碳化硅性能優(yōu)異， 襯底為最核心環(huán)節(jié)：碳化硅材料性能突破硅基極限， 相較于傳統(tǒng)硅基器件，碳化硅功率器件的功率密度、開關效率和器件損耗上都有大幅度優(yōu)化。碳化硅產(chǎn)品生產(chǎn)流程從材料端襯底與外延的制備開始，經(jīng)歷 芯片的設計與制造， 再到模塊的封裝后，最終流向下游應用市場。從成本拆分來看，襯底成本占比達 46% ，是 產(chǎn)業(yè)鏈中最為核心的環(huán)節(jié)。目前襯底制備環(huán)節(jié)中，晶體生長環(huán)節(jié)，受碳化硅長晶速度慢，黑箱操作以及碳化硅晶 體結構類型眾多影響，導致碳化硅襯底產(chǎn)量小，良率低；在切割研磨拋光環(huán)節(jié)， 由于碳化硅是高硬度的脆性材料， 期切磨拋的加工難度增加，對碳化硅晶柱的材料利用率較低，產(chǎn)出晶片數(shù)量較少。上述難點造成了碳化硅目前制 備成本較高，成為限制產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。未來隨著襯底尺寸從 6 寸向8 寸提升，持續(xù)優(yōu)化良率以及相關生產(chǎn)切割、 拋光工藝的的升級，碳化硅材料成本有望顯著下降，將有效降低整體器件價格， 提升下游客戶的替代意愿，拉升 碳化硅功率器件的市場滲透率。

市場高度集中， 海內外公司齊發(fā)力：全球碳化硅產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)明顯的行業(yè)上下游收購兼并、大廠積極布局的特征。襯底作為碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中的核心環(huán)節(jié)，已成為兵家必爭之地。為獲取到長期穩(wěn)定有效的碳化硅襯底供應，海外功率 大廠均在大力布局，與碳化硅襯底公司合作頻繁，并開始建立自己的產(chǎn)業(yè)陣營， 形式包括簽訂長期供貨訂單，或 直接收購投資上游襯底廠商等。目前，襯底市場呈現(xiàn)出高度集中的格局，CR3 占據(jù) 90%市場份額。目前海內外 企業(yè)均在積極擴產(chǎn)碳化硅襯底，而我國碳化硅襯底廠商擴產(chǎn)力度更大，市場份額在未來有望得到顯著提升。在此 背景下，碳化硅襯底市場規(guī)模將得到顯著擴容，根據(jù) Wolfspeed 的預測，預計至 2026 年，全球碳化硅材料(襯 底+外延)市場規(guī)模將達 17 億美元， 相較于 2022 年提升近 2.5 倍。

建議關注大力布局碳化硅襯底賽道的本土公司：目前我國碳化硅產(chǎn)業(yè)整體處于早期階段，本土企業(yè)已開始加大布局力度，在技術升級與下游客戶導入上均實現(xiàn)突破， 國產(chǎn)替代正有序推進。展望未來， 本土碳化硅玩家有望在 3-5 年內加速成長，成為國際市場上的重要力量。建議關注天岳先進、三安光電、 東尼電子、天科合達(未上市) 等。

?一、碳化硅性能優(yōu)異，襯底為最核心環(huán)節(jié)?

(一) 碳化硅：打破硅基極限，性能全方位提升

半導體材料主要分為三個代際。其中第一代半導體以材料硅Si、鍺Ge為代表，目前在半導體領域中第一代硅Si材料應用最為廣泛；第二代半導體主要以化合物材料砷化鎵GaAs、磷化銦InP為代表；第三代半導體主要以化合物材料碳化硅SiC、氮化鎵GaN、氮化鋁AlN為代表，其具有明顯的禁帶寬度大、臨界擊穿電場強度大的特征，又被成為寬禁帶半導體。

? 半導體特性的差異決定了不同材料在半導體元件中的應用，而第三代半導體在各個性能領域都優(yōu)于硅基器件。 圖 1：碳化硅在各個性能領域勝出 數(shù)據(jù)來源：RESEARCHGATE，Wolfspeed，廣發(fā)證券發(fā)展研究中心 ?

以SiC為例，由于其帶隙寬度較寬、臨界擊穿電場強度較高，使其具備在高壓環(huán)境下 的應用能力；而較高的熱導率和熔點使其能夠實現(xiàn)快速的散熱，滿足高溫環(huán)境的應用；而其較高的飽和飄逸速度使其能夠達到更高的工作頻率和實現(xiàn)高頻開關的性能。 此外SiC的平均密度約為3 g/cm3，因此重量相對較輕，它具有化學惰性和耐腐蝕性， 即使暴露在高達800°C的溫度下，也不會受到任何酸、熔鹽或堿的侵蝕。SiC具有非 常低的熱膨脹系數(shù)， 這意味著在極端溫度變化下， 它也保持尺寸穩(wěn)定(例如，它在 受熱時不會顯著膨脹或在受冷時顯著收縮)， 它還具有出色的抗熱震性。對比傳統(tǒng) 的硅基器件它的功率密度、開關效率和器件損耗上都有大幅度提升。其性能賦予其 應用范圍廣、冷卻成本低、尺寸小、輕量化、低損耗等特征。 ?

(二) 碳化硅襯底：產(chǎn)業(yè)鏈皇冠上的明珠，制備難度較大 ? ?

碳化硅生產(chǎn)流程包含材料端襯底與外延的制備， 以及后續(xù)芯片的設計與制造，再到 器件的封裝，最終流向下游應用市場。從成本拆分來看， 目前受制于產(chǎn)能及良率， 襯底成本占比最高， 達46%。我們將聚焦于碳化硅襯底層面進行分析：

碳化硅按襯底制備方式以及面向的下游應用分可為兩種類型。一種是通過生長碳化 硅同質外延，下游用于新能源汽車、光伏、工控、軌交等功率領域的導電型襯底， 外延層上制造各類功率器件；另一種是通過生長氮化鎵異質外延， 下游應用于5G通 訊、國防等射頻領域的半絕緣型襯底，主要用于制造氮化鎵射頻器件。

碳化硅襯底制備環(huán)節(jié)主要包括原料合成、碳化硅晶體生長、晶錠加工、晶棒切割、 切割片研磨、研磨片拋光、拋光片清洗等環(huán)節(jié)， 其中制備重難點主要是晶體生長和切割研磨拋光環(huán)節(jié)，是整個襯底生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重點與難點，成為限制碳化硅良率與 產(chǎn)能提升的瓶頸。

1、晶體生長環(huán)節(jié)：該環(huán)節(jié)是多學科交叉知識的應用， 綜合生長條件控制、生長效率、 缺陷控制等因素，物理氣相傳輸法( PVT)是技術成熟度最高、應用最廣泛的方法，具有設備成本低、結構簡單、技術成熟等優(yōu)點。國際龍頭Wolfspeed、II-VI公司、 SiCrystal ( Rohm子公司) 等襯底生產(chǎn)企業(yè)均采用物理氣相傳輸法。

晶體生長難點：

(1) 長晶速度慢。碳化硅生長速度僅有0.3-0.5mm/h ，且晶體最大長度僅能達到2-5cm，與硅基襯底有著較大的差異。并且隨著碳化硅晶體尺寸擴大， 其生長工藝難度呈幾何級增長。

(2) 黑箱操作良率低。碳化硅襯底核心參數(shù)包括微管密度、位錯密度、電阻率、翹 曲度、表面粗糙度等。其生產(chǎn)過程完全處于高溫的密閉石墨腔體中完成， 需要在密 閉高溫腔體內進行原子有序排列并完成晶體生長、同時控制參數(shù)指標，非常依賴廠 商的工藝經(jīng)驗。因此穩(wěn)定量產(chǎn)各項性能參數(shù)指標波動幅度較低的高品質碳化硅晶片的技術難度很大，易產(chǎn)生各類缺陷等問題導致晶體生長環(huán)節(jié)難度大、良率低、產(chǎn)量小。

(3) 碳化硅晶體結構類型眾多，但僅其中少數(shù)幾種晶體結構的碳化硅為所需材料， 雜質控制難度高，故在晶體生長過程中，需精確控制硅碳比、生長溫度梯度、晶體 生長速度以及氣流氣壓等參數(shù)， 否則容易產(chǎn)生多晶型夾雜，降低產(chǎn)品良率。

2、切割研磨拋光環(huán)節(jié)：碳化硅晶體制備完畢后，需要將其沿著一定方向切割成厚度 不超過1mm的薄片， 并通過不同顆粒粒徑的金剛石研磨液進行研磨， 去除刀痕及變 質層并控制厚度后， 再進行CMP拋光以實現(xiàn)全局平坦化后進入最終的清洗環(huán)節(jié)。

切磨拋難點：由于碳化硅是高硬度的脆性材料， 期切磨拋的加工難度增加，加工過 程中其曲翹開裂等問題嚴重， 損耗巨大，根據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù)， 在傳統(tǒng)的往復式金剛 石固結磨料多線切割方法下，在切割環(huán)節(jié)對整體材料利用率僅有50% ，經(jīng)過拋光研磨環(huán)節(jié)后，切損耗比例則高達75%，可用部分比例較低。

(三) 發(fā)展趨勢：大尺寸&切割拋光技術升級，襯底成本有望得到優(yōu)化

1、大尺寸化。與硅基晶圓發(fā)展路徑相同，未來碳化硅襯底也將持續(xù)提升晶片尺寸， 降低單位面積芯片成本，推進碳化硅器件的成本下降。海內外襯底廠商以6寸為主流， 目前正在向8寸過渡。

襯底尺寸的提升，芯片成本有望顯著下降。

根據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù)，在相同尺寸的芯 片下，8英寸襯底片可切出的芯片數(shù)量相比6英寸襯底片提高約90%，同時降低約7% 的邊緣浪費，帶來生產(chǎn)力和效率的大幅提升。伴隨著尺寸擴張帶來的規(guī)模效應以及自動化產(chǎn)線帶來的相關成本的降低，Wolfspeed預計至2024年，8英寸襯底帶來的單位芯片成本相較于2022年6英寸襯底的單位芯片成本降低超過60%，這將持續(xù)推進 碳化硅產(chǎn)品的降價，加速對硅基器件的替代。

2、切割技術優(yōu)化：以英飛凌冷裂技術為例，英飛凌在2018年斥資1.39億美元收購 Siltectra獲得其Cold Split冷裂技術， 作為激光切割的一種形式，Cold Split冷裂技術 是一種高效的晶體材料加工工藝，能夠將材料損失降到最低。根據(jù)英飛凌的披露， 傳統(tǒng)的線切割造成SiC晶錠損失比例超過75% ，2021年對晶錠采用冷裂技術會降低損失比例50%，未來還可以對晶圓進行冷裂，一片晶圓經(jīng)過冷裂可以變成兩片晶圓， 這將顯著提升公司材料的利用效率與總體產(chǎn)量，目前該技術仍在進一步發(fā)展中。

3、拋光技術提升：SiC的外延層生長過程中的晶體缺陷和污染可能會延伸到外延層和 晶圓表面，形成各種表面缺陷，從而影響其性能參數(shù)。上述表面缺陷出現(xiàn)的部分原 因與拋光劃痕息息相關，因此正確的拋光技術對碳化硅后續(xù)順利加工至關重要。目 前，已開發(fā)出如下圖所示的三種CMP方式以實現(xiàn)更高的材料去除率、更低的表面粗 糙度、更少的劃痕和更均勻的表面形貌，以滿足更穩(wěn)定的外延生長的需求。Wolfspeed 碳化硅晶片經(jīng)過CMP加工后，晶片表面缺陷較低， 可獲得的質量較高的碳化硅 襯底， 為后續(xù)的外延與晶圓制造打下堅實基礎。

技術升級帶動襯底成本優(yōu)化。受益于襯底制備技術持續(xù)進步，碳化硅襯底成本將有 望得到優(yōu)化，根據(jù)英飛凌數(shù)據(jù)，2023年至2027年襯底價格將得到顯著下降。根據(jù)東 尼電子公告披露數(shù)據(jù)，2023年向客戶交付6英寸碳化硅襯底單價為5,000元/片，2024 年MOS襯底價格為4750RMB/片， 2025年MOS襯底價格為4510RMB/片；2024年 SBD襯底價格為4275RMB/片， 2025年SBD襯底價格為4060RMB/片。我們認為 ， 未來隨著襯底尺寸從6寸向8寸提升，持續(xù)優(yōu)化良率以及相關生產(chǎn)切割、拋光工藝的 的升級，碳化硅材料成本有望顯著下降，將有效降低整體器件價格，提升下游客戶 的替代意愿，拉升碳化硅功率器件的市場滲透率。

?二、市場高度集中，產(chǎn)業(yè)擴張加速?

( 一 ) 競爭格局：收購與合作浪潮涌動，市場高度集中

全球碳化硅產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)明顯的行業(yè)上下游收購兼并、大廠積極布局的特征。細分來看 主要表現(xiàn)出以下三個特點：( 1 ) 原本的碳化硅材料廠商進行縱向整合，向下游器件 端拓展市場。代表企業(yè)：Wolfspeed、II-VI等。(2) 傳統(tǒng)的功率大廠橫向切入碳化 硅賽道，積極布局全部或部分產(chǎn)業(yè)鏈。代表企業(yè)：意法半導體、英飛凌、斯達半導 等。(3) 其他廠商搶入碳化硅賽道， 布局部分產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)。代表企業(yè)：東尼電子、露笑科技等。

國際大廠間的收購與合作錯綜復雜，都在建立自己的產(chǎn)業(yè)陣營。在SiC器件在功率器 件市場持續(xù)滲透的背景下，獲得大批量高質量襯底變得至關重要。為獲取到長期穩(wěn) 定有效的碳化硅襯底供應， 海外功率大廠均在大力布局，與碳化硅襯底公司合作頻 繁，建立自己的產(chǎn)業(yè)陣營， 形式包括簽訂長期供貨訂單，或直接收購投資上游襯底 廠商等行為。

襯底市場高度集中， CR3占據(jù)主要份額。目前導電型襯底市場呈現(xiàn)出高度集中的格 局， CR3憑借出色的技術實力與突出的產(chǎn)能供應占據(jù)全球接近90%的市場。其中 Wolfspeed一家獨大，市場占有率超過60%；II-VI和SiCrystal ( Rohm子公司)分別 占據(jù)14%、13%；國內企業(yè)天科合達排名第五，市占率約4%。

(二) 市場規(guī)模：海內外廠商積極擴產(chǎn)，襯底市場快速擴容

海外廠商擴產(chǎn)持續(xù)。如上文所述， 目前碳化硅襯底市場被海外大廠牢牢占據(jù)，競爭 格局高度集中。根據(jù)英飛凌引用yole的數(shù)據(jù)，目前海外主要襯底廠商持續(xù)加大擴產(chǎn) 力度，23-24年產(chǎn)能較20-22年實現(xiàn)總產(chǎn)能約4倍的擴充，最大產(chǎn)能將達285萬片/年(合 6寸)。但從市占率的層面來看， 相較于21年總和約90%的市場占比，預計至2024 年，海外主要襯底廠商市場份額將降至約65%，究其主要原因，和中國碳化硅襯底 企業(yè)的大力擴產(chǎn)息息相關。

本土企業(yè)異軍突起。2021年，全球碳化硅襯底市場中，僅有天科合達占比較高，達 9%，其余企業(yè)占比均不足1%。從22年開始，本土碳化硅襯底企業(yè)進入高速擴產(chǎn)期， 預計至2024年，天科合達、天岳先進、山西爍科、三安光電以及中電化合物為首的 本土公司合計總產(chǎn)能有望超過150萬片/年，市場占比合計約為35%。

碳化硅襯底市場規(guī)?？焖贁U容。在海內外企業(yè)積極擴產(chǎn)的背景下，碳化硅襯底市場 規(guī)模將得到顯著提升，根據(jù)wolfspeed的預測，預計至2026年，全球碳化硅材料 (襯 底+外延) 市場規(guī)模將達17億美元，相較于2022年提升近2.5倍。

三、建議關注布局碳化硅襯底賽道的本土公司

國內企業(yè)發(fā)力布局碳化硅產(chǎn)業(yè)。從產(chǎn)業(yè)模式看與國外產(chǎn)業(yè)鏈主要以縱向多環(huán)節(jié)整合 為主不同， 國內產(chǎn)業(yè)鏈相對來較為分散，除三安光電以及中電科下屬研究所采用產(chǎn) 業(yè)鏈全覆蓋模式之外，更多廠商選擇專注于產(chǎn)業(yè)鏈中某個特定環(huán)節(jié)。

目前我國碳化硅產(chǎn)業(yè)整體處于早期階段，本土企業(yè)已開始加大布局力度， 在技術升 級與下游客戶導入上均實現(xiàn)突破，國產(chǎn)替代正有序推進。展望未來，本土碳化硅玩 家有望在3-5年內加速成長，成為國際市場上的重要力量。

(一) 天岳先進：國產(chǎn)碳化硅襯底龍頭， 持續(xù)拓展導電型襯底

公司成立于2010年，主營業(yè)務為碳化硅襯底的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。2021年公司營業(yè) 收入為4.94億元， 同比增長16.25%；歸母凈利潤為0.90億元，同比增長114.02%。從營收結構來看，公司營收主要分為碳化硅襯底業(yè)務和其他業(yè)務，其中碳化硅襯底 業(yè)務收入為3.87億元，同比增長10.89%；其他業(yè)務收入為1.07億元，同比增長40.79%。

公司碳化硅業(yè)務進展：2022年7月22 日，公司發(fā)布公告稱 “2023年至2025年，公司及公司全資子公司上海天岳向合同對方銷售6英寸導電型碳化硅襯底產(chǎn)品，預計含稅 銷售三年合計金額為人民幣13.93億元”。該公告彰顯公司已具備較強的導電型碳化 硅襯底實力，同時，公司2022年IPO募資25億元建設6寸導電型碳化硅襯底項目，22 年開始試生產(chǎn)，預計26年達產(chǎn)，形成對應襯底30萬片/年的生產(chǎn)能力，將為公司提供 充足成長動力。

(二) 東尼電子：大力開拓新業(yè)務，碳化硅襯底打開全新成長空間

公司成立于2008年， 主營業(yè)務為超微細合金線材、金屬基復合材料及其它新材料的 應用研發(fā)、生產(chǎn)與銷售。2021年公司營業(yè)收入為13.39億元，同比增長44.27%；歸 母凈利潤為0.33億元，同比減少30.14%。從營收結構來看，公司營收主要分為消費 電子、光伏、新能源和醫(yī)療，其中消費電子業(yè)務收入為10.04億元， 同比增長23.49%；光伏業(yè)務收入為1.24億元， 同比增長202.44%；醫(yī)療業(yè)務收入為1.05億元，同比增 長118.75%；新能源業(yè)務收入為0.69億元，同比增長200%。

公司碳化硅業(yè)務進展：2023 年1月9日，公司子公司東尼半導體與下游客戶T簽訂《采 購合同》， 約定東尼半導體 2023年向該客戶交付6英寸碳化硅襯底13.50萬片，含 稅銷售金額合計人民幣 6.75 億元；2024年商品交付數(shù)量為30萬片， 其中MOS交付 數(shù)量大于總量50%；2025年商品交付數(shù)量為50萬片，其中MOS交付數(shù)量大于總量 55%。

(三) 三安光電：全產(chǎn)業(yè)鏈布局，碳化硅業(yè)務揚帆起航

公司成立于1993年，主營業(yè)務為化合物半導體的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。2021年公司營 業(yè)收入為125.72億元，同比增長48.71%；歸母凈利潤為13.13億元，同比增長29.20%。從營收結構來看，公司營收主要分為化合物半導體、材料銷售、和租金、物業(yè)、服 務收入， 其中化合物半導體收入為96.61億元，同比增長61.80%；材料銷售收入為 26.39億元， 同比增長14.14%；租金、物業(yè)、服務收入為2.72億元， 同比增長59.06%。

公司碳化硅業(yè)務進展：公司投資160億建設碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈，是全國首條、全球第三 條碳化硅垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈。2021年公司湖南三安碳化硅產(chǎn)線產(chǎn)線已通線，進入試量 產(chǎn)。碳化硅配套產(chǎn)能擴充到3萬片/月。

公司的碳化硅產(chǎn)品在下游市場已取得多點突破，在服務器電源、通信電源、光伏逆 變器、充電樁、車載充電機等細分應用市場標桿客戶實現(xiàn)穩(wěn)定供貨。2022年11月6日，公司全資子公司湖南三安與需求方 (主要從事新能源汽車業(yè)務的公司) 簽署了 碳化硅芯片《戰(zhàn)略采購意向協(xié)議》， 本協(xié)議約定：供方按照一定的價格向需方提供 產(chǎn)品和服務，需方根據(jù)實際需求向供方下立采購訂單，基于2022年市場價格感知， 包含2023年產(chǎn)生的研發(fā)業(yè)務需求，至2027年預估該金額總數(shù)為人民幣38億元(含稅)。

編輯：黃飛