021 年營業(yè)收入分別為 3.05、4.03、5.46 億元，2022 年上半年 實現營業(yè)收入 2.04 億元。2019-2021 年歸屬母公司股東凈利潤分別為 0.36、0.52、 0.76 億元，2022 年上半年歸母凈利潤為 0.32 億元，同比增長 25.04%。

定增加碼碳化硅功率器件領域。2021 年公司向特定對象發(fā)行股票募集資金 49433.01 萬元，其中 28000 萬元用于碳化硅功率器件的研發(fā)和產業(yè)化。2022 年 3 月公司召開臨時股東大會通過更改合作方、實施主體及實施地點的決議，但碳化 硅功率器件的研發(fā)和產業(yè)化項目承諾投資金額仍為 28000 萬元，截至 2022 年半 年報披露，累計已投入 24000 萬元。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。系統(tǒng)發(fā)生錯誤