發(fā)布日期：2022-04-19 13:15:25 文章來(lái)源：中信建投證券
一、碳化硅 SiC 為第三代半導(dǎo)體材料
1.1、半導(dǎo)體材料市場(chǎng)廣闊
半導(dǎo)體行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模較大，產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，技術(shù)門檻較高且應(yīng)用廣泛，是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體 行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游半導(dǎo)體材料、中游半導(dǎo)體元件以及下游應(yīng)用領(lǐng)域。上游材料半導(dǎo)體材料是一類具有 半導(dǎo)體性能（導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間）、可用來(lái)制作半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料。
中游半導(dǎo)體 元件主要包括集成電路、傳感器、分立器件以及光電子器件，集成電路（IC）是一種微型電子器件或部件，通過(guò)特殊工藝把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起；傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和 自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)；分立器件是具有單一功能的電路基本元件，如晶體管、二極管、電阻、電容、電感等；光電子器件是光纖網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成要件，多應(yīng)用于 5G 通信等領(lǐng)域。半導(dǎo)體元件可應(yīng)用于下游消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、 工業(yè)控制、新能源、軌道交通及光電顯示等主要領(lǐng)域。
全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)，半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上游的主要組成部分。近年來(lái)全球半 導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)，2014 至 2020年全球半導(dǎo)體銷售額年復(fù)合增長(zhǎng)率為 4.6%。中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)同樣呈現(xiàn)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，在政策大力支持與下游應(yīng)用快速繁榮等因素的推動(dòng)下，2014 至 2020 年中國(guó)半導(dǎo)體銷售 額年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 8.7%，占全球半導(dǎo)體銷售額比例由 2014 年的 27%上升至 2020 年的 34%，是當(dāng)前全球最大 的半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng)。半導(dǎo)體材料在集成電路和分立器件等半導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程中起關(guān)鍵作用。常見(jiàn)的半導(dǎo)體 制造材料包括硅（Si）、鍺（Ge）等元素半導(dǎo)體及砷化鎵（GaAs）、碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等化合物半 導(dǎo)體材料，其中以碳化硅、氮化鎵等化合物為材料的半導(dǎo)屬于第三代化合物半導(dǎo)體材料。
半導(dǎo)體材料市場(chǎng)空間廣闊，制造材料銷售額占比不斷提高。全球半導(dǎo)體材料銷售額規(guī)模不斷上升，2015 年至 2019 年復(fù)合增長(zhǎng)率為 4.8%；中國(guó)大陸半導(dǎo)體材料市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，2015 至 2019 年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 9.3%，占 全球半導(dǎo)體材料銷售額比例不斷攀升，由 2015 年的 14%增長(zhǎng)至 2019 年的 16.7%。從材料類別來(lái)看，半導(dǎo)體制造材料銷售規(guī)模占全部半導(dǎo)體材料銷售額比例超50%，且呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，2015 至 2019 年制造材料銷售 額復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 8.1%，而封裝材料 2015 至 2019 年銷售額復(fù)合增長(zhǎng)率為-0.1%。
1.2、第三代半導(dǎo)體制造材料碳化硅性能優(yōu)勢(shì)突出
第一代半導(dǎo)體材料主要是指硅（Si）、鍺（Ge）為代表的元素半導(dǎo)體材料，應(yīng)用極為普遍，包括集成電路、 電子信息網(wǎng)絡(luò)工程、電腦、手機(jī)等。其中，最典型的應(yīng)用是集成電路，主要應(yīng)用于低壓、低頻、低功率的晶體 管和探測(cè)器中。硅基半導(dǎo)體材料是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的半導(dǎo)體材料，90%以上的半導(dǎo)體產(chǎn)品是用硅基材 料制作的。但是硅材料的物理性質(zhì)限制了其在光電子和高頻電子器件上的應(yīng)用，如其間接帶隙的特點(diǎn)決定了它 不能獲得高的電光轉(zhuǎn)換效率；且其帶隙寬度較窄，飽和電子遷移率較低，不利于研制高頻和高功率電子器件， 硅基器件在 600V 以上高電壓以及高功率場(chǎng)合就達(dá)到其性能的極限。
第二代半導(dǎo)體材料主要是以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）為代表的化合物材料，目前手機(jī)所使用的關(guān)鍵 通信芯片都采用類似材料制作。砷化鎵材料的電子遷移率約是硅的 6 倍，具有直接帶隙，故其器件相對(duì)硅基器 件具有高頻、高速的光電性能，因此被廣泛應(yīng)用于光電子和微電子領(lǐng)域，是制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管和通信器件 的關(guān)鍵襯底材料。由于第二代半導(dǎo)體材料的禁帶寬度不夠大，擊穿電場(chǎng)較低，限制了其在高溫、高頻和高功率 器件領(lǐng)域的應(yīng)用。另外，由于砷化鎵材料的毒性，可能引起環(huán)境污染問(wèn)題，對(duì)人類健康存在潛在的威脅。
第三代半導(dǎo)體材料是指以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為代 表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，多在通信、新能源汽車、高鐵、衛(wèi)星通信、航空航天等場(chǎng)景中應(yīng)用，其中碳化硅、氮 化鎵的研究和發(fā)展較為成熟。與前兩代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場(chǎng)高、熱 導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，因此，采用第三代半導(dǎo)體材料制備的半導(dǎo)體器件不僅能在更 高的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，適用于高電壓、高頻率場(chǎng)景，此外，還能以較少的電能消耗，獲得更高的運(yùn)行能力。
碳化硅是由碳和硅組成的Ⅳ-Ⅳ族化合物半導(dǎo)體材料，具有多種同素異構(gòu)類型，是世界上硬度排名第三的 物質(zhì)，在熱、化學(xué)和機(jī)械方面都非常穩(wěn)定。在物理性質(zhì)上，SiC 具有高硬度、高耐磨性、高導(dǎo)熱率、高熱穩(wěn)定性以及散熱性好的特點(diǎn)；在化學(xué)性質(zhì)上，SiC 表面易形成硅氧化物薄膜以防止其進(jìn)一步氧化，但在高溫下該氧化膜會(huì)迅速發(fā)生氧化反應(yīng)。
碳化硅的典型結(jié)構(gòu)可分為兩類，一類是閃鋅礦結(jié)構(gòu)的立方碳化硅晶型，稱為 3CSiC 或 β-SiC，這里 3 指的是周期表性次序中面的數(shù)目；另一類是六角型或菱形結(jié)構(gòu)的大周期結(jié)構(gòu)其中典型的 有 6H-SiC、4H-SiC、15R-SiC 等，統(tǒng)稱為 α-SiC。其中，4H-SiC 和 6H-SiC 是兩種半導(dǎo)體所需的材料，碳化硅 與其他半導(dǎo)體材料具有相似的特性，4H-SiC 的飽和電子速度是 Si 的兩倍，從而為 SiC 元件提供了較高的電流 密度和較高的電壓，常被用來(lái)作為碳化硅功率器件。而 6H-SiC 和 4H-SiC 最大的差異在于 4H-SiC 的電子遷移 率是 6H-SiC 的兩倍，這是因?yàn)?4H-SiC 有較高的水平軸（a-aixs）的移動(dòng)率。在碳化硅晶體生長(zhǎng)過(guò)程中需要精 確控制硅碳比、生長(zhǎng)溫度梯度、晶體生長(zhǎng)速率以及氣流氣壓等參數(shù)，否則容易產(chǎn)生多晶型夾雜，導(dǎo)致產(chǎn)出的晶 體不合格。
碳化硅在半導(dǎo)體中存在的主要形式是作為襯底材料，基于其優(yōu)良的特性，碳化硅襯底的使用極限性能優(yōu)于 硅襯底，可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應(yīng)用需求，當(dāng)前碳化硅襯底已應(yīng)用于射頻器件及功率 器件。
1.3、碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈詳概況
近年來(lái)，以碳化硅晶片作為襯底材料的技術(shù)逐漸成熟并開(kāi)始規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用。SiC 生產(chǎn)過(guò)程主要包括碳化 硅單晶生長(zhǎng)、外延層生長(zhǎng)及器件制造三大步驟，對(duì)應(yīng)的是碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈襯底、外延、器件三大環(huán)節(jié)。
1.3.1 襯底
襯底是所有半導(dǎo)體芯片的底層材料，主要起到物理支撐、導(dǎo)熱及導(dǎo)電作用，碳化硅襯底主要包括導(dǎo)電型和 半絕緣型兩類，二者在外延層及下游應(yīng)用場(chǎng)景不同。作為導(dǎo)電型襯底材料，經(jīng)過(guò)外延生長(zhǎng)、器件制造、封裝測(cè) 試，制成碳化硅二極管、碳化硅 MOSFET 等功率器件，適用于高溫、高壓等工作環(huán)境，應(yīng)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(lǐng)域；作為半絕緣型襯底材料，經(jīng)過(guò)外延生長(zhǎng)、器件制造、封裝 測(cè)試，制成 HEMT 等微波射頻器件，適用于高頻、高溫等工作環(huán)境，主要應(yīng)用于 5G 通訊、衛(wèi)星、雷達(dá)等領(lǐng)域。
當(dāng)前碳化硅襯底以 4、6 英寸為主，科銳公司已成功研發(fā) 8 英寸產(chǎn)品。在半絕緣型碳化硅市場(chǎng)，目前主流的襯底產(chǎn)品規(guī)格為 4 英寸；在導(dǎo)電型碳化硅市場(chǎng)，目前主流的襯底產(chǎn)品規(guī)格為 6 英寸。碳化硅襯底的尺寸（按 直徑計(jì)算）主要有 2 英寸（50mm）、3 英寸（75mm）、4 英寸（100mm）、6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm） 等規(guī)格。碳化硅襯底正在不斷向大尺寸的方向發(fā)展，目前行業(yè)內(nèi)公司主要量產(chǎn)襯底尺寸集中在 4 英寸及 6 英寸。在最新技術(shù)研發(fā)儲(chǔ)備上，以行業(yè)領(lǐng)先者 WolfSpeed 公司的研發(fā)進(jìn)程為例，WolfSpeed 公司已成功研發(fā) 8 英寸產(chǎn) 品。為提高生產(chǎn)效率并降低成本，大尺寸是碳化硅襯底制備技術(shù)的重要發(fā)展方向，襯底尺寸越大，單位襯底可 制造的芯片數(shù)量越多，單位芯片成本越低；襯底的尺寸越大，邊緣的浪費(fèi)就越小，有利于進(jìn)一步降低芯片的成 本。由于現(xiàn)有的 6 英寸的硅晶圓產(chǎn)線可以升級(jí)改造用于生產(chǎn) SiC 器件，所以 6 英寸 SiC 襯底的高市占率將維持 較長(zhǎng)時(shí)間。
碳化硅晶體生長(zhǎng)是碳化硅襯底制備的關(guān)鍵技術(shù)，目前行業(yè)采用主流的方法為物理氣相傳輸法（PVT）。碳 化硅襯底行業(yè)屬于技術(shù)密集型行業(yè)，是材料、熱動(dòng)力學(xué)、半導(dǎo)體物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真模擬、機(jī)械等交叉學(xué)科應(yīng)用，其制作過(guò)程首先是使晶體生長(zhǎng)形成碳化硅晶錠，將其加工和切割形成碳化硅晶片后通過(guò)對(duì)晶片進(jìn)行研 磨、拋光和清洗最終形成碳化硅襯底。碳化硅晶體生長(zhǎng)是碳化硅襯底制備的關(guān)鍵點(diǎn)，SiC 單晶主要有物理氣相 傳輸法（PVT）、頂部籽晶溶液生長(zhǎng)法（TSSG）、高溫化學(xué)氣相沉積法（HTCVD）三種方法。
其中，TSSG 法 生長(zhǎng)晶體尺寸較小目前僅用于實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)，商業(yè)化的技術(shù)路線主要是 PVT 和 HTCVD，而與 HTCVD 法相比， 采用 PVT 法生長(zhǎng) SiC 單晶具有所需設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易控制、設(shè)備價(jià)格以及運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，PVT 法是目前工業(yè)生產(chǎn)晶體所采用的主要方法，WolfSpeed 公司、II-VI 公司、SiCrystal、天科合達(dá)、山東天岳等國(guó) 內(nèi)外主要碳化硅晶片生產(chǎn)企業(yè)均采用 PVT 法，該法首先在高溫區(qū)將材料升華，然后輸送到冷凝區(qū)使其成為飽 和蒸氣，最后經(jīng)過(guò)冷凝成核而長(zhǎng)成晶體?；?PVT法制備碳化硅襯底的工藝流程主要包含原料合成、晶體生長(zhǎng)、晶錠加工、晶體切割及晶片處理五大工藝流程。
1.3.2 外延
外延層是在晶片的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)外延工藝生長(zhǎng)出特定單晶薄膜，襯底晶片和外延薄膜合稱外延片。其中， 在導(dǎo)電型碳化硅襯底上生長(zhǎng)碳化硅外延層制得碳化硅同質(zhì)外延片，可進(jìn)一步制成肖特基二極管、MOSFET、 IGBT 等功率器件，應(yīng)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(lǐng)域；在半絕緣型碳化 硅襯底上生長(zhǎng)氮化鎵外延層制得碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）異質(zhì)外延片，可進(jìn)一步制成 HEMT 等微波射 頻器件，應(yīng)用于 5G 通訊、雷達(dá)等領(lǐng)域。在全球市場(chǎng)中，外延片企業(yè)主要有 II-VI、Norstel、WolfSpeed、羅姆 等 IDM 公司。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)瀚天天成、東莞天域、基本半導(dǎo)體已能提供 4 寸及 6 寸 SiC 外延片。
外延的質(zhì)量受到晶體和襯底加工的影響，處在產(chǎn)業(yè)的中間環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到非常關(guān)鍵的作用。由于 碳化硅功率器件與傳統(tǒng)硅功率器件制作工藝不同，不能直接制作在碳化硅單晶材料上，必須在導(dǎo)通型單晶襯底 上額外生長(zhǎng)高質(zhì)量的外延材料，并在外延層上制造各類器件，所以外延的質(zhì)量對(duì)器件的性能是影響非常大。以 往器件大多是在低電壓的環(huán)境工作，但隨著碳化硅功率器件制造要求和耐壓等級(jí)的不斷提高，碳化硅外延材料 不斷向低缺陷、厚外延方向發(fā)展。電壓越大，所需要的外延就越厚，在 600 伏的低壓情況下，器件需要的外延 厚度大約為 6μm；在中壓 1200~1700 伏下，需要的厚度為 10~15μm；在 1 萬(wàn)伏以上的高壓情況下，需要的厚度 為 100μm 以上。在核心參數(shù)方面，外延片核心參數(shù)厚度、摻雜濃度在低壓、中壓領(lǐng)域已經(jīng)可以做到相對(duì)較優(yōu) 的水平，但在高壓領(lǐng)域，還有很多難題需要攻克，包括厚度、摻雜濃度的均勻性、三角缺陷等。在中低壓應(yīng)用 領(lǐng)域，碳化硅外延的技術(shù)相對(duì)成熟，基本可以滿足中低壓 SBD、MOS、JBS 等器件需求；在高壓應(yīng)用領(lǐng)域，器 件的類型趨向于使用雙極器件。
碳化硅外延制備技術(shù)方面，當(dāng)前主要的外延技術(shù)是化學(xué)氣相沉積法（CVD），該法通過(guò)臺(tái)階流的生長(zhǎng)來(lái)實(shí) 現(xiàn)一定厚度和摻雜的碳化硅外延材料，根據(jù)不同的摻雜類型，分為 n 型和 p 型外延片。碳化硅外延的生長(zhǎng)參數(shù) 要求較高，受到設(shè)備密閉性、反應(yīng)室氣壓、氣體通入時(shí)間、氣體配比情況、沉積溫度控制等多重因素影響。而 第三代半導(dǎo)體中，由于氮化鎵材料作為襯底實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)當(dāng)前仍面臨挑戰(zhàn)，因此是以藍(lán)寶石、硅晶片或碳化 硅晶片作為襯底，通過(guò)外延生長(zhǎng)氮化鎵器件。
1.3.3 碳化硅功率器件
碳化硅功率器件主要包含 SiC 功率二極管、SiC MOSFET 器件和碳化硅絕緣柵雙極晶體管（SiC BJT/SiC IGBT）等 SiC 晶體管兩大類。SiC 從上個(gè)世紀(jì) 70 年代開(kāi)始研發(fā)，2001 年 SiC-SBD 開(kāi)始商用，2010 年 SiCMOSFET 開(kāi)始商用，而 SiC-IGBT 的商用仍存在挑戰(zhàn)。隨著 6 英寸 SiC 單晶襯底和外延晶片的缺陷降低和質(zhì)量提 高，使得 SiC 器件制備能夠在目前現(xiàn)有 6 英寸 Si 基功率器件生長(zhǎng)線上進(jìn)行，這將進(jìn)一步降低 SiC 材料和器件成本，推進(jìn) SiC 器件和模塊的普及。當(dāng)前，國(guó)際上 600～1700VSiC-SBD、MOSFET 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，主流產(chǎn)品耐 壓水平在 1200V 以下，封裝形式以 TO 封裝為主。價(jià)格方面，國(guó)際上的 SiC 產(chǎn)品價(jià)格是對(duì)應(yīng) Si 產(chǎn)品的 5～6 倍， 正以每年 10%的速度下降，隨著上游材料紛紛擴(kuò)產(chǎn)上線，未來(lái) 2～3 年后市場(chǎng)供應(yīng)加大，價(jià)格將進(jìn)一步下降， 預(yù)計(jì)價(jià)格達(dá)到對(duì)應(yīng) Si 產(chǎn)品 2～3 倍時(shí)，由系統(tǒng)成本減少和性能提升帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)將推動(dòng) SiC 逐步占領(lǐng) Si 器件的 市場(chǎng)空間。
碳化硅功率二極管主要有肖特基二極管（Schottky Barrier Diode，SBD）、PIN 二極管（SiC-PIN）和結(jié)勢(shì)壘控 制肖特基二極管（SiC-JBS）三種，主要應(yīng)用在電力電源領(lǐng)域，工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。（1）SiC-SBD 為肖特基勢(shì)壘二 極管，利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬－半導(dǎo)體結(jié)原理制作的一種熱載流子二極管，也被稱為金屬－半導(dǎo)體 （接觸）二極管或表面勢(shì)壘二極管，結(jié)構(gòu)與硅肖特基勢(shì)壘二極管基本相同，僅電子移動(dòng)、電流流動(dòng)。與 Si-SBD 相比，SiC-SBD 不僅擁有優(yōu)異的高速性且實(shí)現(xiàn)了高耐壓，Si-SBD 的耐壓極限為 200V，而 SiC 具有硅 10 倍的擊穿 場(chǎng)強(qiáng)。
此外，SiC-SBD 還擁有正向特性以及優(yōu)異的 TRR 特性，而且?guī)缀鯖](méi)有溫度及電流依賴性。當(dāng)前主流的 SiC-SBD 產(chǎn)品耐壓極限為 1200V，同時(shí)羅姆公司在推進(jìn) 1700V 耐壓的產(chǎn)品。（2）SiC-PIN 是一個(gè)在射頻和微波頻段受偏置電流控制的可變阻抗器．它的結(jié)構(gòu)有三層，在碳化硅半導(dǎo)體二極管的 P 結(jié)和N結(jié)中間夾著高阻值的本 征 I 層。與硅基 PIN 二極管相比，碳化硅 PIN 二極管具有高于硅的 2-3個(gè)數(shù)量級(jí)的開(kāi)關(guān)速度、高結(jié)溫承受能力、 高電流密度以及更高的功率密度。（3）由于 SBD 和 PiN 二極管為主的傳統(tǒng)二極管己無(wú)法滿足高頻、大功率、低 功耗的市場(chǎng)需求,前者擊穿電壓低、反向漏電大，而后者高頻特性較差，由此 JBS 應(yīng)運(yùn)而生,該結(jié)構(gòu)將 SBD 結(jié)構(gòu) 和 PiN 結(jié)構(gòu)巧妙地結(jié)合在一起,具有高耐壓、低壓降、小漏電、高頻特性好及強(qiáng)抗過(guò)壓和浪涌電流能力，SiCJBS 較 Si-JBS 具有大電流密度、高工作結(jié)溫的性能優(yōu)勢(shì)。
SiC MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是以碳化硅為襯底的金屬-氧化 物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管。在 300V 以下的功率器件領(lǐng)域， Si MOSFET 器件是首選，具有較為理想的柵極電阻、高速的開(kāi)關(guān)性能、低導(dǎo)通電阻和高穩(wěn)定性。在 SiC MOSFET 的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面，與相同功率等級(jí)的 Si-MOSFET 相比，SiC MOSFET（以英飛凌產(chǎn)品為例）的優(yōu)勢(shì)有：
（1）開(kāi)關(guān)損耗低，在 25℃結(jié)溫下，SiC-MOSFET 關(guān)斷損耗大約是 IGBT 的 20%，在 175℃的結(jié)溫下，SiC MOSFET 關(guān)斷損 耗僅有 IGBT 的 10%（關(guān)斷 40A 電流），且開(kāi)關(guān)損耗溫度系數(shù)很小；（2）導(dǎo)通損耗低，當(dāng)負(fù)載電流為 15A 時(shí)，在 常溫下，SiC MOSFET 的正向壓降只有 IGBT 的一半，在 175℃結(jié)溫下，SiC MOSFET 的正向壓降約是 IGBT 的 80%；（3）體二極管續(xù)流特性好，在常溫及高溫下，1200V SiC MOSFET 體二極管僅有 Si MOSFET 體二極管 Qrr 的 10%。因此，SiC MOSFET 電阻、開(kāi)關(guān)損耗大幅降低，適用于更高的工作頻率，另由于其高溫工作特性，大大提 高了高溫穩(wěn)定性，由此在新能源汽車電機(jī)控制器、車載電源、太陽(yáng)能逆變器、充電樁、UPS、PFC 電源等領(lǐng)域 有廣泛應(yīng)用。
碳化硅絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor , IGBT）是一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng) 式功率半導(dǎo)體器件，是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?。SiC IGBT 結(jié)合了 SiC MOSFET 和 SiC 晶體管的優(yōu)點(diǎn)，得益 于 SiC 的寬禁帶和極高的電壓等級(jí)，SiC 基 IGBT 的性能與 Si 基 IGBT 最大的差別是動(dòng)靜態(tài)特性。正向性是靜 態(tài)特性的重要組成部分，也就是導(dǎo)通特性，SiC IGBT 的正向?qū)娮枰话愕陀?Si IGBT 和 SiC MOSFET，主要 是由于其漂移區(qū)厚度小、電導(dǎo)調(diào)制更短所致，且 n 溝道 SiC IGBT 相較于 p 溝道的 SiC IGBT 正向特性更優(yōu)。此 外，動(dòng)態(tài)特性方面，與 Si IGBT 類似，SiC IGBT 由于其材料的特性，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)參數(shù)有所不同；門極驅(qū)動(dòng)方面， SiC IGBT 的驅(qū)動(dòng)和 Si 基 IGBT 在整體上差別不大，需要考慮到高絕緣性能、低耦合電容、低成本、尺寸、高 效率和高可靠性等因素。
對(duì)于 SiC IGBT，SiC 晶片質(zhì)量、SiC/SiO2 界面特性、電磁干擾和短路耐受能力等卻限制了它的使用，SiC IGBT 的制備存在一系列挑戰(zhàn)。（1）碳化硅晶片的質(zhì)量直接決定其 IGBT 器件的性能、可靠性、穩(wěn)定性和產(chǎn)率。碳化硅晶圓中材料的固有缺陷和外延生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)大大降低碳化硅 IGBT 的載流子壽命，高壓 SiC 雙極型 器件需要很長(zhǎng)的載流子壽命來(lái)降低導(dǎo)通壓降，此外，壽命分布不均勻、不同缺陷密度之間的權(quán)衡等各類問(wèn)題同 樣存在。大尺寸、高質(zhì)量材料和低缺陷密度外延生長(zhǎng)工藝都是實(shí)現(xiàn) SiC IGBT 的關(guān)鍵。
（2）使用 SiO2 來(lái)作為柵極的氧化層，帶來(lái) SiC/SiO2 界面性能新問(wèn)題。SiC IGBT 可以像 Si 基的一樣較容易形成 SiO2 層，但是在氧化 的過(guò)程中，除了近界面陷阱外，還會(huì)引入額外的 C 簇，使得 SiC/SiO2 界面陷阱密度遠(yuǎn)大于 Si/SiO2，導(dǎo)致 SiCMOS的溝道遷移率大大降低；在 4H-SiC IGBT 中，SiO2 中的電場(chǎng)是 SiC 中的 2.5 倍，與 Si IGBT 相比，SiC IGBT中較高的臨界電場(chǎng)使得 SiO2 的電場(chǎng)更高。（3）結(jié)端擴(kuò)展(JTE)和場(chǎng)限環(huán)(FLRs)是目前 SiC IGBT 的兩種主 要終端技術(shù)，前者主要用于低壓器件，后者用于高壓器件，但 FLRs 在高壓器件中需要消耗很大的面積。（4） SiC IGBT 仍封裝在線綁定的模塊中，綁定線失效和焊料的失效是常見(jiàn)的壽命限制因素。因此，從 SiC IGBT 的 原材料到制備工藝到終端技術(shù)都存在阻礙 SiC IGBT 商業(yè)化的技術(shù)難點(diǎn)。
二、需求：下游產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用爆發(fā)，SiC 市場(chǎng)需求紅利釋放
2.1 SiC 市場(chǎng)處于成長(zhǎng)期，規(guī)模增長(zhǎng)迅速
第三代半導(dǎo)體高速發(fā)展，市場(chǎng)紅利逐步釋放。2019 年及以前，以 SiC 和 GaN 為主的第三代半導(dǎo)體材料處 于發(fā)展初期，晶圓設(shè)備開(kāi)發(fā)、襯底外延制造、下游器件生產(chǎn)均處于研發(fā)階段且尚未形成規(guī)模量產(chǎn)。隨著美國(guó)、 韓國(guó)、日本等半導(dǎo)體強(qiáng)國(guó)大力進(jìn)行第三代半導(dǎo)體的相關(guān)研發(fā)，2020 年在產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用爆發(fā)的推動(dòng)下，第三 代半導(dǎo)體正式進(jìn)入高速發(fā)展期。目前，SiC 襯底和外延技術(shù)已經(jīng)可以應(yīng)用于 8 英寸節(jié)點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)硅晶圓的 12 英寸來(lái)說(shuō)仍有量級(jí)差距；SiC 功率器件（SBD、MOSFET）目前廣泛用于新能源汽車、光伏、軌道交通等領(lǐng) 域，國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)已實(shí)現(xiàn) MOSFET 器件的量產(chǎn)。此外，中國(guó)也發(fā)布了多項(xiàng)半導(dǎo)體行業(yè)建設(shè)政策，旨在打造國(guó) 產(chǎn)先進(jìn)半導(dǎo)體企業(yè)，這對(duì)第三代半導(dǎo)體的市場(chǎng)擴(kuò)大具有積極意義。我們認(rèn)為，第三代半導(dǎo)體已進(jìn)入高速成長(zhǎng)期， 市場(chǎng)紅利正在逐步釋放，下游應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展將推動(dòng) SiC 市場(chǎng)的高增長(zhǎng)，并加劇行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。
2.2 新能源汽車
目前，SiC 器件在 EV/HEV 上的應(yīng)用主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逆變器、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載 DC/DC）、電動(dòng) 汽車車載充電系統(tǒng)（OBC）及非車載充電樁等方面?；?SiC 的解決方案使汽車電動(dòng)系統(tǒng)效率更高、重量更 輕、結(jié)構(gòu)更加緊湊，盡管碳化硅器件成本較高，但它推進(jìn)了電池成本的下降和續(xù)航里程的提升，降低了單車成 本，無(wú)疑是新能源汽車最佳選擇。其中，SiC SBD、SiC MOSFET 器件主要應(yīng)用于 OBC 與 DC/DC，SiC MOSFET 主要用于電驅(qū)動(dòng)。根據(jù) WolfSpeed 預(yù)測(cè)，新能源汽車是 SIC 器件應(yīng)用增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)，預(yù)計(jì) 2022- 2026 年的市場(chǎng)規(guī)模從 16 億美元到 46 億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 30%，其中到 2026 年用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器仍是 最大市場(chǎng)，占比超過(guò) 80%。
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、離合器、齒輪箱和差速器組成，這是純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)布置的常規(guī)形式。在新能源汽車中，功率器件是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分，對(duì)其效率、功率密度和可靠性起著主導(dǎo)作用。目前， 新能源汽車電驅(qū)動(dòng)部分主要就硅基功率器件組成。隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，對(duì)電驅(qū)動(dòng)的小型化和輕量化提出了更 高的要求。當(dāng)前，比亞迪、特斯拉等部分車型已經(jīng)使用了碳化硅功率器件的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。特斯拉處在碳化 硅器件應(yīng)用的前列，其最新產(chǎn)品 Model S Plaid 便使用了以 SiC 為主要材料的電動(dòng)逆變器，現(xiàn)已成為全球百米 加速最快的車型。此外，特斯拉旗下的 Model Y 和 Model 3 也均采用了 SiC MOSFET 逆變器技術(shù)，其續(xù)航能 力和逆變效率都有了顯著提升，且在 2020 年全球新能源乘用車車型銷量中均進(jìn)入前十。比亞迪推出的“漢” EV 高性能四驅(qū)版本也配備了 SiC MOSFET 功率控制模塊，是中國(guó)首個(gè)采用相關(guān)技術(shù)的車型。新能源汽車新秀 蔚來(lái)在 2021 年發(fā)布的純電轎車中，也將會(huì)采用 SiC 模塊作為電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)。
電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng) DC/DC 是轉(zhuǎn)變輸入電壓并有效輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器，DC/DC 轉(zhuǎn)換器分為三類：升壓 型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器以及升降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，車載 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可將動(dòng)力電池輸 出的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電。基于碳化硅研制的功率器件，為氫能汽車燃料電池 DC/DC 變換器帶來(lái)革 命性的創(chuàng)新。開(kāi)關(guān)頻率高、功率密度大是 SiC 基功率器件最為顯著的優(yōu)勢(shì)，相比傳統(tǒng)基于 IGBT 模塊變換器產(chǎn) 品，開(kāi)關(guān)頻率提升 4 倍以上、功率密度提升 3 倍以上，系統(tǒng)平均效率大于 97%，最高效率可達(dá) 99%。
車載充電機(jī)（OBC）是完成將交流電轉(zhuǎn)換為電池所需的直流電，并決定了充電功率和效率的關(guān)鍵部件。汽車由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡婒?qū)動(dòng)，最明顯的變化就是發(fā)動(dòng)機(jī)和油箱分別被電機(jī)和電池取代了，同時(shí)隨之而來(lái)的 便是其它輔助器件的增加，如增加了 OBC 為電池充電。SiC SBD、SiC MOSFET 等器件可使得 OBC 的能量損 耗減少、熱能管理改善。根據(jù) WolfSpeed，相較于傳統(tǒng)的硅基器件，OBC 采用碳化硅器件可使其體積減少 60%，BOM 成本將降低 15%。此外，雙向逆變技術(shù)是未來(lái) OBC 標(biāo)配的功能之一，使 OBC 不僅可將 AC 轉(zhuǎn)化 為 DC 為電池充電，同時(shí)也可將電池的 DC 轉(zhuǎn)化為 AC 對(duì)外進(jìn)行功率輸出；將 OBC 及 DC/DC 等器件進(jìn)行功能 集成化將會(huì)提高成本上、體積上的優(yōu)勢(shì)。
碳化硅材料性能上限高，與新能源車高度適配。目前，傳統(tǒng)硅材料在 MOSFET、IGBT、功率 IC 等領(lǐng)域的 器件性能已經(jīng)逐漸接近極限，已無(wú)法適應(yīng)新興市場(chǎng)快速發(fā)展的變革需要，基于寬禁帶半導(dǎo)體 SiC 制造的功率器 件具有更為優(yōu)越的物化性能。通過(guò)在導(dǎo)電型碳化硅襯底上生長(zhǎng)碳化硅外延，即可得到適用于新能源汽車、光伏、 交通軌道等領(lǐng)域的功率器件。它們相較于硅基器件具有更高的工作溫度、擊穿電壓以及優(yōu)越的開(kāi)關(guān)性質(zhì)，其開(kāi) 關(guān)頻率和功率頻率都輕易突破了傳統(tǒng)材料的上限，因此廣泛用于新能源汽車等領(lǐng)域。
在新能源汽車的應(yīng)用中，SiC 功率器件主要具有以下特點(diǎn)：1）顯著降低散熱器的體積和成本：在主流的HEV（混合動(dòng)力汽車）中，車載逆變器的散熱器件具有兩套水冷系統(tǒng)，冷卻溫度均在 75-105 攝氏度。由于碳 化硅具有的導(dǎo)熱性能幾乎為 Si 的三倍，因此在高溫環(huán)境中 SiC-SBD 具有極佳的優(yōu)勢(shì)。若將兩套冷卻系統(tǒng)合二 為一，HEV 散熱器的成本和體積就可以得到有效地改善；2）減小功率模塊的體積：SiC功率器件的電流密度、 開(kāi)關(guān)損耗都顯著低于 Si 基器件，這使得同樣的功率下，SiC-MOSFET 和 SiC SBD 可以在 100kHz 開(kāi)關(guān)頻率下工作。SiC功率器件的封裝體積顯著低于 Si-IGBT，同時(shí)高頻工作環(huán)境也能夠減少器件的成本；
3）提高系統(tǒng)效率：傳統(tǒng) Si-IGBT 的導(dǎo)通電阻較大，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中具有較大的反向電流，趨于穩(wěn)定的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的損耗。SiC-SBD 器件則具有優(yōu)越的正向壓降和反向電流，可以有效降低器件的損耗，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率。目 前，SBD 是新能源汽車領(lǐng)域應(yīng)用最成熟的 SiC 器件，MOSFET 在國(guó)外范圍內(nèi)也得到了初步地生產(chǎn)和應(yīng)用。實(shí) 際上，SiC-SBD/MOSFET 的耐壓范圍已經(jīng)與 Si-SBD(FRD) / Si-MOSFE(IGBT)十分接近，由于耐壓范圍的全 覆蓋，目前無(wú)需制作成本更高的 SiC-IGBT 器件，這也意味著碳化硅器件的性能上限要遠(yuǎn)高于硅基器件。
新能源汽車市場(chǎng)日益火爆，需求釋放推動(dòng)碳化硅市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。2020 年，全球新能源汽車市場(chǎng)銷量為 400 萬(wàn)輛，其中插電混合動(dòng)力 PHEV 類占比 37.50%，純電動(dòng)BEV 類占比 67.50%，是當(dāng)前市場(chǎng)的主要品類。我們預(yù)計(jì)，2021-2025年全球新能源汽車的銷量將以 14%的 CAGR 快速增長(zhǎng)。同時(shí)，中國(guó)已成為全球最大的新能源汽 車市場(chǎng)，2020 年總體銷量為 116 萬(wàn)臺(tái)，占全球市場(chǎng)的29.00%，未來(lái)五年的 CAGR 預(yù)測(cè)為 31%。新能源汽車市 場(chǎng)的日益火爆，極大地拉升了碳化硅市場(chǎng)的增長(zhǎng)幅度。
2019 年，全球新能源汽車 IGBT 的市場(chǎng)規(guī)模約為 2.25 億美元，預(yù)計(jì)該數(shù)值 2025 年將為 15.53 億美元，市場(chǎng)將以 38%的 CAGR 快速增長(zhǎng)。同時(shí)，新能源汽車市場(chǎng)的 應(yīng)用也占據(jù)了碳化硅器件總市場(chǎng)的 41.59%，預(yù)計(jì)這一占比將于2025 年提升至 60.62%。目前，用于電機(jī)驅(qū)動(dòng) 逆變器的碳化硅功率器件是車用 SiC 產(chǎn)品中最主要且潛在增長(zhǎng)空間最巨大的部分，碳化硅在新能源汽車領(lǐng)域的 應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了批量生產(chǎn)的臨界區(qū)域，相關(guān)下游市場(chǎng)的大量需求正在逐步釋放。預(yù)計(jì)隨著新能源車市場(chǎng)滲透率 的進(jìn)一步擴(kuò)大，以及功率模塊和相關(guān)應(yīng)用的迅速發(fā)展，碳化硅市場(chǎng)將在中期內(nèi)迎來(lái)爆發(fā)。
目前，全球的碳化硅廠商也在積極尋求合作，紛紛與先進(jìn)新能源汽車企業(yè)簽訂協(xié)議。特斯拉 Model 3 所采 用的 SiC MOSFET 功率模塊正是由意法半導(dǎo)體提供的，且后者與碳化硅領(lǐng)先企業(yè) Woifspeed 簽訂了 150mm 碳 化硅晶圓擴(kuò)展協(xié)議，旨在為全球的 SiC 晶圓供給加碼。此外，意法半導(dǎo)體還于 2021 年 6 月與雷諾集團(tuán)達(dá)成戰(zhàn)略合作，以提供用于電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車的 SiC 功率器件供應(yīng)，此舉旨在降低汽車的電池成本、增加充電里程、 縮短充電時(shí)間最終使成本降低近 30%。
同時(shí)，日本先進(jìn)半導(dǎo)體制造商 ROHM 也于 2021 年 9 月與吉利汽車達(dá) 成合作，后者將使用 ROHM 提供的 SiC 功率器件實(shí)現(xiàn)高效的逆變效率和充電性能，從而進(jìn)一步提高用戶體驗(yàn)。WolfSpeed 也為鄭州宇通集團(tuán)提供了 1200V 的 SiC 功率器件，后者交付的首輛電動(dòng)客車采用了碳化硅解決方案。目前，全球頂尖碳化硅器件制造商都紛紛與新能源車企尋求合作，以擴(kuò)大自身在相關(guān)市場(chǎng)的領(lǐng)先地位，新能源 汽車市場(chǎng)的快速發(fā)展必將加劇全球碳化硅企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，預(yù)計(jì)市場(chǎng)集中度將進(jìn)一步提高。
電動(dòng)電子和逆變器領(lǐng)域，據(jù) ev-sales.blog 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年包括插電混動(dòng)、純電動(dòng)、燃料電池在內(nèi)的新能 源乘用車全球銷量達(dá)到了 649.54 萬(wàn)輛。2021 年特斯拉全球新能源乘用車銷量為 93.62 萬(wàn)輛，市占率達(dá) 14.4%， 位列全球首位。其中，Model 3 銷量為 50.07 萬(wàn)輛，市占率達(dá) 7.7%。特斯拉的熱門型號(hào)車型將保持對(duì) SiC 功率 器件的搭載，結(jié)合其較高的市場(chǎng)占有率，這將繼續(xù)推動(dòng) SiC 器件的需求高漲。車載充電系統(tǒng)和電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)方 面，碳化硅功率器件能夠有效降低開(kāi)關(guān)損耗、提高極限工作溫度、提升系統(tǒng)效率，目前全球已有超過(guò) 20 家汽 車廠商在車載充電系統(tǒng)中使用碳化硅功率器件。碳化硅器件應(yīng)用于新能源汽車充電樁，可以減小充電樁體積， 提高充電速度。2020 年 12 月，豐田汽車推出并公開(kāi)發(fā)售“Mirai”燃料電池電動(dòng)汽車，這是豐田汽車首次使用 碳化硅功率器件。預(yù)計(jì)未來(lái)五年內(nèi)，隨著碳化硅相關(guān)功率器件在新能能源汽車中的滲透率上升，碳化硅市場(chǎng)將 會(huì)迎來(lái)更為快速的增長(zhǎng)，我們對(duì)此抱有樂(lè)觀預(yù)期。
2.3 太陽(yáng)能光伏
碳化硅物化性質(zhì)優(yōu)越，光伏原材料迭代升級(jí)。碳化硅具有較寬的帶隙，導(dǎo)熱能力近乎達(dá)到了硅原料的 3 倍， 在太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用。與傳統(tǒng)的 Si 材料相比，SiC 具有極高的擊穿電壓和較低的導(dǎo)通電阻，因 而其功率器件擁有更好的開(kāi)關(guān)效率并且能高效地進(jìn)行熱量積累。碳化硅制造的高電壓 MOSFET 具有優(yōu)越的開(kāi) 關(guān)性能，其功能不受溫度影響，由此能很好地在升溫系統(tǒng)中保持穩(wěn)定效力。此外，SiC MOSFET 也可以在具 備高轉(zhuǎn)換頻率的同時(shí)，擁有 99%以上的逆變效率。因此，SiC 可以廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏功率器件，主要包括 光伏逆變器、控制器、功率模組等。盡管碳化硅器件具有較高的制造成本，但其高導(dǎo)熱率、高擊穿電場(chǎng)、低損 耗等特性，都使得光伏系統(tǒng)效率更高，從而進(jìn)一步降低成本。無(wú)論從光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游的材料制造看，還是從下 游應(yīng)用的高效能看，碳化硅都具有無(wú)與倫比的高效能。預(yù)計(jì)中長(zhǎng)期內(nèi)，碳化硅將會(huì)成為太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域功率器 件的主要制造原料，同時(shí)帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈整體實(shí)現(xiàn)迭代升級(jí)。
光伏新能源市場(chǎng)發(fā)展空間廣闊，碳化硅材料仍有較大潛在空間。2018年我國(guó)能源消費(fèi)中煤炭消費(fèi)占比高 達(dá) 59%，風(fēng)光等優(yōu)質(zhì)能源消費(fèi)占比僅 4%。而根據(jù)“十四五”規(guī)劃要求，2025 年要實(shí)現(xiàn)單位 GDP 能源消耗降 低 13.5%，光伏等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間廣闊。2020 年，全球光伏能源需求為 130GW，樂(lè)觀情況下預(yù)計(jì) 2025 年 該項(xiàng)指標(biāo)將到達(dá) 330GW，以 20.48%的 CAGR 快速增長(zhǎng)。即使在保守情況下，全球光伏需求也將以 15.74%的 CAGR 提升，預(yù)計(jì) 2025 年實(shí)現(xiàn) 270GW 的廣泛需求。
同時(shí)，2019年全球太陽(yáng)能光伏碳化硅 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模約為 1.25 億美元，未來(lái)五年內(nèi)將以 17%的 CAGR 快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì) 2025 年將到達(dá) 3.14 億美元。目前，全球的光伏IGBT 市場(chǎng)規(guī)模約為 23 億元，碳化硅器件占比約為 35%，該滲透率仍將繼續(xù)增長(zhǎng)。我們認(rèn)為，隨著全球光伏需求的進(jìn)一步增長(zhǎng)，以及碳化硅 IGBT 器件滲透率的不斷提高，表現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)的太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)將持續(xù)拉升對(duì)碳化硅 的需求，并進(jìn)一步推動(dòng)碳化硅功率器件市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，碳化硅材料增長(zhǎng)潛在空間仍然巨大。
光伏功率器件性能顯著，諸多領(lǐng)先廠商紛紛加碼。在光伏太陽(yáng)能領(lǐng)域中，以硅為原料制作的逆變器成本約為系統(tǒng)總體的 10%，但卻是能量損耗的來(lái)源之一。然而，以碳化硅為基礎(chǔ)的 MOSFET 和功率模組可以將光伏 逆變器的轉(zhuǎn)換效率從提高至 99%以上，能量損耗可以減少 50%以上，設(shè)備壽命提高 50 倍左右。目前，國(guó)外領(lǐng) 先碳化硅功率器件廠商意法半導(dǎo)體、ROHM 都已實(shí)現(xiàn)了 MOSFET 器件的量產(chǎn)，并將廣泛應(yīng)用于光伏太陽(yáng)能領(lǐng)域。同時(shí)，國(guó)際著名半導(dǎo)體器件制造商 Onsemi已推出了適用于光伏逆變器的 SiC 功率模組，該模組集成了 1200V 40m的 MOSFET 和升壓二極管，將較好地提升逆變器的性能效率。
著名太陽(yáng)能和光伏組件制造商 Tainergy Tech 也已成立相關(guān)子公司，專門生產(chǎn)用于 GaN 外延的 SiC 襯底，并且致力于實(shí)現(xiàn)碳化硅對(duì)自身業(yè)務(wù)發(fā)展的良好推動(dòng)。國(guó)內(nèi)方面，三安集成也已完成 SiC 器件的量產(chǎn)平臺(tái)打造，其首發(fā)產(chǎn)品 1200V 80m碳化硅 MOSFET 已實(shí)現(xiàn)了一系列性能和可靠性測(cè)試，可應(yīng)用于光伏系統(tǒng)組成。此外，露笑科技和斯達(dá)半導(dǎo)體也積極 投入碳化硅器件生產(chǎn)，并廣泛布局光伏業(yè)務(wù)。目前，無(wú)論是領(lǐng)先的半導(dǎo)體器件制造商，還是先進(jìn)的太陽(yáng)能光伏 組件企業(yè)，都積極投入碳化硅IGBT，并使其廣泛應(yīng)用于光伏領(lǐng)域。我們預(yù)計(jì)，未來(lái)五年內(nèi)碳化硅功率器件將更為廣泛地應(yīng)用于光伏市場(chǎng)，后者亦將為 SiC 器件帶來(lái)至少 15%以上的快速增長(zhǎng)。
2.4 充電基礎(chǔ)設(shè)施
中國(guó)累計(jì)充電樁數(shù)量創(chuàng)新高，車樁比例趨向合理。截止 2021 年 7 月，中國(guó)累計(jì)充電樁數(shù)量約為 201 萬(wàn)臺(tái)， 同比增長(zhǎng) 20%，近六年 CAGR 為 76.69%，整體呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。目前，新能源汽車充電樁分為公共、專用和 私人用類，還可以分為交流充電和直流充電兩類。2020年我國(guó)主要以私人和交流充電樁為主，兩者分別占比 57.45%和 61.67%，是碳化硅器件的主要應(yīng)用方向。然而，我國(guó)充電樁數(shù)量仍然低于 480 萬(wàn)的預(yù)期規(guī)劃，供不應(yīng)求仍將推動(dòng)充電樁數(shù)量迅速增長(zhǎng)，從而創(chuàng)造巨大的市場(chǎng)需求并推動(dòng)行業(yè)增長(zhǎng)。
同時(shí)，2015-2020 年中國(guó)系能 源汽車和充電樁比例不斷下降，從 6.36 收窄至 2.93，充電樁供應(yīng)迅速提高。盡管充電配套設(shè)施整體有所改善， 但仍然低于比例為 1 的預(yù)期目標(biāo)，市場(chǎng)仍具有較大的增長(zhǎng)空間。基于 IEA 預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì) 2025年全球充電樁保有量將達(dá)到 4580-6500 萬(wàn)個(gè)，私人充電樁預(yù)計(jì)為 3970-5670 萬(wàn)個(gè)，公共充電樁保有量約為 610-830 萬(wàn)個(gè)，整體數(shù) 量迅速增長(zhǎng)且仍以私人充電類型為主。與此相適應(yīng)的，預(yù)計(jì) 2025 年中國(guó)新能源汽車保有量將突破 2500 萬(wàn)輛， 則充電樁數(shù)量推算約為 800 萬(wàn)個(gè)，復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 41.42%左右，市場(chǎng)預(yù)期狀況良好。因此，我們認(rèn)為中國(guó) 以及全球的充電樁需求仍存在較大的增長(zhǎng)空間，車樁比例仍將進(jìn)一步趨近合理化，從而推動(dòng)碳化硅市場(chǎng)的發(fā)展。
充電樁市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，碳化硅器件助力充電樁性能升級(jí)。2019 年中國(guó)新能源汽車充電樁市場(chǎng)需求規(guī)模約 為 540 億元，同比增長(zhǎng) 29%。預(yù)計(jì) 2025 年，中國(guó)充電樁市場(chǎng)將以 28.27%的 CAGR 達(dá)到 2400 億元，成長(zhǎng)潛力 十分巨大。實(shí)際上，SiC MOSFET 和二極管產(chǎn)品具有耐高壓、耐高溫、開(kāi)關(guān)頻率快的特性，可以很好地用于 充電樁模塊。與傳統(tǒng)硅基期間相比，碳化硅模塊可以增加充電樁近 30%的輸出功率，并且減少損耗高達(dá) 50% 左右。同時(shí)，碳化硅器件還能夠增強(qiáng)充電樁的穩(wěn)定性，減小器件系統(tǒng)體積，降低成本并進(jìn)一步增加碳化硅 IGBT 器件在充電樁市場(chǎng)的滲透率。目前，新能源汽車充電樁中碳化硅器件的滲透率僅為 10%左右，仍然具有 很大的潛在發(fā)展空間。2019 年，全球充電樁碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模約為 5 百萬(wàn)美元，預(yù)計(jì) 2025 年將增長(zhǎng)至 2.55 億美元，未來(lái)六年 CAGR 高達(dá) 90%，增長(zhǎng)十分迅速。預(yù)計(jì)隨著碳化硅期間滲透率的提高，充電樁需求的持續(xù) 上漲，配套設(shè)施的進(jìn)一步完善，全球充電樁碳化硅器件市場(chǎng)仍將持續(xù)增長(zhǎng)，從而引起碳化硅市場(chǎng)的高度火熱。
羅姆等碳化硅器件領(lǐng)先企業(yè)進(jìn)入充電樁市場(chǎng)，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)進(jìn)一步加速。目前，ROHM 已經(jīng)推出了 基于碳化硅的充電基礎(chǔ)設(shè)施解決方案，從而應(yīng)用于高效和小型化的大功率充電樁。首先，針對(duì)單向充電樁羅姆 提出使用 FRD、SiC MOS 和 SBD 的解決方案，可以很好地提高功率密度和充電效率。ROHM 通過(guò)高耐壓的 1200V 碳化硅 MOSFET 來(lái)削減器件個(gè)數(shù)，從而進(jìn)一步降低充電樁的體積。其次，針對(duì)雙向充電樁羅姆提出了 三相 B6-PFC 拓?fù)浞桨?，通過(guò)使用 1200V 的 SiC MOSFET 和全碳化硅功率模塊，制造具備多功能的小型充電 樁。此外，安森美也在開(kāi)發(fā)用于直流充電樁的碳化硅功率器件和模塊，希望構(gòu)建更高功率的充電方式，并通過(guò) AC-DC 和 DC-DC 級(jí)的升壓轉(zhuǎn)換器提高充電效率。由此可見(jiàn)，碳化硅器件龍頭都在進(jìn)行充電樁技術(shù)模塊的研發(fā)， 英飛凌、WolfSpeed、STM 等公司都在積極進(jìn)入碳化硅充電樁市場(chǎng)。預(yù)計(jì)未來(lái)，充電樁市場(chǎng)將會(huì)迎來(lái)更多的發(fā) 展機(jī)遇，領(lǐng)先企業(yè)將發(fā)揮龍頭效應(yīng)，與政府機(jī)構(gòu)積極合作，構(gòu)建更完好的充電樁生態(tài)系統(tǒng)。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）
三、供給：短期產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)芟抟r底產(chǎn)能，長(zhǎng)期產(chǎn)能擴(kuò)張帶來(lái)價(jià)格下降
3.1 碳化硅襯底制備存在多重挑戰(zhàn)，位于產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)
國(guó)際上 6 英寸 SiC 襯底產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)商用化，未來(lái)占據(jù)市場(chǎng)份額主流地位。目前，全球市場(chǎng)上 6 英寸 SiC 襯底 已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，且在未來(lái)幾年里 6 英寸襯底將占據(jù)市場(chǎng)主要份額。此外，主流大廠也陸續(xù)推出 8 英寸樣品，微 管密度達(dá)到 0.62，預(yù)計(jì) 5 年內(nèi) 8 英寸將全面商用。當(dāng)前，WolfSpeed 公司能夠批量供應(yīng) 4 英寸至 6 英寸導(dǎo) 電型和半絕緣型碳化硅襯底，且已成功研發(fā)并開(kāi)始建設(shè) 8 英寸產(chǎn)品生產(chǎn)線。2021 年 7 月，意法半導(dǎo)體就宣布其 可制造出首批 8 英寸 SiC 晶圓片。隨著碳化硅基電子電力器件的逐步推廣與應(yīng)用，大直徑襯底可以有效降低器 件制備成本，以 6 英寸襯底為例，使用直徑 150mm 的襯底相較于 4 英寸的襯底能夠節(jié)省 30%的器件制備成本。
碳化硅襯底制備面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)，降低結(jié)晶缺陷密度技術(shù)使得制備成本增加。碳化硅襯底制備主要有以 下技術(shù)難點(diǎn)：
（1）碳化硅襯底制備過(guò)程中，碳化硅單晶的制備對(duì)于溫度場(chǎng)設(shè)計(jì)要求較高。適宜的溫度場(chǎng)是制備 碳化硅單晶的基礎(chǔ)，不適宜的溫度場(chǎng)極易導(dǎo)致單晶開(kāi)裂等問(wèn)題。此外，隨著碳化硅襯底直徑的增加，溫度場(chǎng)的 設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)難度也在增加。（2）降低結(jié)晶缺陷密度。襯底中結(jié)晶缺陷（如：微管、穿透性螺位錯(cuò)（TSD）、基平 面位錯(cuò)（BPD））會(huì)對(duì)器件造成負(fù)面影響。由于碳化硅較高的生長(zhǎng)溫度，為降低結(jié)晶缺陷密度，傳統(tǒng)的工藝條件 （如掩膜法）已經(jīng)不能滿足低結(jié)晶缺陷密度單晶的生長(zhǎng)，勢(shì)必需要導(dǎo)入新工藝，增加工藝復(fù)雜性，這會(huì)推高單晶成本。因此，需要投入較長(zhǎng)的時(shí)間及較大的物料成本研發(fā)新工藝，較長(zhǎng)的研發(fā)周期可能會(huì)阻礙襯底單位面積 成本的下降，且隨著單晶生長(zhǎng)厚度的增加，單晶殘余內(nèi)應(yīng)力迅速增加，這會(huì)導(dǎo)致單晶結(jié)晶質(zhì)量下降甚至導(dǎo)致單 晶開(kāi)裂等問(wèn)題，如何有效兼顧單晶可用厚度及單晶結(jié)晶質(zhì)量存在較大難度。
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)廠商碳化硅襯底生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo)與國(guó)際主流廠商相比仍有明顯差距。襯底主要的三個(gè)幾何參數(shù) 為 TTV（總厚度偏差）、Bow（彎曲度）及 Wrap（翹曲度），國(guó)內(nèi)廠商與國(guó)外領(lǐng)先廠商仍存在明顯差距。此外， 產(chǎn)品的一致性問(wèn)題是難以攻克的短板，國(guó)產(chǎn)襯底目前較難進(jìn)入主流供應(yīng)鏈。具體來(lái)說(shuō)，國(guó)產(chǎn)襯底技術(shù)短板以及 一致性問(wèn)題主要包含兩個(gè)方面：（1）由于國(guó)內(nèi)廠商起步相對(duì)較晚，在材料匹配、設(shè)備精度和熱場(chǎng)控制等技術(shù)角 度需要長(zhǎng)時(shí)間的專門知識(shí)累積；（2）國(guó)內(nèi)廠商的客戶較少且比較分散，客戶的反饋速度更慢，反饋內(nèi)容不徹底。相比較起來(lái)，WolfSpeed 的產(chǎn)品線覆蓋襯底、外延、器件乃至模組，后端反饋充分且及時(shí)。因此，國(guó)內(nèi)廠商的技術(shù)差距直接導(dǎo)致襯底綜合性能較差，無(wú)法用于要求更高的產(chǎn)線中；一致性問(wèn)則表示優(yōu)質(zhì)襯底比例較低，直接 導(dǎo)致襯底的成本大幅上升，上述兩點(diǎn)導(dǎo)致國(guó)內(nèi)廠商制造的襯底還無(wú)法進(jìn)入主流供應(yīng)鏈。
3.2 碳化硅外延處于產(chǎn)業(yè)鏈中間環(huán)節(jié)，受制于碳化硅襯底技術(shù)缺陷
當(dāng)前外延主要以 4 英寸及 6 英寸為主，大尺寸碳化硅外延片占比逐年遞增。碳化硅外延尺寸主要受制于碳 化硅襯底尺寸，當(dāng)前 6 英寸碳化硅襯底已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用，因此碳化硅襯底外延也逐漸從 4 英寸向 6 英寸過(guò)渡。在 未來(lái)幾年里，大尺寸碳化硅外延片占比會(huì)逐年遞增。由于 4 英寸碳化硅襯底及外延的技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，因此， 4 英寸碳化硅外延晶片已不存在供給短缺的問(wèn)題，其未來(lái)降價(jià)空間有限。此外，雖然當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)廠商已經(jīng)研 發(fā)出 8 英寸碳化硅襯底，但其進(jìn)入碳化硅功率器件制造市場(chǎng)將是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，隨著 8 英寸碳化硅外延技術(shù) 的逐漸成熟，未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn) 8 英寸碳化硅功率器件生產(chǎn)線。
碳化硅外延主要解決外延晶片均勻性控制和外延缺陷控制兩大問(wèn)題。（1）外延晶片均勻性控制方面，由于 外延片尺寸的增大往往會(huì)伴隨外延晶片均勻性的下降，因此大尺寸外延晶片均勻性的控制是提高器件良率和可 靠性、進(jìn)而降低成本的關(guān)鍵。（2）外延缺陷控制問(wèn)題。基晶面位錯(cuò)（BPD）是影響碳化硅雙極型功率器件穩(wěn)定 性的一個(gè)重要結(jié)晶缺陷，不斷降低 BPD 密度是外延生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展的主要方向。由于物理氣象傳輸法（PVT）制 備碳化硅襯底的 BPD 密度較高，外延層中對(duì)器件有害的 BPD 多來(lái)自于襯底中的 BPD 向外延層的貫穿。因此，提 高襯底結(jié)晶質(zhì)量可有效降低外延層 BPD 位錯(cuò)密度。隨著碳化硅器件的不斷應(yīng)用，器件尺寸及通流能力不斷增加， 對(duì)結(jié)晶缺陷密度的要求也不斷增加，在未來(lái)技術(shù)的進(jìn)步下，碳化硅外延片結(jié)晶缺陷密度會(huì)隨之不斷下降。
3.3 碳化硅功率器件制備存在技術(shù)難點(diǎn)，國(guó)外廠商先行
碳化硅中高壓功率二極管商業(yè)化產(chǎn)品逐年增多，主要以碳化硅 SBD 和結(jié)勢(shì)壘型 JBS 器件為主。2020 年， 國(guó)際上有超過(guò) 20 家公司量產(chǎn)碳化硅二極管系列產(chǎn)品，擊穿電壓主要分布在 600V-3300V，根據(jù) Mouser 數(shù)據(jù)顯 示，2020 年共有約 800 款碳化硅 SBD 產(chǎn)品在售，較 2019 年新增 122 款，中高壓商業(yè)化產(chǎn)品逐年增多。碳化硅 SBD 器件當(dāng)前在專利設(shè)計(jì)方面幾乎沒(méi)有壁壘，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)如派恩杰已經(jīng)開(kāi)始第六代碳化硅 SBD 的研發(fā)，與國(guó) 外差距較小。而碳化硅 SBD 器件制造產(chǎn)線方面，國(guó)內(nèi)外差距較為明顯，國(guó)內(nèi)碳化硅 SBD 制造產(chǎn)線多數(shù)處于剛通 線的狀態(tài)，還需經(jīng)歷產(chǎn)能爬坡等階段，離大規(guī)模穩(wěn)定量產(chǎn)還有一定距離。
當(dāng)前，碳化硅 MOSFET 制備技術(shù)要求較高，碳化硅 MOSFET 采用溝槽結(jié)構(gòu)可最大限度地發(fā)揮 SiC 的特性， 柵級(jí)氧化物形成技術(shù)挑戰(zhàn)較高。平面 SiC MOSFET 的缺陷密度較高，MOSFET 溝道中電子散射降低溝道電子遷移 率從而使得性能下降，即溝道電阻上升、功率損耗上升而溝道電流下降。由于 SiC MOSFET 的 N+源區(qū)和 P 井摻 雜都是采用離子注入的方式，在 1700℃溫度中進(jìn)行退火激活，一個(gè)關(guān)鍵的工藝是 SiC MOSFET 柵氧化物的形成， 而碳化硅材料中同時(shí)有 Si 和 C 兩種原子存在，因此需要非常特殊的柵介質(zhì)生長(zhǎng)方法。
碳化硅 MOSFET 質(zhì)量不斷改善推動(dòng)產(chǎn)品商業(yè)化。自 2010 年以來(lái)，碳化硅功率 MOSFET 在汽車、光伏及鐵路 等多個(gè)市場(chǎng)取代硅技術(shù)，科瑞公司于 2011 年推出了市場(chǎng)上第一個(gè)垂直 N 溝道增強(qiáng)型碳化硅功率 MOSFET，碳化 硅 MOSFET 市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。當(dāng)前，碳化硅 MOSFET 的質(zhì)量不斷改善，已基本達(dá)到業(yè)界使用的要求。以市售的 1200V 碳化硅 MOSFET 為例，其溝道遷移率已經(jīng)提高到適當(dāng)水平，多數(shù)主流工業(yè)設(shè)計(jì)的氧化物壽命達(dá)到了可接 受的水平，閾值電壓變得越來(lái)越穩(wěn)定。因此，在碳化硅 MOSFET 質(zhì)量不斷改善的激勵(lì)下，目前其商用在不斷推 進(jìn)，市場(chǎng)上有多家供應(yīng)商可以供應(yīng)生產(chǎn)水平量的碳化硅 MOSFET。
碳化硅 MOSFET 國(guó)外廠商已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，MOSFET 穩(wěn)定性需要時(shí)間驗(yàn)證。目前英飛凌、ST、羅姆等國(guó)際大廠 600-1700V 碳化硅 SBD、MOSFET 均已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而國(guó)內(nèi)所有碳化硅 MOSFET 器件制造平臺(tái)仍在搭建中，部分公 司的產(chǎn)線仍處于計(jì)劃階段，離正式量產(chǎn)還有很長(zhǎng)一段距離。同時(shí)，最新的 Gen 4 Trench SiC MOSFET 專利被國(guó) 外公司掌握，未來(lái)可能存在專利方面的問(wèn)題。產(chǎn)線方面 WolfSpeed、英飛凌等已開(kāi)始布局 8 英寸線，而國(guó)內(nèi)廠 商還在往 6 英寸線過(guò)渡。此外，碳化硅 MOSFET 的產(chǎn)品穩(wěn)定性需要時(shí)間驗(yàn)證。根據(jù)英飛凌 2020 年功率半導(dǎo)體應(yīng) 用大會(huì)上專家披露，目前 SiC MOSFET 真正落地的時(shí)間還非常短，在車載領(lǐng)域才剛開(kāi)始商用（Model 3 中率先 使用了 SiC MOS 的功率模塊），一些諸如短路耐受時(shí)間等技術(shù)指標(biāo)沒(méi)有提供足夠多的驗(yàn)證，SiC MOSFET 在車載 和工控等領(lǐng)域驗(yàn)證自己的穩(wěn)定性和壽命等指標(biāo)需要較長(zhǎng)時(shí)間。
3.4 碳化硅襯底迎來(lái)產(chǎn)能爆發(fā)期，未來(lái)價(jià)格有望下降
近年來(lái)，全球發(fā)達(dá)國(guó)家及中國(guó)不斷推出相關(guān)政策支持第三代半導(dǎo)體材料發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2002 年2019 年，美國(guó)共計(jì)出臺(tái)了 23 項(xiàng)第三代半導(dǎo)體相關(guān)的規(guī)劃政策，總投入經(jīng)費(fèi)超過(guò) 22 億美元。2020 年全年，雖 然美國(guó)并未正式出臺(tái)相關(guān)政策，但本年度相關(guān)提案涉及的經(jīng)費(fèi)超過(guò) 480 億美元。2020 年，歐盟 24 個(gè)國(guó)家中有 17 個(gè)國(guó)家聯(lián)合發(fā)布了《歐洲處理器和半導(dǎo)體科技計(jì)劃聯(lián)合聲明》，宣布了未來(lái) 2-3 年內(nèi)對(duì)半導(dǎo)體領(lǐng)域的投入將 達(dá)到 1450 億歐元。韓國(guó)于 2020 年 6 月，拋出萬(wàn)億韓元半導(dǎo)體振興計(jì)劃，從 2020 年到 2029 年在系統(tǒng)級(jí)芯片 （SoC）領(lǐng)域投資總計(jì) 1 萬(wàn)億韓元（約 59 億元人民幣）。日本大力鞏固第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢(shì)，日本經(jīng)產(chǎn) 省準(zhǔn)備資助日企和大學(xué)圍繞 GaN 材料部署研發(fā)項(xiàng)目，預(yù)計(jì) 2021 年將撥款 2030 萬(wàn)美元，未來(lái) 5 年斥資 8560 萬(wàn) 美元。我國(guó)自 2015 年發(fā)布《中國(guó)制造 2025》規(guī)劃以來(lái)，近五年不斷推出相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，大力支持國(guó)內(nèi)第三代 半導(dǎo)體材料的發(fā)展。
在寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的政策支持和行業(yè)快速發(fā)展刺激下，國(guó)內(nèi)廠商開(kāi)始布局碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈。當(dāng)前，在國(guó)內(nèi) 政策支持和行業(yè)發(fā)展吸引下，國(guó)內(nèi)諸多企業(yè)開(kāi)始進(jìn)入第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈制造中，如露笑科技、三安光電、天 通股份等上市公司均已公告進(jìn)入碳化硅領(lǐng)域；斯達(dá)半導(dǎo)在今年 3 月宣布加碼車規(guī)級(jí) SiC 模組產(chǎn)線；而比亞迪半 導(dǎo)體、聞泰科技、華潤(rùn)微等也有從事 SiC 器件業(yè)務(wù)。此外，天科合達(dá)、山東天岳等國(guó)內(nèi)廠商也都走在擴(kuò)產(chǎn)路上。2021 年 8 月，山東天岳子公司上海天岳總投資 25 億元計(jì)劃建設(shè)碳化硅半導(dǎo)體材料項(xiàng)目開(kāi)工，在達(dá)產(chǎn)年將形成 年產(chǎn)導(dǎo)電型碳化硅晶錠 2.6 塊，對(duì)應(yīng)襯底產(chǎn)品 30 萬(wàn)片的產(chǎn)能。項(xiàng)目計(jì)劃于 2022 年試生產(chǎn)，預(yù)計(jì) 2026 年 100% 達(dá)產(chǎn)，其中 6 英寸半絕緣型襯底預(yù)計(jì)在 2023 年形成量產(chǎn)。湖南三安半導(dǎo)體基地一期項(xiàng)目于 2021 年正式投產(chǎn)， 該項(xiàng)目將打造國(guó)內(nèi)首條、全球第三條碳化硅全產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)線，項(xiàng)目全面建成投產(chǎn)后，月產(chǎn)能將達(dá)到 3 萬(wàn)片 6 英寸 碳化硅晶圓。
隨著碳化硅襯底制備技術(shù)的提升及產(chǎn)能擴(kuò)張，碳化硅襯底及外延單位面積價(jià)格或?qū)⑾陆?。目前主流廠商均 有能力制備低微管密度襯底（<1/cm2），TSD、BPD 密度的降低將會(huì)成為襯底廠商研發(fā)工作的重點(diǎn)，因此預(yù)計(jì)襯 底中的 TSD 及 BPD 密度將會(huì)不斷下降。此外，隨著襯底直徑不斷擴(kuò)大、單晶可用厚度不斷增加，單位面積襯底 成本將不斷降低。伴隨大直徑襯底占比不斷提高，襯底單位面積生長(zhǎng)成本下降，以直徑 150mm 單晶與直徑 100mm 單晶為例作比較，150mm生長(zhǎng)成本大約為 100mm 的 1.5-2 倍，可用面積卻是 100mm 的 2.25 倍。
當(dāng)前單晶 可用厚度在不斷增加，以直徑 100mm 單晶為例，2015 年前大部分單晶廠商制備單晶平均可用厚度在 15mm 左右， 2017 年底已經(jīng)達(dá)到 20mm 左右，預(yù)期單晶的平均可用厚度仍會(huì)持續(xù)增加。據(jù)半導(dǎo)體時(shí)代產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)中心（TD）預(yù) 測(cè)，在 2020 年至 2025年期間，碳化硅晶片在半導(dǎo)體領(lǐng)域出貨量的復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 43.8%，到 2025 年還將 達(dá)到 80 萬(wàn)片，可大規(guī)模應(yīng)用于電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，碳化硅襯底價(jià)格有望下降。碳化硅襯底是碳化硅外延的主要成本來(lái)源，未來(lái)單位面積價(jià)格有望下降。在外延價(jià)格構(gòu)成中，襯底占據(jù)了外延 50%以上的成本，隨著襯底價(jià)格 下降，碳化硅外延價(jià)格也有望降低。碳化硅外延的成本構(gòu)成還包括設(shè)備、廠務(wù)和人工成本部分，隨著設(shè)備的改進(jìn)，此類成本也將降低。隨著客戶對(duì)外延質(zhì)量要求的提高，研發(fā)和良率損失部分成本也將保持在 7%左右。
碳化硅電力電子器件價(jià)格進(jìn)一步下降，與同類型 Si 器件價(jià)差縮小。當(dāng)前碳化硅器件成本約為硅的 4-5 倍， 而器件的主要成本來(lái)源是碳化硅襯底，在上游襯底材料商紛紛擴(kuò)產(chǎn)后，未來(lái) 2-3年碳化硅襯底供應(yīng)加大，襯底 價(jià)格下降有望帶動(dòng)碳化硅器件的成本下降。以汽車級(jí)碳化硅 MOSFET 器件為例，由于使用碳化硅 MOSFET 器 件可以大幅提高汽車性能，目前是新能源汽車電機(jī)控制器、車載電源器件制備的首選，但受制于碳化硅襯底產(chǎn) 能的影響當(dāng)前價(jià)格較高。2020 年受疫情影響，產(chǎn)品供貨周期延長(zhǎng)，但從全年情況來(lái)看，碳化硅器件有所下降， 與傳統(tǒng)產(chǎn)品的價(jià)差持續(xù)縮小。
SiC SBD 產(chǎn)品價(jià)格略有下降，降幅較前兩年有所收窄。根據(jù) CASA 中 Mouser 數(shù) 據(jù)顯示，650V 的碳化硅 SBD 年底均價(jià)較 2019 年底下降了 13.2%，1200V 的碳化硅 SBD 均價(jià) 2020 年較 2019 年下降了 8.6%，與硅器件的差距在 4.5 倍左右。SiC MOSFET 降價(jià)明顯，與硅器件價(jià)差收窄到 2.5~3 倍之間。根據(jù) CASA 中的 Mouser 數(shù)據(jù)，650V、900V、1200V、1700V 的 SiC MOSFET 在 2020 年底的平均價(jià)格分別同 比下降了 13%、2%、27.62%、33.4%。而從實(shí)際成交價(jià)格來(lái)看，650V、1200V 的 SiC MOSFET 價(jià)格較 2019 年 下降幅度達(dá) 30%-40%，與 Si 器件價(jià)差也縮小至 2.5~3 倍之間。因此，隨著 6 英寸晶圓不斷擴(kuò)產(chǎn)形成規(guī)模經(jīng)濟(jì) 后，碳化硅 MOSFET 的價(jià)格有望下降。
四、全球碳化硅市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局
4.1 碳化硅成本以襯底為主，美、日、歐企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位
碳化硅器件成本以襯底制造為主，全球市場(chǎng)國(guó)外企業(yè)具備領(lǐng)先地位。碳化硅市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)鏈主要分為晶圓襯底 制造、外延片生產(chǎn)、碳化硅器件研發(fā)和裝備封裝測(cè)試四個(gè)部分，其中碳化硅襯底是產(chǎn)業(yè)鏈的核心區(qū)域，占據(jù)市場(chǎng)總成本的 50%左右。此外，碳化硅外延片和器件制造分別占據(jù)產(chǎn)業(yè)成本的 25%和 20%，同樣是市場(chǎng)成本的 主要貢獻(xiàn)者。封測(cè)分為封裝和測(cè)試兩個(gè)部分，是芯片和器件完成制造后進(jìn)行性能試驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)，由于程序和 設(shè)備依賴程度相對(duì)較低，整體占比僅為總成本的5%。實(shí)際上，由于具備晶體生長(zhǎng)過(guò)程繁瑣，晶圓切割困難等特點(diǎn)，碳化硅襯底的制造成本一直處于高位。其次，碳化硅外延的質(zhì)量對(duì)器件性能影響較大，同時(shí)外延自身也 受到襯底質(zhì)量的影響，其材料具有高品質(zhì)的需求，因而在產(chǎn)業(yè)鏈中具備較高的成本。
外國(guó)企業(yè)占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，行業(yè)集中度高。全球碳化硅襯底市場(chǎng)目前仍以國(guó)外企業(yè)為主，2020 年上半 年科銳(WolfSpeed)、羅姆(ROHM)、II-VI、昭和電工、天科合達(dá)五家企業(yè)合計(jì)市場(chǎng)占比分別達(dá)到 91%，市場(chǎng)高 度集中。其中，WolfSpeed 獨(dú)占 45%的市場(chǎng)份額，是全球的龍頭企業(yè)，且國(guó)外企業(yè)合計(jì)占比超過(guò) 85%，占據(jù) 市場(chǎng)主導(dǎo)地位。目前，碳化硅市場(chǎng)以 IDM 為主要運(yùn)作模式，WolfSpeed、ROHM 和 STM 都是領(lǐng)先的 IDM 企業(yè)， 后兩者均通過(guò)收購(gòu)的方式成功進(jìn)入碳化硅襯底和外延市場(chǎng)，II-VI 則是傳統(tǒng)的襯底和外延片生產(chǎn)商。國(guó)內(nèi)企業(yè) 中，山東天岳和天科合達(dá)都致力于襯底領(lǐng)域，瀚天天成、東莞天域則主要覆蓋外延片，華潤(rùn)微、基本半導(dǎo)體等 企業(yè)則集中進(jìn)行期間生產(chǎn)。
目前國(guó)內(nèi)暫未出現(xiàn)碳化硅的 IDM 企業(yè)，且整體份額占比較小，但受益于政策利好 等因素，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程仍在不斷加快。2020 年伴隨著電動(dòng)汽車、5G 基站、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，碳化硅 市場(chǎng)也迎來(lái)了高度景氣。然而，2019年全球碳化硅市場(chǎng)規(guī)模約為 5.4 億美元，預(yù)計(jì) 2025 年將突破 25 億美元， 相較于傳統(tǒng)硅半導(dǎo)體市場(chǎng)來(lái)說(shuō)規(guī)模仍然較小。盡管行業(yè)目前集中度高，但領(lǐng)先企業(yè)仍將面臨來(lái)自其他公司的激 烈威脅，其業(yè)績(jī)?cè)谥虚L(zhǎng)期內(nèi)將有波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)企業(yè)仍可抓住快速發(fā)展期，實(shí)現(xiàn)襯底和外延等技術(shù)更迭。
4.2 細(xì)分領(lǐng)域龍頭效應(yīng)明顯，國(guó)產(chǎn)替代成效顯著
4.2.1 碳化硅襯底技術(shù)產(chǎn)生更迭，國(guó)內(nèi)企業(yè)逐步推進(jìn)國(guó)產(chǎn)替代
國(guó)外龍頭已突破 8 英寸節(jié)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)明顯。2020 年，碳化硅襯底的技術(shù)節(jié)點(diǎn)主要分布在 4-6 英 寸，而國(guó)際主流企業(yè) WolfSpeed、II-VI 和 STM 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 8 英寸襯底樣品的研發(fā)，技術(shù)水平位居全球首位。目前，國(guó)內(nèi)外主流企業(yè)均已實(shí)現(xiàn) 4-6 英寸晶圓的規(guī)模化生產(chǎn)，但國(guó)內(nèi)的 8 英寸晶圓仍處于研發(fā)階段。盡管國(guó)內(nèi) 企業(yè)在 4-6 英寸襯底的技術(shù)實(shí)力可以與國(guó)際先進(jìn)水平相媲美，但仍然存在較多的不利競(jìng)爭(zhēng)因素。首先，碳化硅 半導(dǎo)體屬于資金、人才和技術(shù)密集型行業(yè)，由于國(guó)內(nèi) SiC 產(chǎn)業(yè)起步較晚，整體來(lái)說(shuō)仍然受到發(fā)展限制。其次， 碳化硅企業(yè)需要大量的資本支出和技術(shù)投入，國(guó)內(nèi)企業(yè)的融資渠道較為單一，這較大地限制了公司的發(fā)展空間 和競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)外公司還在產(chǎn)能供給方面存在較大差異，國(guó)際一流廠商均已建立十分完善的 2-6 英寸碳化硅襯 底工廠，國(guó)內(nèi)企業(yè)受到自身瓶頸限制，產(chǎn)能供應(yīng)仍處于相對(duì)劣勢(shì)地位。
國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程加快，半絕緣型襯底進(jìn)步顯著。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)在 2-6 英寸的半絕緣型和導(dǎo)電型碳化硅襯底 領(lǐng)域均已實(shí)現(xiàn)部分國(guó)產(chǎn)替代，8 英寸晶圓也在研制過(guò)程中。2020 年，山東天岳在半絕緣型的碳化硅襯底市場(chǎng)中 已占據(jù) 30%的市場(chǎng)份額，與國(guó)際龍頭 WolfSpeed 和 II-VI 相比差距很小。實(shí)際上，該數(shù)值在 2019 年僅為 18%， 山東天岳在一年內(nèi)將市占率提高了 12 個(gè)百分點(diǎn)，進(jìn)入行業(yè)第一梯隊(duì)。而在導(dǎo)電型碳化硅襯底市場(chǎng)，2018 年 WolfSpeed 以 62%的市占率位居全球首位，其次為 II-VI 和 ROHM，三者合計(jì)占比達(dá) 90%。天科合達(dá)和山東天 岳的全球市占率合計(jì)不足 5%，但隨著公司技術(shù)水平不斷提升以及產(chǎn)能釋放，預(yù)計(jì)兩者在導(dǎo)電型襯底領(lǐng)域的市 占率將會(huì)進(jìn)一步提升。盡管國(guó)外企業(yè)在兩類襯底市場(chǎng)均占據(jù)領(lǐng)先地位，但山東天岳已經(jīng)快速實(shí)現(xiàn)半絕緣型碳化 硅襯底的進(jìn)口替代，同時(shí)天科合達(dá)也在積極推進(jìn)導(dǎo)電型襯底的技術(shù)研發(fā)，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程將持續(xù)突破。
4.2.2 碳化硅外延市場(chǎng)逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)能逐步提高
國(guó)外企業(yè)技術(shù)領(lǐng)先，國(guó)產(chǎn)供給仍在提高。目前，碳化硅襯底具有兩類外延片：1）半絕緣型：該類襯底通 常與 GaN 外延結(jié)合形成異質(zhì)晶圓，并主要用于生產(chǎn)微波射頻器件；2）導(dǎo)電型：該類型襯底與 SiC 外延結(jié)合產(chǎn) 生同質(zhì)晶圓，主要用于新能源汽車等領(lǐng)域的功率器件生產(chǎn)。WolfSpeed、ROHM、II-VI 和 STM 均覆蓋了 SiC 外延的生產(chǎn)業(yè)務(wù)，基本可以實(shí)現(xiàn)在 6 英寸襯底上進(jìn)行外延生產(chǎn)，并且可以實(shí)現(xiàn) 250 微米及以上的厚層生長(zhǎng)。此 外，國(guó)外企業(yè)在小于 12 微米和大于 30 微米的外延片均具有良好的成品率和質(zhì)量控制，國(guó)內(nèi)企業(yè)則存在質(zhì)量不穩(wěn)和缺陷密度高的問(wèn)題。瀚天天成和東莞天域均已完成了 3-6 英寸碳化硅外延的研發(fā)和生產(chǎn)，并為全球提供 N型和 P-型外延摻雜材料。此外，中電科十三所、五十五所等也擁有碳化硅襯底的供應(yīng)部門。
國(guó)內(nèi)企業(yè)瀚天天成已實(shí)現(xiàn) 3-6 英寸的外延供給，同時(shí)還可生產(chǎn)用于 600-1700V 的碳化硅功率器件的外延片。目前，公司一期產(chǎn)能約為 6 萬(wàn)片每年，在純碳化硅外延生產(chǎn)商中其產(chǎn)能位居全球前列。同時(shí)，公司將建設(shè) 10 條 6 英寸的碳化硅外延生產(chǎn)線，預(yù)期產(chǎn)能將提高至 40 萬(wàn)片每年，以滿足日益增長(zhǎng)的訂單需求。東莞天域目前 也是全球碳化硅外延片的主要生產(chǎn)商之一，早期已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 3 和 4 英寸的外延片產(chǎn)業(yè)化供給，目前也可提供 6 英 寸外延片和相關(guān)碳化硅功率器件產(chǎn)品。此外，中電科也從事 4-6 英寸的碳化硅外延生產(chǎn)，同時(shí)還提供 N-型 4HSiC 襯底和高純 4H-SiC 襯底材料。目前，國(guó)內(nèi)外在碳化硅外延層面的技術(shù)差別相對(duì)較小，均可滿足 3-6 英寸的 各類外延片生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)企業(yè)的供給量也在逐年提升，逐步成為全球主要的供應(yīng)商。
4.2.3 碳化硅器件市場(chǎng)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)企業(yè)積極布局
國(guó)外企業(yè)器件技術(shù)發(fā)展較快，新能源汽車為主要應(yīng)用領(lǐng)域。2017年全球碳化硅器件市場(chǎng)主要由國(guó)外企業(yè) 領(lǐng)導(dǎo)，WolfSpeed、ROHM、Infineon、STM 市占率分別為 26%、21%、16%和 7%，合計(jì)占比為 70%，市場(chǎng)集 中度較高。目前，國(guó)外企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了 MOSFET 的完備研發(fā)和大批量銷售，碳化硅二極管和功率模塊等產(chǎn)品 也早已實(shí)現(xiàn)大批量出貨。然而，國(guó)內(nèi)企業(yè)基本聚焦于二極管產(chǎn)品的生產(chǎn)，MOSFET 仍處在積累階段。實(shí)際上， 國(guó)內(nèi)企業(yè)泰科天潤(rùn)目前以碳化硅肖特二極管為核心產(chǎn)品，可以提供 600-3300V 的功率器件，主要用于新能源汽車、軌道交通等領(lǐng)域?；景雽?dǎo)體集中研發(fā) SiC 功率器件，主要產(chǎn)品包括二極管和 MOSFET 模塊等，廣泛用 于能源發(fā)電、新能源汽車等領(lǐng)域。華潤(rùn)微已實(shí)現(xiàn)第四代 650V 的 SiC JBS 產(chǎn)品研發(fā)，綜合技術(shù)質(zhì)量已達(dá)世界先進(jìn)水平，同時(shí)其 1200V 的 SiC MOSFET 也已完成樣品制造，預(yù)計(jì)將在未來(lái)兩年內(nèi)進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。
斯達(dá)半導(dǎo)體 新增多個(gè)使用全SiC MOSFET 模塊的 800V 系統(tǒng)的主電機(jī)控制器項(xiàng)目定點(diǎn)，將對(duì)公司 2023 年-2029 年 SiC 模塊銷售增長(zhǎng)提供持續(xù)推動(dòng)力。士蘭微同時(shí)也加快 SiC MOSFET 功率器件的研發(fā)，推出自產(chǎn)芯片的車用 SiC 功 率模塊。目前，全球碳化硅功率器件主要應(yīng)用于新能源汽車、電源、光伏等領(lǐng)域，三者占比分別為 30%、22% 和 15%。世界龍頭企業(yè)已與特斯拉等著名電動(dòng)車企形成合作，致力于碳化硅功率器件和模組的供應(yīng)。同時(shí)，我 國(guó)基本半導(dǎo)體也與特斯拉形成合作，進(jìn)行碳化硅 MOSFET 模塊的研發(fā)。盡管我國(guó)在技術(shù)層面和器件出貨進(jìn)度 方面與國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)仍有一定差距，但預(yù)計(jì)隨著未來(lái)產(chǎn)能釋放和技術(shù)進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外企業(yè)將逐步縮小差距。
五、SiC 產(chǎn)業(yè)鏈代表公司
5.1、國(guó)外主要廠商
5.1.1 WolfSpeed
科銳（WolfSpeed）成立于 1987 年，是一家開(kāi)發(fā)制造半導(dǎo)體材料和設(shè)備的美國(guó)公司，也是全球碳化硅基半 導(dǎo)體材料及器件龍頭。該公司主要基于碳化硅、氮化鎵和相關(guān)化合物生產(chǎn)半導(dǎo)體材料以及發(fā)光二極管、照明、 電源盒射頻等半導(dǎo)體產(chǎn)品。WolfSpeed 最初擁有四大業(yè)務(wù)部門：WolfSpeed、LED、照明業(yè)務(wù)和電源及射頻業(yè)務(wù)。由于 LED 和照明業(yè)務(wù)部門利潤(rùn)下降，而專注于制造碳化硅材料的 WolfSpeed 的增長(zhǎng)速度超越其他業(yè)務(wù)，因此 公司先后出售了其他三大業(yè)務(wù)部門，現(xiàn)已完全轉(zhuǎn)型為以 SiC 和 GaN 為主的半導(dǎo)體企業(yè)。WolfSpeed 部門目前 主要生產(chǎn) SiC 和 GaN 襯底及外延，并且將半導(dǎo)體材料廣發(fā)應(yīng)用于電源、射頻、功率器件等領(lǐng)域的生產(chǎn)。2020 年上半年 WolfSpeed 在碳化硅襯底市場(chǎng)的占有率為 45%，在碳化硅器件市場(chǎng)占有率為 26%，均位居首位。
業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)重大調(diào)整，公司業(yè)績(jī)觸底。2021 財(cái)年公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入 5.26 億美元，同比下降 41.85%，系公司 出售其 LED 業(yè)務(wù)引起的大幅收窄。2012 至 2019 年，隨著照明市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，科銳照明業(yè)務(wù)的毛利率低于 公司總體毛利率，且呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)。由于照明業(yè)務(wù)業(yè)績(jī)表現(xiàn)不佳，公司于 2019 年將該業(yè)務(wù)出售，同年 年?duì)I收同比下降 27.70%，該消極影響一直持續(xù)至 2020 財(cái)年。與此同時(shí)，公司于 2020 年同樣因毛利原因?qū)⑵?LED 業(yè)務(wù)出售，公司完全轉(zhuǎn)型為半導(dǎo)體材料和器件供應(yīng)商。受益于其他業(yè)務(wù)的出售，科銳將有充足的資金持 續(xù)投資研發(fā)半導(dǎo)體，并廣泛利用汽車、5G 和工業(yè)領(lǐng)域等終端市場(chǎng)增強(qiáng)業(yè)績(jī)。預(yù)計(jì)隨著 SiC 和 GaN 市場(chǎng)的持續(xù) 景氣，科銳有望以市占率第一的地位實(shí)現(xiàn)業(yè)績(jī)的觸底反彈，并且在中長(zhǎng)期內(nèi)維持快速增長(zhǎng)。此外，2015 年起 公司凈利潤(rùn)由正轉(zhuǎn)負(fù)，2021 財(cái)年報(bào)凈利潤(rùn)為-5.24 億美元，系主營(yíng)業(yè)務(wù)毛利率表現(xiàn)不佳和后期相關(guān)業(yè)務(wù)出售所 致。預(yù)計(jì)隨著高毛利的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)持續(xù)增長(zhǎng)和費(fèi)用管控，公司的凈利潤(rùn)有望在未來(lái)幾年內(nèi)扭轉(zhuǎn)為正。
歐美成為公司銷售重心，業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)單一帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)波動(dòng)。自 2012 年以來(lái)，科銳在中國(guó)大陸的銷售占比持續(xù) 收窄，該情況于 2018 財(cái)年的業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)更改后有所緩解，但因公司出售其 LED 業(yè)務(wù)而于 2021 年達(dá)到歷史低點(diǎn)。2021 年歐洲、美國(guó)和中國(guó)大陸銷售額分別為 1.89、1.17 和 1.00 億美元，三者合計(jì)占比超過(guò) 75%。目前，公司的銷售重心位于歐美，這與其更為成熟的 SiC 市場(chǎng)相關(guān)。然而，中國(guó)已成為全球最大的半導(dǎo)體市場(chǎng)，且在政策 扶持和終端市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)下，其 SiC 和 GaN 方面將迎來(lái)爆發(fā)期。預(yù)計(jì)公司的銷售情況會(huì)向中國(guó)大陸有所偏 移，業(yè)績(jī)表現(xiàn)也將因此而持續(xù)改善。
半導(dǎo)體研發(fā)成效顯著，公司應(yīng)推進(jìn)費(fèi)用管控。2021 年 WolfSpeed 的研發(fā)支出為 1.78 億美元，同比下降 3.47%，占營(yíng)收比例為 34%。整體來(lái)看，公司的研發(fā)支出一直保持穩(wěn)定，在剝離業(yè)務(wù)期間研發(fā)費(fèi)用的波動(dòng)較小， 且公司在 2020 財(cái)年大幅增加了該項(xiàng)支出。目前，公司已經(jīng)研制出了 100-150mm 的 SiC 襯底和相應(yīng)的碳化硅和 氮化物外延技術(shù)，并完成了首批 200mm 碳化硅晶圓的樣品制備。其研發(fā)費(fèi)用大量投資于 200mm 的 SiC 材料 制造，同時(shí)用于擴(kuò)充產(chǎn)能，其他部分則廣泛用于提高襯底和外延質(zhì)量、高性能的功率和射頻器件開(kāi)發(fā)。2021 年 8 月公司與意法半導(dǎo)體簽訂了擴(kuò)大現(xiàn)有 150mm 碳化硅晶圓的供應(yīng)協(xié)議，WolfSpeed、將在未來(lái)幾年向意法提 供 150mm 的 SiC 襯底和外延片。此舉將為 WolfSpeed 帶來(lái)穩(wěn)定的收入來(lái)源，并有助于公司度過(guò)目前的虛弱階 段。2021 年公司的毛利率為 34.25%，同比上升近 8 個(gè)百分點(diǎn)，出售業(yè)務(wù)帶來(lái)的毛利提升成效顯著。同時(shí)，凈 利率-99.68%，為近十年來(lái)歷史低點(diǎn)，系研發(fā)和銷售費(fèi)用大幅上升所致。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）
5.1.2 羅姆(ROHM)
羅姆是全球著名半導(dǎo)體廠商，以制造和銷售半導(dǎo)體、集成電路和電子元件為主，產(chǎn)品包括 IC、二極管、 LED、SiC 功率器件等。羅姆公司以高功率、模擬、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品這三個(gè)產(chǎn)品系列為中心，加速技術(shù)開(kāi)發(fā)。公司擁 有三大產(chǎn)品部門：（1）IC：該部門主要負(fù)責(zé)集成電路的生產(chǎn)和銷售，主要產(chǎn)品包括 DRAM、驅(qū)動(dòng)器 IC、通用 IC、傳感器 IC 等；（2）分立半導(dǎo)體器件：該部門進(jìn)行以 Si 和 SiC 為材料的半導(dǎo)體器件制造，包括 MOSFET、 晶體管、二極管、LED、碳化硅功率元器件等；（3）模塊：該部門主要負(fù)責(zé)無(wú)線通信模塊和打印頭的生產(chǎn)，主 要包括 Wi-Fi 模塊、LAPIS、傳真打印頭；此外，公司還具備無(wú)源設(shè)備、芯片組的生產(chǎn)能力以及晶圓、MEMS 和先進(jìn)封裝的代工服務(wù)。2020 年上半年 ROHM 在 SiC 襯底市場(chǎng)的占有率為 20%，在 SiC 器件市場(chǎng)的占比為 21%，均位居全球第二位，其子公司 SiCrystal 專注于 SiC 襯底的生產(chǎn)。
公司受疫情影響嚴(yán)重，市場(chǎng)景氣或?qū)⑼苿?dòng)營(yíng)收回暖，。2021 財(cái)年羅姆的營(yíng)業(yè)收入為 32.54 億美元，同比下 降-3.51%，這是自 2018 財(cái)年的歷史高點(diǎn)后連續(xù)第三個(gè)下降的年份，但降幅逐步收窄。受到新冠疫情的影響， 全球集成電路、半導(dǎo)體器件、打印頭和光學(xué)模組市場(chǎng)都出現(xiàn)了下行風(fēng)險(xiǎn)，市場(chǎng)整體表現(xiàn)不佳。同時(shí)，上游零件 和材料的采購(gòu)端也受到疫情的消極影響， ROHM 所覆蓋的其他市場(chǎng)均表現(xiàn)遲緩，這些因素均較大地影響了公司的銷售收入。
這些市場(chǎng)從 2020 年第三季度開(kāi)始表現(xiàn)出一定的回暖趨勢(shì)，受益于全球芯片供應(yīng)短缺以及電動(dòng) 汽車和電子射頻器件等終端市場(chǎng)的高度景氣，下游產(chǎn)品需求上漲從而推動(dòng)了營(yíng)收下降幅度收窄。當(dāng)前，隨著疫 苗接種率提升，全球疫情好轉(zhuǎn)，市場(chǎng)對(duì)電子產(chǎn)品的需求逐漸上升以及半導(dǎo)體下游各類利好政策等因素，半導(dǎo)體 行業(yè)仍將處于高景氣狀態(tài)。然而，盡管中長(zhǎng)期內(nèi)電動(dòng)汽車、5G 終端市場(chǎng)以及半導(dǎo)體行業(yè)仍將維持高度景氣， 但疫情反復(fù)和 SiC 市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)格局加劇仍將對(duì)公司造成不利影響。2021 年羅姆報(bào)凈利潤(rùn) 3.35 億美元，同比增 長(zhǎng) 40%，系成本和各項(xiàng)費(fèi)用較去年均出現(xiàn)下降。全球疫情反復(fù)下，預(yù)計(jì)公司將持續(xù)控制成本和費(fèi)用支出，這可能會(huì)降低同期的營(yíng)收增長(zhǎng)，但利潤(rùn)表現(xiàn)或?qū)⒊掷m(xù)平滑。
亞洲為公司銷售重心，IC 和半導(dǎo)體器件為收入核心。2021 年 ROHM 在日本的銷售額為 11.55 億美元，亞 洲其他地區(qū)為 17.30 億美元，分別占比為 36%和 53%，亞洲是公司的絕對(duì)銷售重心。同時(shí)，2020 年公司在中國(guó) 的銷售額為 9.46 億美元，占比 28.05%，是日本之外最大的銷售地區(qū)。ROHM 在中國(guó)已形成了以 4 家銷售公司 和 18 家分公司為結(jié)構(gòu)的銷售網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)中國(guó)也是其廣泛的技術(shù)支持基地。羅姆建立了包括各類產(chǎn)品研發(fā)、銷 售和技術(shù)支持在內(nèi)的綜合服務(wù)系統(tǒng)，用以積極拓展海外客戶并且成功推動(dòng)了收入和市場(chǎng)份額的增長(zhǎng)。2021 財(cái) 年公司的海外收入并沒(méi)有大幅收窄的情況，但疫情的消極影響仍使得相關(guān)業(yè)務(wù)的預(yù)期存在較大的不確定性。此 外，隨著中國(guó)半導(dǎo)體和電動(dòng)汽車市場(chǎng)的快速發(fā)展以及政策支持，公司在中國(guó)的銷售額或?qū)⒈３址€(wěn)定甚至增長(zhǎng)， 這將作為短中期內(nèi) ROHM 營(yíng)收穩(wěn)定的基石因素。
2021 年 ROHM 的 IC 和分立半導(dǎo)體器件業(yè)務(wù)的營(yíng)收額分別為 15.20 和 12.87 億美元，兩者合計(jì)占比超過(guò) 85%，是公司的核心收入部門。公司擁有完整的 Si 和 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈，涵蓋襯底生長(zhǎng)、外延制備以及器件生產(chǎn)的 全套工序，這種垂直的綜合業(yè)務(wù)體系不僅能保證產(chǎn)品和材料的穩(wěn)定供應(yīng)，也可以滿足客戶靈活多樣的需求。與 此同時(shí)，ROHM 也在持續(xù)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)線，并外包半導(dǎo)體的封裝測(cè)試工序來(lái)建立新型的供應(yīng)系統(tǒng)，以此跟進(jìn)市場(chǎng) 變化同時(shí)滿足各類需求。公司穩(wěn)健的半導(dǎo)體部門為其 IC 器件的生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，長(zhǎng)期來(lái)看半導(dǎo)體部門的持續(xù) 增長(zhǎng)支撐了 IC 業(yè)務(wù)的穩(wěn)定占比。受到半導(dǎo)體市場(chǎng)的利好因素影響，預(yù)計(jì)公司的兩項(xiàng)核心業(yè)務(wù)將有可能實(shí)現(xiàn)穩(wěn) 中有增，但仍需注意來(lái)自疫情和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局加劇的中期風(fēng)險(xiǎn)。
公司研發(fā)支出受疫情有所下降，創(chuàng)新與研發(fā)仍是關(guān)鍵要素。2020 年 ROHM 的研發(fā)支出為 2.85 億美元，同 比下降 8.09%，占營(yíng)收比例為 8.76%。受新冠疫情影響，近兩個(gè)財(cái)年公司強(qiáng)力減少了各項(xiàng)費(fèi)用支出，但公司的 研發(fā)費(fèi)用基數(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)中仍位居前列。近年來(lái)，隨著汽車電子以及物聯(lián)網(wǎng)等市場(chǎng)的智能化發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)品在新興領(lǐng)域中的需求正在急速增長(zhǎng)。ROHM 打造了一套完整的研發(fā)方案，以電力電子、傳感器、AI 為核心 進(jìn)行研發(fā)突破，完成了汽車、工業(yè)設(shè)施以及機(jī)器人行業(yè)的產(chǎn)品升級(jí)。此外，隨著新能源汽車和光伏產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域 的爆發(fā)，下游市場(chǎng)對(duì)以SiC 為襯底的功率半導(dǎo)體器件的需求也將大幅增加。
目前，ROHM 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 150mm的碳化硅襯底制作，并提供由 SiC 晶棒生產(chǎn)到晶圓制造，再到封裝測(cè)試等完整的垂類服務(wù)。公司的 SiC 材料可 以提供 SiC-SBD、SiC-MOS，還可用于功率器件的生產(chǎn)。2020 年 1 月，ROHM 的子公司 SiCrystal 與意法半導(dǎo) 體簽訂了長(zhǎng)期協(xié)議，公司將持續(xù)向意法供應(yīng)超過(guò) 1.2 億美元的 150mm 碳化硅晶圓，以滿足功率半導(dǎo)體的需求 增長(zhǎng)。2021 年 8 月，吉利汽車與羅姆進(jìn)一步締結(jié)戰(zhàn)略合作，前者將利用羅姆先進(jìn)的碳化硅功率方案開(kāi)發(fā)高效 的電控和充電系統(tǒng)。這意味著 ROHM 進(jìn)一步擴(kuò)大了其 SiC 業(yè)務(wù)，并致力于電動(dòng)汽車及相關(guān)領(lǐng)域的半導(dǎo)體應(yīng)用 研發(fā)。長(zhǎng)期來(lái)看，創(chuàng)新和研發(fā)仍是公司實(shí)現(xiàn)業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)的關(guān)鍵因素。面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)激烈的 SiC 市場(chǎng)，ROHM 必須積 極推動(dòng) 200mm 碳化硅晶圓生產(chǎn)，同時(shí)進(jìn)一步開(kāi)拓功率器件領(lǐng)域的應(yīng)用。
5.1.3 II-VI
II-VI 成立于 1971 年，是一家全球領(lǐng)先的開(kāi)發(fā)、制造和銷售工程材料和光電元件設(shè)備以及材料的垂直整合 類公司，為通信、工業(yè)、航天、半導(dǎo)體設(shè)備、消費(fèi)電子和智能汽車的多元化應(yīng)用提供創(chuàng)新產(chǎn)品。II-VI 擁有兩 個(gè)業(yè)務(wù)部門：1）化合物半導(dǎo)體：該部門主要提供 SiC 襯底、外延和器件以及砷化物外延晶片，同時(shí)包括用于 高功率二氧化碳激光器的光電組件和材料，應(yīng)用領(lǐng)域包括航空、國(guó)防、醫(yī)療、半導(dǎo)體等；2）光子解決方案：該部門主要提供用于光通信網(wǎng)絡(luò)、消費(fèi)電子、生命科學(xué)等領(lǐng)域的晶體材料和光學(xué)器件，還為激光終端用戶、系 統(tǒng)集成商和政府提供微芯片激光器和光電模塊。目前，II-VI 在半導(dǎo)體領(lǐng)域的成果主要包括 SiC 的襯底和外延 技術(shù)開(kāi)發(fā)，2020 年上半年公司在 SiC 襯底市場(chǎng)的占有率為 13%。
公司銷售重心位于美國(guó)，光電業(yè)務(wù)成為公司核心。2020 年 II-VI 在美國(guó)的銷售額為 14.32 億美元，中國(guó)大 陸和中國(guó)香港分別為 2.92 和 2.99 億美元，三者占比分別為 60%、12%和 13%，合計(jì)約為 85%。實(shí)際上， Finisar 的收購(gòu)大舉增加了公司在美國(guó)的銷售額，但對(duì)中國(guó)整體的情況影響輕微。目前，II-VI 的用戶包括蘋(píng)果、 ASML、Nikon、騰訊、阿里巴巴等領(lǐng)先企業(yè)，多數(shù)分布在美國(guó)和中國(guó)地區(qū)，F(xiàn)inisar 還為公司帶來(lái)了來(lái)自蘋(píng)果 的多數(shù)訂單。同時(shí)，由于公司在 5G、消費(fèi)電子、醫(yī)療和半導(dǎo)體領(lǐng)域的布局和中國(guó)相應(yīng)市場(chǎng)的高度火熱，公司 在中國(guó)的營(yíng)收預(yù)計(jì)會(huì)呈現(xiàn)良好的增長(zhǎng)趨勢(shì)，而在美業(yè)務(wù)則是公司的基石。此外，公司在 2021 年 4 月宣布擴(kuò)大 在中國(guó)的 SiC 晶圓制造規(guī)模，以服務(wù)全球最大的電動(dòng)汽車和清潔能源市場(chǎng)。II-VI 已在中國(guó)福州建立了一條用 于生產(chǎn) SiC 襯底的后端加工線，業(yè)務(wù)包括邊緣研磨、CMP、清潔和檢查等，該廠預(yù)計(jì)將在五年內(nèi)將 SiC 襯底 的制造能力提高 5-10 倍，包括 200mm 的 SiC 襯底制造。
研發(fā)水平逐步增加，SiC 技術(shù)處于領(lǐng)先。2021 年公司的研發(fā)支出為 3.30 億美元，同比下降 2.64%，占營(yíng)收 比例為 10.63%。同樣的，收到收購(gòu)業(yè)務(wù)的影響，公司的研發(fā)支出在 2020 財(cái)年大幅上升，這些費(fèi)用用于投資新 資產(chǎn)和業(yè)務(wù)流程，包括 5G、3D 傳感、磷化銦、激光雷達(dá)和其他新興市場(chǎng)。目前，II-VI 所擁有的碳化硅襯底 具備高質(zhì)量和低位錯(cuò)密度，且晶圓尺寸已達(dá) 200mm 并處于世界領(lǐng)先地位，該襯底目前已用于電動(dòng)汽車和 5G 等電力電子以及射頻電子領(lǐng)域。同時(shí)，II-VI 可在 150mm 的晶圓上生產(chǎn)一流均勻性的 SiC 外延，包括 250 微米 及以上的厚層生長(zhǎng)和低濃度摻雜層，是世界最先進(jìn)的 SiC 外延技術(shù)之一。公司所獨(dú)創(chuàng)的 3DSiC 技術(shù)可以充分 利用 SiC 材料，以最小損耗實(shí)現(xiàn)極高的功率處理，可將電流密度提高 30%并縮小相應(yīng)的芯片尺寸，這對(duì) SiC 為原料的芯片制程壓縮具有重要意義。
5.1.4 ST Microelectronics
意法半導(dǎo)體(ST Microelectronics)成立于 1987 年，是一家位于瑞士負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制造和銷售半導(dǎo)體產(chǎn) 品的跨國(guó)企業(yè)。該公司由法國(guó)的“Thomson Semiconducteurs”和意大利的“SGS Microelettronica”兩家公司合 并而成，是歐洲目前收入最高的半導(dǎo)體芯片制造商。ST 目前擁有三項(xiàng)主營(yíng)業(yè)務(wù)：
1）汽車和分立器件業(yè)務(wù) (ADG)：該部門負(fù)責(zé)專用于汽車的 IC，以及面向汽車、工業(yè)、通信等終端市場(chǎng)的分立器件和功率晶體管的制造 和銷售；2）模擬、MEMS 和傳感器業(yè)務(wù)(AMS)：該部門主要提供用于模擬、智能電源、低功率射頻、MEMS 傳感器和執(zhí)行器以及光學(xué)傳感領(lǐng)域的解決方案和產(chǎn)品；3）微控制器和數(shù)字 IC 業(yè)務(wù)(MDG)：該部門致力于設(shè)計(jì)、 生產(chǎn)和銷售微控制器（通用和安全）、存儲(chǔ)器（RF 和 EEPROM）和 RF 通信等相關(guān)產(chǎn)品。目前，公司的主要客戶包括蘋(píng)果、三星、華為、特斯拉等智能手機(jī)和電動(dòng)汽車龍頭企業(yè)，且 2020年蘋(píng)果貢獻(xiàn)了公司 23.9%的收入， 是公司的第一大客戶。2019 年 12 月，ST 完成了對(duì) SiC 晶圓制造商 Norstel 的收購(gòu)，標(biāo)志著公司正式覆蓋 SiC 襯底和外延業(yè)務(wù)。截止 2020 年上半年，意法半導(dǎo)體在碳化硅器件市場(chǎng)的占有率約為 8%左右。
公司業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升，積極布局碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈。2020 年 ST 的營(yíng)業(yè)收入為 102.19 億美元，同比增長(zhǎng) 6.94%， 是公司近 10 年來(lái)的歷史最高水平。2019年受新冠疫情影響，公司的營(yíng)收略有下滑，銷量下降的部分負(fù)面影響 被平均售價(jià)的上浮所抵消，營(yíng)收整體保持穩(wěn)定。受益于芯片短缺和半導(dǎo)體市場(chǎng)的高度景氣，公司所布局的汽車、 物聯(lián)網(wǎng)、射頻等終端市場(chǎng)同樣快速增長(zhǎng)，下游汽車和工業(yè)客戶的需求改善將持續(xù)推動(dòng)公司營(yíng)業(yè)收入的上升，并 且抵消疫情反復(fù)帶來(lái)的消極影響。2019 年公司完成了對(duì) Norstel 的收購(gòu)，此舉將擴(kuò)大意法內(nèi)部的 SiC 生態(tài)系統(tǒng)， 使其能夠更好地控制晶圓的質(zhì)量和產(chǎn)量，并支持 ST 內(nèi)部的長(zhǎng)期碳化硅路線圖和業(yè)務(wù)。
同時(shí)，收購(gòu)有利于保證 為汽車和工業(yè)客戶制造 MOSFET 和二極管所需的晶圓水平，并持續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)能以滿足未來(lái)幾年的長(zhǎng)期需求。目 前，意法半導(dǎo)體 24%的晶圓生產(chǎn)業(yè)務(wù)為外包性質(zhì)，公司于 2021 年 8 月與 WolfSpeed 擴(kuò)大了 150mm 碳化硅晶圓 的供應(yīng)協(xié)議，后者將會(huì)向 ST 持續(xù)提供 150mm 的 SiC 襯底和外延，總價(jià)值超 8 億美元。此舉將補(bǔ)充公司的晶圓 產(chǎn)能，以更好滿足多項(xiàng)業(yè)務(wù)的產(chǎn)品需求。ST 將利用碳化硅市場(chǎng)的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)推動(dòng)業(yè)績(jī)發(fā)展，并積極由 Si 向 SiC 設(shè)備市場(chǎng)轉(zhuǎn)型。2020 年公司凈利潤(rùn)為 11.06 億美元，同比增長(zhǎng) 7.17%，系其他經(jīng)營(yíng)收入增加引起利潤(rùn)上升。盡 管 ST 已涉足多個(gè)領(lǐng)域，但并未在主要細(xì)分市場(chǎng)建立領(lǐng)導(dǎo)地位，整體要落后于其他競(jìng)爭(zhēng)者，公司還必須面對(duì)來(lái)自包括 SiC 等新興市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)加劇，長(zhǎng)期內(nèi)仍具有風(fēng)險(xiǎn)波動(dòng)。
2020 年 ST 在 ADG、AMS 和 MDG 的銷售收入分別為 32.84、38.92 和 30.30 億美元，占比均在 30%以上， 業(yè)務(wù)布局整體均衡。具體的，ADG 部門收入同比下降 8.9%，主要原因是平均銷售價(jià)格的降低，且該負(fù)面影響 也使得銷量略微下降。受到智能手機(jī)業(yè)績(jī)強(qiáng)勁和影像模擬領(lǐng)域的積極影響，AMS 收入同比增長(zhǎng) 18.0%，是公 司營(yíng)收上升的主要推動(dòng)力。MDG 部門收入同比上升 14.9%，系 MCU 需求增長(zhǎng)和 RF 業(yè)務(wù)收縮帶來(lái)的銷量大幅 上升，該影響覆蓋了平均價(jià)格下降帶來(lái)的消極因素。目前，ST 仍在提高其資本支出，并將廣泛支持模擬、電 源和碳化硅業(yè)務(wù)。同時(shí)，蘋(píng)果是公司在 3D 傳感領(lǐng)域的主要客戶，英特爾和特斯拉作為 SiC 的重要終端將推動(dòng) 公司在該新興市場(chǎng)的預(yù)期業(yè)績(jī)升高，用于處理器、存儲(chǔ)和射頻的芯片組件的需求上升也將持續(xù)穩(wěn)定公司業(yè)績(jī)。預(yù)計(jì)公司將在傳統(tǒng)領(lǐng)域中仍將穩(wěn)定向好，新興市場(chǎng)的份額擴(kuò)展和激烈競(jìng)爭(zhēng)將成為不確定因素。
5.2、大陸主要廠商
5.2.1 山東天岳—絕緣型襯底為主
山東天岳先進(jìn)科技股份有限公司成立于 2010 年，主營(yíng)業(yè)務(wù)是寬禁帶半導(dǎo)體（第三代半導(dǎo)體）碳化硅襯底 材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，產(chǎn)品可應(yīng)用于微波電子、電力電子等領(lǐng)域。目前，公司主要產(chǎn)品包括半絕緣型和導(dǎo) 電型碳化硅襯底。經(jīng)過(guò)十余年的技術(shù)發(fā)展，公司已掌握涵蓋了設(shè)備設(shè)計(jì)、熱場(chǎng)設(shè)計(jì)、粉料合成、晶體生長(zhǎng)、襯 底加工等環(huán)節(jié)的核心技術(shù)，自主研發(fā)了不同尺寸半絕緣型及導(dǎo)電型碳化硅襯底制備技術(shù)。公司作為我國(guó)碳化硅 襯底領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，在國(guó)家亟需的時(shí)候， 擔(dān)當(dāng)起國(guó)家核心戰(zhàn)略物資的保障供應(yīng)重任，批量供應(yīng)了半絕緣型 碳化硅襯底材料，成功實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的自主可控。根據(jù)國(guó)際知名行業(yè)咨詢機(jī)構(gòu) Yole 的統(tǒng)計(jì)，2019 年及 2020 年公 司已躋身半絕緣型碳化硅襯底市場(chǎng)的世界前三。公司的產(chǎn)品以半絕緣型襯底和導(dǎo)電型襯底為主，其應(yīng)用范圍涵 蓋光電子，電子電氣，微波通訊等領(lǐng)域。
公司收入幾乎全部來(lái)自境內(nèi)，產(chǎn)品以半絕緣型襯底為主。2020 年，公司境內(nèi)收入約為 3.40 億元，同比增 長(zhǎng) 89.4%，近三年占比穩(wěn)居 90%以上并且持續(xù)增加。然而，目前公司的半絕緣型襯底已經(jīng)具備世界一流技術(shù)水 平，市場(chǎng)份額占比 30%左右，預(yù)計(jì)未來(lái)長(zhǎng)期內(nèi)公司將擴(kuò)展海外市場(chǎng)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)擴(kuò)張。同時(shí)，公司 的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，主營(yíng)業(yè)務(wù)均為碳化硅襯底銷售，其中半絕緣型襯底占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)。2020 年，半絕緣型 襯底營(yíng)收為 3.47 億元，同比增長(zhǎng) 89.8%，占比為 99.3%，近年來(lái)導(dǎo)電性襯底收入和占比不斷下降。這一趨勢(shì)系 半絕緣型襯底受國(guó)外禁運(yùn)，為滿足國(guó)家戰(zhàn)略需要，公司優(yōu)先將產(chǎn)能用于半絕緣型襯底。同時(shí)，由于導(dǎo)電型襯底 可搭載碳化硅外延并用于新能源汽車、光伏能源、交通軌道等領(lǐng)域，下游市場(chǎng)的火熱使得該襯底市場(chǎng)具有較大 潛力，預(yù)計(jì)未來(lái)公司將持續(xù)布局導(dǎo)電型襯底市場(chǎng)。
5.2.2 天科合達(dá)—導(dǎo)電型襯底為主
北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司設(shè)立于 2006 年 9 月 12 日。公司是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的第三代半導(dǎo)體材料——碳 化硅晶片生產(chǎn)商。公司主要從事碳化硅領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，主要產(chǎn)品包括碳化硅晶片、其他碳化 硅產(chǎn)品和碳化硅單晶生長(zhǎng)爐，其中碳化硅晶片是公司核心產(chǎn)品。公司建立了國(guó)內(nèi)第一條碳化硅晶片中試生產(chǎn)線， 是國(guó)內(nèi)最早實(shí)現(xiàn)碳化硅晶片產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，在國(guó)內(nèi)率先成功研制出 6 英寸碳化硅晶片，相繼實(shí)現(xiàn) 2 英寸至 6 英 寸碳化硅晶片產(chǎn)品的規(guī)?；?yīng)。公司掌握了覆蓋碳化硅晶片生產(chǎn)的“設(shè)備研制—原料合成—晶體生長(zhǎng)—晶體 切割—晶片加工—清洗檢測(cè)”全流程關(guān)鍵技術(shù)和工藝，在設(shè)備環(huán)節(jié)可以提供碳化硅單晶生長(zhǎng)爐，在晶片環(huán)節(jié)可 以提供 2-6 英寸導(dǎo)電型和半絕緣型碳化硅晶片，在其他碳化硅產(chǎn)品環(huán)節(jié)可以提供碳化硅籽晶、晶體等。
天科合達(dá)已成為是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的第三代半導(dǎo)體材料——碳化硅晶片生產(chǎn)商。財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)顯示，2019 年公司業(yè) 績(jī)改善，實(shí)現(xiàn)營(yíng)收 1.56 億元，同比增長(zhǎng) 99%左右。實(shí)際上，公司自 2017 年首季度開(kāi)始，各季度的營(yíng)業(yè)收入都 在不斷增加，主要系公司產(chǎn)能不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品交付能力持續(xù)提升。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)宏觀環(huán)境的持續(xù)景氣，以及 新能源汽車、光伏等下游市場(chǎng)對(duì)碳化硅市場(chǎng)的進(jìn)一步推動(dòng)，預(yù)計(jì)公司的營(yíng)收業(yè)績(jī)?nèi)詫⒊掷m(xù)增長(zhǎng)。
目前，天科合 達(dá)在導(dǎo)電型碳化硅襯底領(lǐng)域具有相對(duì)優(yōu)越的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，2018年全球占有率約為 1.7%，預(yù)計(jì)隨著產(chǎn)能進(jìn)一步釋放以及規(guī)模效應(yīng)逐漸顯著，公司將進(jìn)一步提高其市場(chǎng)份額。此外，2019年天科合達(dá)的凈利潤(rùn)為 0.30 億元，同 比增長(zhǎng) 1448%，并與 2018 年成功扭虧為盈。2017 年以前，由于公司持續(xù)研發(fā)投入，以及受碳化硅半導(dǎo)體材料 工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程較慢影響，公司呈現(xiàn)持續(xù)虧損狀態(tài)。2018年以來(lái)，隨著公司產(chǎn)品工藝的成熟和下游需求的增加，公司收入規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，并實(shí)現(xiàn)持續(xù)盈利。同時(shí)，由于天科合達(dá)與產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作緊密，具備優(yōu)秀的產(chǎn) 品質(zhì)量口碑，公司的銷售費(fèi)用率等單位支出持續(xù)下降，營(yíng)收的較大增長(zhǎng)也使得 2019 年的凈利潤(rùn)實(shí)現(xiàn)巨額增幅。預(yù)計(jì)隨著天科合達(dá)研發(fā)成果進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，以及產(chǎn)能擴(kuò)張和費(fèi)用管控，公司業(yè)績(jī)將持續(xù)好轉(zhuǎn)。
公司對(duì)研發(fā)保持較高投入，技術(shù)成果轉(zhuǎn)化良好。2018-2020 年研發(fā)投入分別為 0.15、01.3 和 0.29 億元， 2020 年研發(fā)投入大幅增長(zhǎng) 152.71%，占比約為 19%。目前，公司的主要研發(fā)費(fèi)用基本用于 PVT 碳化硅單晶生 長(zhǎng)技術(shù)、碳化硅晶體切割技術(shù)和精密研磨拋光及清洗技術(shù)，相關(guān)的技術(shù)成熟度均已實(shí)現(xiàn)成熟應(yīng)用，公司的研發(fā) 支出效果明顯。天科合達(dá)研發(fā)支出穩(wěn)中有升，凈利潤(rùn)實(shí)現(xiàn)新高表示公司研發(fā)費(fèi)用轉(zhuǎn)化效果較好，預(yù)計(jì)隨著單晶 生長(zhǎng)設(shè)備和襯底技術(shù)的進(jìn)一步提高，公司有望增強(qiáng)研發(fā)成果轉(zhuǎn)化效力，從而提振公司業(yè)績(jī)。2020 年公司銷售 毛利率為 6.01%，銷售凈利率 19.36%，兩者自 2016 年起便持續(xù)增加，且曲線大致相似。曲線差距收窄意味著 公司利潤(rùn)增長(zhǎng)和毛利增長(zhǎng)不斷趨同，說(shuō)明公司整體費(fèi)用利用情況和管控效果較好。預(yù)計(jì)未來(lái)隨著業(yè)務(wù)不斷盈利， 費(fèi)用管控不斷加強(qiáng)，公司的毛利和凈利水平將穩(wěn)中有升，并呈現(xiàn)較小分化。
5.2.3 露笑科技— SIC 襯底
露笑科技設(shè)立于 2003 年，是一家有多元化業(yè)務(wù)的綜合公司，產(chǎn)業(yè)涵蓋銅芯、鋁芯電磁線、LED 藍(lán)寶石襯 底片、碳化硅襯底片、新能源汽車電機(jī)電池電控、光伏發(fā)電、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、投資管理、國(guó)際貿(mào)易等十多個(gè)領(lǐng)域。露笑科技以漆包線為起點(diǎn)賺得第一桶金并成功在深交所上市。但漆包線行業(yè)因準(zhǔn)入門檻低，同質(zhì)化程度越來(lái)越高，隨之帶來(lái)的利潤(rùn)率也越來(lái)越低，成長(zhǎng)空間受限，故 2014 年開(kāi)始產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。
公司先后收購(gòu)上海正昀，江蘇 鼎陽(yáng)綠能電力有限公司進(jìn)軍新能源汽車和光伏產(chǎn)業(yè)，并與伯恩光學(xué)合作開(kāi)展藍(lán)寶石業(yè)務(wù)并積極探索國(guó)外市場(chǎng)。目前第三代半導(dǎo)體處在早期部署階段，露笑科技憑借著在布局藍(lán)寶石業(yè)務(wù)期間積累的大量的生產(chǎn)藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐 的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)入了碳化硅領(lǐng)域，總投資近百億。公司擁有浙江省級(jí)研究院、博士后科研工作站、省級(jí)技術(shù)中心等平 臺(tái)，擁有一支優(yōu)秀的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，多次承擔(dān)國(guó)家、省部級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目，多次獲得各級(jí)科技獎(jiǎng)，參與制修訂國(guó)家 /行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 48項(xiàng)，累計(jì)擁有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的科技成果近 20 項(xiàng)。
公司業(yè)績(jī)波動(dòng)明顯，凈利潤(rùn)情況持續(xù)好轉(zhuǎn)。2020 年露笑科技營(yíng)業(yè)收入為 28.48 億元，同比增長(zhǎng) 16.15%， 業(yè)績(jī)實(shí)現(xiàn)四年內(nèi)的首次增幅。疫情期間，光伏發(fā)電以及其漆包線行業(yè)受到影響較小，營(yíng)收下降程度有所減緩。隨著碳化硅產(chǎn)業(yè)布局力度的加大，預(yù)計(jì)未來(lái)營(yíng)收將會(huì)增加。然而，由于漆包線行業(yè)低準(zhǔn)入門檻、高污染性以及 激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，公司自 2011 年起業(yè)績(jī)持續(xù)下滑，同時(shí)積極尋求轉(zhuǎn)型。目前，公司進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)，旗下業(yè) 務(wù)包括三項(xiàng)：
1）碳化硅業(yè)務(wù)：公司主要進(jìn)行碳化硅襯底和外延的生產(chǎn)銷售；2）漆包線業(yè)務(wù)：公司生產(chǎn)用于新 能源汽車、電子信息等行業(yè)的漆包線產(chǎn)品；3）光伏發(fā)電業(yè)務(wù)：公司為光伏電站進(jìn)行投資、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，并且 集中建設(shè)集中式和分布是光伏電站。然而，由于公司自身現(xiàn)金流不足，造血能力差，在 2021 年定增 6.15 億， 但仍難以抵消負(fù)債和研發(fā)需要，對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的百億投資仍然頗具難度。2020 年，公司凈利潤(rùn)為 1.28 億元， 同比增長(zhǎng) 16.15%，成功扭虧為盈持續(xù)增長(zhǎng)。業(yè)績(jī)上升主要系內(nèi)疫情后公司制造業(yè)端上下游復(fù)工復(fù)產(chǎn)較快，同 時(shí)國(guó)外受疫情影響嚴(yán)重，制造業(yè)向國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)移，行業(yè)景氣度較高。同時(shí)，我們預(yù)計(jì)公司的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)或?qū)⒁蛸Y金 缺乏面臨經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，長(zhǎng)期內(nèi)的業(yè)績(jī)波動(dòng)仍將持續(xù)，需求研發(fā)不及預(yù)期都將對(duì)公司的經(jīng)營(yíng)帶來(lái)影響。
公司研發(fā)費(fèi)用較低，凈利率近年來(lái)穩(wěn)中有升。2020年露笑科技研發(fā)支出額為 0.44 億元，同比增長(zhǎng) 51.21%， 占營(yíng)收比例約為 1.53%。近年來(lái)，公司的研發(fā)支出整體比例較低，幾乎在 1%附近波動(dòng)，2020 年該項(xiàng)費(fèi)用逐步 增加，但仍難以滿足半導(dǎo)體行業(yè)的研發(fā)需求，目前顯著低于行業(yè)平均水平。較低的研發(fā)投入可能使得公司無(wú)法長(zhǎng)期發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)在相關(guān)市場(chǎng)建立領(lǐng)先地位，長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)較為明顯。公司從 2020 年 11 月份 破土開(kāi)工建設(shè)，2021 年 3 月份一期廠房結(jié)頂，5 月份內(nèi)部公輔設(shè)備開(kāi)始安裝調(diào)試，6月份部分設(shè)備開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)安裝。
隨著襯底加工設(shè)備、清洗設(shè)備和測(cè)試設(shè)備的逐步到位及加工工藝優(yōu)化，預(yù)計(jì)在 9 月份基本可實(shí)現(xiàn) 6 英寸導(dǎo) 電型碳化硅襯底片的小批量生產(chǎn)。露笑科技 2018-2020年的毛利率分別為 13.95%、22.42%和 19.21%，比率波動(dòng)較為明顯；同時(shí)近三年內(nèi)公司凈利率分別為-32.23%、1.41%和 4.49%，整體表現(xiàn)有所回暖，但仍需注意長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)。公司毛利率的逐漸上升，主要是受到行業(yè)轉(zhuǎn)型的影響。露笑科技進(jìn)軍毛利率較高的光伏行業(yè)，同時(shí)壓縮 了毛利率較低的漆包線業(yè)務(wù)，使得整體水平得到回升，凈虧損收窄也與公司轉(zhuǎn)型密切相關(guān)。預(yù)計(jì)隨著公司持續(xù)加碼半導(dǎo)體和光伏業(yè)務(wù)，雙率水平將持續(xù)向好。
5.2.4 晶盛機(jī)電—SIC 襯底
晶盛機(jī)電是國(guó)內(nèi)晶體硅生長(zhǎng)設(shè)備龍頭，主要從事晶體生長(zhǎng)設(shè)備研發(fā)、制造、銷售。公司的產(chǎn)品主要有碳化 硅長(zhǎng)晶設(shè)備及外延設(shè)備，業(yè)務(wù)下游涉及光伏、半導(dǎo)體、藍(lán)寶石等行業(yè)方向。在光伏領(lǐng)域、半導(dǎo)體領(lǐng)域，LED 照明領(lǐng)域還分為晶體生長(zhǎng)設(shè)備，智能化加工設(shè)備等。在藍(lán)寶石領(lǐng)域，公司可提供滿足 LED 照明襯底材料和窗 口材料所需的藍(lán)寶石晶錠和晶片。2006 年上虞晶盛機(jī)電工程有限公司成立，2010 年整體改制為上虞晶盛股份 有限公司，同年更名為浙江晶盛機(jī)電股份有限公司（簡(jiǎn)稱：晶盛機(jī)電），2012 年公司在深交所創(chuàng)業(yè)板上市，2014 年成立晶瑞電子運(yùn)營(yíng)藍(lán)寶石切磨拋業(yè)務(wù)，拓展了藍(lán)寶石業(yè)務(wù)，2018 年拓展半導(dǎo)體業(yè)務(wù)， 并在 2020 年 SIC 研發(fā)取得突破性進(jìn)展。晶盛機(jī)電公司在高端精密加工領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力處于行業(yè)前列，建立了 半導(dǎo)體材料關(guān)鍵加工設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。目前，公司的主要客戶有中環(huán)股份、有研半導(dǎo)體、合晶科技、上 機(jī)數(shù)控等知名上市公司以及大型企業(yè)，密切合作的下游客戶為公司的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
晶盛機(jī)電是國(guó)內(nèi)晶體硅生長(zhǎng)設(shè)備龍頭，近年來(lái)業(yè)績(jī)持續(xù)向好。2020 年公司業(yè)績(jī)大幅增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)營(yíng)收 38.11 億元，同比增長(zhǎng) 22.54%。近五年來(lái)，公司營(yíng)收持續(xù)保持高增長(zhǎng)，盡管增速下滑但同比仍保持在 20%以及上。一方面，國(guó)家“碳中和”政策推動(dòng)下光伏等新能源領(lǐng)域持續(xù)利好，硅片產(chǎn)能需求持續(xù)擴(kuò)大，公司設(shè)備出貨量持 續(xù)上升；另一方面，第三代半導(dǎo)體受到下游新能源汽車、充電基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域的火熱推動(dòng)，整體需求實(shí)現(xiàn)高企， 碳化硅產(chǎn)業(yè)得以高速發(fā)展，公司相關(guān)設(shè)備需求上漲。
同時(shí)，集成電路產(chǎn)業(yè)也受到政策積極扶持，Mini LED 和 消費(fèi)電子窗口也推動(dòng)了藍(lán)寶石材料新增長(zhǎng)，這同樣推動(dòng)了公司業(yè)績(jī)的持續(xù)向好。此外，公司與上下游產(chǎn)業(yè)鏈的客戶形成了緊密聯(lián)系，這為公司鞏固市場(chǎng)地位，推動(dòng)產(chǎn)品持續(xù)迭代奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2020年晶盛機(jī)電凈利潤(rùn) 為 8.52 億元，同比增長(zhǎng) 36.48%，重新實(shí)現(xiàn)較高增長(zhǎng)。然而，由于光伏硅片的技術(shù)變革能力較弱，潛在增長(zhǎng)邏輯不足，利潤(rùn)將面臨下行風(fēng)險(xiǎn)；公司半導(dǎo)體和藍(lán)寶石等相關(guān)技術(shù)處于領(lǐng)先地位，發(fā)展前景較為良好，但公司對(duì) 單一客戶的依賴程度較大，可能存在長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)計(jì)中長(zhǎng)期內(nèi)，晶盛機(jī)電將依靠半導(dǎo)體和藍(lán)寶石領(lǐng)域的先進(jìn)優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)光伏 LED 領(lǐng)域的增長(zhǎng)減緩，與此同時(shí)公司仍將面對(duì)一定的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。
晶盛機(jī)電研發(fā)支出持續(xù)增長(zhǎng)，公司雙率穩(wěn)中有升。2020年公司研發(fā)支出數(shù)額為 2.27 億元，占營(yíng)收比例約 為 5.96%，同比增長(zhǎng) 22.04%，近五年內(nèi)費(fèi)用持續(xù)增加。公司目前已實(shí)現(xiàn) 8 英寸半導(dǎo)體長(zhǎng)晶設(shè)備的批量銷售， 12 英寸長(zhǎng)晶、研磨和拋光設(shè)備均通過(guò)客戶驗(yàn)證并進(jìn)入銷售環(huán)節(jié)。同時(shí)，晶盛機(jī)電在碳化硅領(lǐng)域積極研發(fā)，碳 化硅外延設(shè)備已通過(guò)客戶驗(yàn)證，同時(shí)在晶體生長(zhǎng)、切片、拋光等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)建立測(cè)試線，以實(shí)現(xiàn)裝備和工藝技 術(shù)的領(lǐng)先。而在藍(lán)寶石材料領(lǐng)域，晶盛機(jī)電已經(jīng)成功掌握國(guó)際領(lǐng)先的超大尺寸 700kg 級(jí)藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)技術(shù)， 公司的藍(lán)寶石材料業(yè)務(wù)具備較強(qiáng)的成本競(jìng)爭(zhēng)力與規(guī)模優(yōu)勢(shì)。
公司將持續(xù)加大研發(fā)費(fèi)用，定增投產(chǎn)碳化硅襯底晶 片生產(chǎn)基地項(xiàng)目，計(jì)劃在寧夏銀川建設(shè)年產(chǎn) 40 萬(wàn)片 6 英寸以上導(dǎo)電+絕緣型碳化硅襯底產(chǎn)能，總投資 33.6 億 元。項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后預(yù)計(jì)年實(shí)現(xiàn)新增營(yíng)收 23.56 億元、利潤(rùn) 5.88 億元。目前公司已經(jīng)獲得 23 萬(wàn)片意向碳化硅襯底 訂單，并預(yù)估 2022-2025年國(guó)內(nèi)導(dǎo)電型碳化硅襯底總需求合計(jì)超過(guò) 800 萬(wàn)片，碳化硅襯底晶片生產(chǎn)基地項(xiàng)目的 實(shí)施有利于打破 WolfSpeed、II-VI 等傳統(tǒng)國(guó)外碳化硅生產(chǎn)龍頭企業(yè)的行業(yè)壟斷地位，逐步改變國(guó)內(nèi)碳化硅襯底 主要依靠進(jìn)口的現(xiàn)狀。隨著碳化硅在下游市場(chǎng)的不斷拓展，公司將加快推進(jìn)碳化硅業(yè)務(wù)的前瞻性布局，從而為 公司的持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)新的動(dòng)力。
5.2.5 三安光電—IDM SIC 全產(chǎn)業(yè)鏈
三安光電成立于 2000 年，主要從事化合物半導(dǎo)體所涉及的部分核心原材料、外延片生長(zhǎng)和器件制造，材料包括氮化鎵、碳化硅、磷化銦、藍(lán)寶石等第三代半導(dǎo)體。公司具有國(guó)內(nèi)產(chǎn)銷規(guī)模首位的化合物半導(dǎo)體生產(chǎn)規(guī)模，屬于技術(shù)、資本密集型的產(chǎn)業(yè)，是化合物半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)鏈布局最為完善、領(lǐng)先 IDM 企業(yè)。公司目前的主要業(yè)務(wù)包括四個(gè)板塊：
1）光電：以 GaAs、GaN、藍(lán)寶石為基礎(chǔ)，進(jìn)行 LED 和光伏電池器件生產(chǎn)，產(chǎn)品用于照明、光伏、醫(yī)療等領(lǐng)域；2）微波射頻：主要以 GaN、GaAS 和 InP 為主，生產(chǎn)制造功率放大器、濾波器、射頻開(kāi)關(guān)器等，可用于移動(dòng)通信基站、藍(lán)牙模組等；3）電力電子：通過(guò) SiC、GaN 等第三代半導(dǎo)體，進(jìn)行各類二極管和晶體管的研發(fā)，主要用于新能源汽車、光伏、智能電網(wǎng)、快充電源等下游領(lǐng)域；4）光通訊：借助 GaAS、InP 等原材料，制造二極管、激光器件，通常適用于通信基站、云計(jì)算、3D 感應(yīng)等市場(chǎng)。公司致 力于將化合物半導(dǎo)體集成電路業(yè)務(wù)發(fā)展至全球行業(yè)領(lǐng)先水平，努力打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的半導(dǎo)體廠商。目前， 公司已與主要供應(yīng)商和采購(gòu)客戶建立起了長(zhǎng)年穩(wěn)定的合作關(guān)系，形成較為穩(wěn)定的原材料供應(yīng)渠道。
公司業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升，凈利潤(rùn)近年來(lái)持續(xù)下降。2020 年，三安光電營(yíng)業(yè)收入為 84.54 億元，同比增長(zhǎng) 10.37%，營(yíng)收數(shù)額達(dá)到歷史新高。2012 年之后，受益于 LED 產(chǎn)業(yè)整體轉(zhuǎn)向中國(guó)大陸，國(guó)內(nèi)企業(yè)快速擴(kuò)產(chǎn)搶占 市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi) LED 需求的提升也使得公司盈利快速增長(zhǎng)。2018 年后由于貿(mào)易戰(zhàn)、國(guó)內(nèi)需求增速放緩、相關(guān) 企業(yè)庫(kù)存水平處于高位等不利因素，LED 行業(yè)逐步進(jìn)入周期下行階段，產(chǎn)品價(jià)格下跌，三安光電的盈利水平 也伴隨行業(yè)周期受到較大的影響。此外，公司也在大力布局半導(dǎo)體領(lǐng)域，向第三代半導(dǎo)體襯底、外延、芯片等 領(lǐng)域進(jìn)行轉(zhuǎn)型，是國(guó)內(nèi)化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域中布局最為全面的企業(yè)。公司于 2014 年成立廈門三安集成，作為化 合物半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的主要生產(chǎn)基地，業(yè)務(wù)涵蓋微波射頻、高功率電力電子、光通訊等領(lǐng)域，致力于打造集成完整 的化合物半導(dǎo)體制造平臺(tái)。2019 年起，公司化合物半導(dǎo)體業(yè)務(wù)以三安集成為主要產(chǎn)業(yè)基地，并開(kāi)始逐步放量。
受益于 Mini LED、射頻和濾波器需求的顯著提升，公司的營(yíng)業(yè)收入于 2020 年重新實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)。由于目前以碳 化硅和氮化鎵為核心材料的產(chǎn)品被廣泛用于通信、新能源汽車、消費(fèi)類電子等應(yīng)用領(lǐng)域，下游市場(chǎng)成為全球企業(yè)的重要布局焦點(diǎn)。隨著技術(shù)研發(fā)不斷推進(jìn)，成本和費(fèi)用管控進(jìn)一步優(yōu)化，預(yù)計(jì)公司業(yè)績(jī)發(fā)展前景廣闊。2020年三安光電凈利潤(rùn)為 10.16 億元，同比下降 36.14%。近四年來(lái)公司凈利潤(rùn)持續(xù)下降，系轉(zhuǎn)型半導(dǎo)體帶來(lái)的研發(fā) 支出費(fèi)用高企，同時(shí) LED 產(chǎn)品成本上升所致。三安光電的基本面仍向好，預(yù)計(jì)隨著第三代半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)逐步轉(zhuǎn)化為銷售成果后，公司將實(shí)現(xiàn)費(fèi)用管控，并進(jìn)一步增加營(yíng)收，從而實(shí)現(xiàn)凈利潤(rùn)的增長(zhǎng)。
公司收入來(lái)源核心為中國(guó)大陸，產(chǎn)品中化合物半導(dǎo)體占主導(dǎo)地位。2020 年三安光電在中國(guó)大陸的銷售額 為 73 億元，同比增長(zhǎng) 10.61%，占總體比例為 86.90%。近六年內(nèi)，公司在中國(guó)大陸的銷售占比均在 80%以上， 港澳臺(tái)及海外市場(chǎng)表現(xiàn)穩(wěn)定，銷售額均在 10 億元左右。顯然，由于國(guó)內(nèi)政策支持下半導(dǎo)體行業(yè)高度景氣，且 海外領(lǐng)先企業(yè)的技術(shù)壁壘較難突破，公司難以擴(kuò)大其在其他地區(qū)的銷售額。同時(shí)，公司的產(chǎn)品主要包括化合物 半導(dǎo)體、材料銷售和其他，2020 年三者占比分別為 70.63%、27.35%和 2.02%。實(shí)際上，2019 年以前公司的核 心產(chǎn)品為芯片&LED，但從 2015 年起業(yè)務(wù)規(guī)模逐漸萎縮，系 LED 產(chǎn)品成本上升，需求不及預(yù)期導(dǎo)致 LED 市 場(chǎng)進(jìn)入下行周期。公司選擇成立子公司，向第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型，并將 LED 并入化合物半導(dǎo)體業(yè)務(wù)， 后者成為公司的主要研發(fā)產(chǎn)品。然而，目前全球芯片供應(yīng)短缺，LED 器件需求旺盛，LED 市場(chǎng)或?qū)⒂瓉?lái)周期 性拐點(diǎn)。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年公司仍將持續(xù)經(jīng)營(yíng) LED 業(yè)務(wù)，并且其業(yè)務(wù)占比將持續(xù)提高。
2014 年成立廈門三安集成具備襯底材料、外延生長(zhǎng)、以及芯片制造的產(chǎn)業(yè)整合能力，擁有大規(guī)模、先進(jìn) 制程能力的 MOCVD 外延生長(zhǎng)制造線；2017 年總投資 333 億元的泉州南安項(xiàng)目也在順利推進(jìn)中，現(xiàn)已有部分 設(shè)備調(diào)試完成，產(chǎn)能正在逐步釋放；2020 年投資 160 億元建設(shè)湖南三安 SiC 產(chǎn)線，進(jìn)一步加強(qiáng)上游布局，且 一期項(xiàng)目已于 2021 年 6 月建設(shè)完成，產(chǎn)能可達(dá) 3000 片/月（6 寸片）；2 年內(nèi)達(dá)產(chǎn)后預(yù)計(jì)將達(dá)到 30000 片/月。產(chǎn)業(yè)鏈方面，公司 2020 年 8 月收購(gòu)北電新材，將 SiC 襯底工藝內(nèi)化，掌握 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈核心，夯實(shí) SiC 襯底基 礎(chǔ)，有望提高產(chǎn)品良率，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同作用。目前，三安光電的各類產(chǎn)品客戶驗(yàn)證均穩(wěn)步進(jìn)行，隨著化合物 半導(dǎo)體下游需求顯著提升，以及研發(fā)成果的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，各產(chǎn)業(yè)基地產(chǎn)能布局優(yōu)勢(shì)已開(kāi)始顯現(xiàn)。
5.3、晶圓代工廠商
5.3.1 X-Fab
X-FAB Silicon Foundries SE 是世界領(lǐng)先的模擬/混合信號(hào)半導(dǎo)體技術(shù)專業(yè)代工廠集團(tuán)之一。為汽車，工業(yè)， 消費(fèi)，醫(yī)療，消費(fèi)和移動(dòng)通信以及其他應(yīng)用制造硅片、模數(shù)集成電路、傳感器和微機(jī)電系統(tǒng)。業(yè)務(wù)遍及全球， 提供全面的技術(shù)和設(shè)計(jì) IP。憑借在模擬/混合信號(hào) IC 生產(chǎn)、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和碳化硅（SiC）方面的專 業(yè)知識(shí)，為客戶提供強(qiáng)大的設(shè)計(jì)支持技術(shù)。核心市場(chǎng)汽車、醫(yī)療和工業(yè)的特點(diǎn)是高增長(zhǎng)和長(zhǎng)生命周期。
X-FAB 作為一家純粹的代工廠，為避免與客戶競(jìng)爭(zhēng)而沒(méi)有自己的 IC 產(chǎn)品。專注于復(fù)雜技術(shù)、設(shè)計(jì)支持和 制造解決方案，提供制造和強(qiáng)大的設(shè)計(jì)支持服務(wù)，設(shè)計(jì)模擬/混合信號(hào)集成電路（IC）和其他半導(dǎo)體器件，用 于客戶的產(chǎn)品。模塊化的制造方法在半導(dǎo)體技術(shù)、設(shè)計(jì)和工藝中提供了多種增強(qiáng)選項(xiàng)，包括互補(bǔ)金屬氧化物半 導(dǎo)體（CMOS）、絕緣體上硅（SOI）、碳化硅（SiC）和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）。提供的工藝技術(shù)在 150mm 晶圓 上的特征尺寸為 1.0μm、0.8μm 和 0.6μm，在 200mm 晶圓上的特征尺寸為 0.6μm、350nm、250nm、180nm 和 130nm。X-FAB 的目標(biāo)是到 2025 年實(shí)現(xiàn) 9-10%的市場(chǎng)份額，通過(guò)不斷增長(zhǎng)的產(chǎn)量保持穩(wěn)定的市場(chǎng)份額，并為 80-90%的無(wú)晶圓廠碳化硅廠商提供服務(wù)。
5.3.2 積塔
上海積塔半導(dǎo)體有限公司是一家半導(dǎo)體芯片研發(fā)商，成立于 2017 年，公司兩大股東為華大半導(dǎo)體有限公司和上海集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金股份有限公司，分別持股 55%和 45%，上海先進(jìn)半導(dǎo)體制造有限公司為上海 積塔全資子公司。上海先進(jìn)于 1988年由中荷合資成立為上海飛利浦半導(dǎo)體公司，于 2006 年于香港聯(lián)交所主板 上市并在 2018 年退市，2019 年被上海積塔半導(dǎo)體有限公司吸收合并，此后上海積塔的主營(yíng)業(yè)務(wù)便由上海先進(jìn) 構(gòu)成。上海先進(jìn)是一家大規(guī)模集成電路芯片制造公司，有 5 英寸、6 英寸、8 英寸晶圓生產(chǎn)線，專注于模擬電 路、功率器件的制造，8 英寸等值晶圓年產(chǎn)能 66.4 萬(wàn)片，被上海市科委認(rèn)定為“高新技術(shù)企業(yè)”。
同時(shí)，公司 通過(guò)了 ISO9001、VDA6.3(Grade A)、IATF 16949、14001、ISO/IEC 27001等質(zhì)量、環(huán)境及信息安全管理體系認(rèn)證，是國(guó)內(nèi)最早從事汽車電子芯片、IGBT 芯片制造的企業(yè)。此外，2018 年 8 月，積塔半導(dǎo)體特色工藝生產(chǎn)線 在上海臨港開(kāi)工，總投資 359 億元。2018 年 10 月，積塔半導(dǎo)體與上海先進(jìn)半導(dǎo)體制造股份有限公司 (以下簡(jiǎn)稱 “先進(jìn)半導(dǎo)體”) 簽訂合并協(xié)議，合并后積塔半導(dǎo)體將分為臨港和虹漕兩個(gè)廠區(qū)。虹漕廠區(qū)擁有 5 英寸、6 英寸、 8 英寸生產(chǎn)線；臨港廠區(qū)擁有 8 英寸、12 英寸、6 英寸 SiC 生產(chǎn)線，產(chǎn)品主要應(yīng)用于工控、汽車、電力、能源 等領(lǐng)域。
公司是一家專注于模擬電路工藝和功率器件工藝的領(lǐng)先晶圓代工廠，擁有兩個(gè)晶圓廠及雙極型工藝 （Bipolar）、功率集成電路（Power IC）、分立元件（Discrete）、微系統(tǒng)（MEMS）組成的對(duì)外開(kāi)放工藝平臺(tái)。晶圓廠方面，上海先進(jìn) 1/2號(hào)晶圓廠制造廠主要生產(chǎn) 6 英寸晶圓，以模擬電路生產(chǎn)為主，有十年以上的汽車電 子芯片制造經(jīng)驗(yàn)，也是中國(guó) IGBT 工藝芯片最大的生產(chǎn)廠；上海先進(jìn) 3 號(hào)晶圓制造廠以生產(chǎn) 8 英寸晶圓片為主。
六、觀點(diǎn)總結(jié)及內(nèi)容概要
1、碳化硅性能優(yōu)勢(shì)突出，市場(chǎng)規(guī)?？焖俪砷L(zhǎng)
碳化硅襯底的使用極限性能優(yōu)于硅襯底，可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應(yīng)用需求，當(dāng)前 碳化硅襯底已應(yīng)用于射頻器件及功率器件，隨著下游需求爆發(fā)，2022-2026 年 SiC 器件的市場(chǎng)規(guī)模將從 43 億 美元提升到 89 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為 20%。
2、需求：下游產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用爆發(fā)，SiC 市場(chǎng)需求紅利釋放
我們把 SiC 器件發(fā)展分為三個(gè)發(fā)展階段，2019-2021 年初期，特斯拉等新能源汽車開(kāi)始試水搭載 SiC 功率 器件；2022-2023 年為拐點(diǎn)期，SiC 在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了批量生產(chǎn)的臨界區(qū)域，并且充電基礎(chǔ) 設(shè)施、5G 基站、工業(yè)和能源等應(yīng)用逐步采用 SIC 器件；2024-2026 年為爆發(fā)期，SIC 加速滲透，在新能源汽車、 充電基礎(chǔ)設(shè)施、5G 基站、工業(yè)和能源等得到廣泛應(yīng)用。
新能源汽車是 SIC 器件應(yīng)用增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)，預(yù)計(jì) 2022-2026 年的市場(chǎng)規(guī)模從 16 億美元到 46 億美元，復(fù) 合年增長(zhǎng)率為 30%，其中用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器的碳化硅功率器件是車用 SiC 產(chǎn)品中最主要且潛在增長(zhǎng)空間最巨 大的部分，到 2026 年用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器仍是最大市場(chǎng)，占比超過(guò) 80%。其次，射頻器件市場(chǎng)規(guī)模將從 21 美 元提升至 29 億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 8%；工業(yè)和能源用的 SiC 器件市場(chǎng)規(guī)模從 6 億元增長(zhǎng)到 14 億元，復(fù)合 年增長(zhǎng)率為 24%。
3、供給：短期產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)芟抟r底產(chǎn)能，長(zhǎng)期產(chǎn)能擴(kuò)張帶來(lái)價(jià)格下降
碳化硅市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)鏈主要分為晶圓襯底制造、外延片生產(chǎn)、碳化硅器件研發(fā)和裝備封裝測(cè)試四個(gè)部分，分別占市場(chǎng)總成本的 50%、25%、20%、5%，由于具備晶體生長(zhǎng)過(guò)程繁瑣，晶圓切割困難等特點(diǎn)，碳化硅襯底的制造 成本一直處于高位。目前高質(zhì)量襯底的應(yīng)用主要集中于 WolfSpeed、II-VI、ROHM 三大供應(yīng)商，CR3 市場(chǎng)占有率 達(dá)到 80%以上，國(guó)內(nèi)廠商為代表的襯底廠商的產(chǎn)品良率、品質(zhì)和生產(chǎn)效率還有一定差距，短期看中高功率器件 產(chǎn)業(yè)鏈的上游主要還受襯底 CR3 控制，另外隨著 CR3 逐步提高材料自用比例提升，產(chǎn)能的提升的同時(shí)市場(chǎng)供給 有限，整體供給偏緊狀態(tài)。
根據(jù) WolfSpeed 最新的投資者大會(huì)所公布的數(shù)據(jù)顯示，2026 年 SiC 襯底市場(chǎng)規(guī)模有 望達(dá)到 17 億美元，2022-2026 年復(fù)合增速達(dá)到 25%。預(yù)計(jì) 2022 年和 2024年的產(chǎn)能分別達(dá)到 167K 平方英尺到 242 平方英尺，折算 6 寸對(duì)應(yīng)的 85 萬(wàn)片和 123 萬(wàn)片，假設(shè) WolfSpeed 繼續(xù)維持全球 50%的市場(chǎng)份額（剔除自供 襯底，總的襯底片占比超過(guò) 60%），那么全球 2022 年和 2024 年市場(chǎng)銷量折合 6 英寸分別約為 170 萬(wàn)片至 250 萬(wàn)片。
4、碳化硅國(guó)產(chǎn)突破正加速，迎來(lái)中長(zhǎng)期投資機(jī)會(huì)
碳化硅市場(chǎng)海外以 IDM 為主要運(yùn)作模式，國(guó)內(nèi)襯底廠商為天岳先進(jìn)（絕緣型襯底為主）、天科合達(dá)（導(dǎo)電 型襯底為主）、中電科（爍科）、露笑科技、晶盛機(jī)電；外延片方面：瀚天天成、東莞天域、中電科等均已完成 了 3-6 英寸碳化硅外延的研發(fā)和生產(chǎn)；器件方面：斯達(dá)半導(dǎo)體、士蘭微推出 SiC MOSFET 功率器件和模塊；晶 圓代工方面，X-Fab 為最大代工廠，并為 80-90%的無(wú)晶圓廠碳化硅廠商提供服務(wù)；漢磊和積塔大幅增加資本 開(kāi)支用以擴(kuò)展 SiC 產(chǎn)能；IDM 方面：三安光電具備全產(chǎn)業(yè)整合生產(chǎn)能力（襯底/外延/器件/封測(cè)）。
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