碳化硅行業(yè)市場分析

碳化硅行業(yè)市場分析1、耐高溫高壓高頻，碳化硅電氣性能優(yōu)異碳化硅作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的代表，在禁帶寬度、擊穿電場、熱導(dǎo)率、電子飽和速率、抗輻射能力等關(guān)鍵參數(shù)方面具有顯著優(yōu)勢，滿足了現(xiàn)代工業(yè)對高功率、高電壓、高頻率的需求，主要被用于制作高速、高頻、大功率及發(fā)光電子元器件，下游應(yīng)用領(lǐng)域包括智能電網(wǎng)、新能源汽車、光伏風(fēng)電、5G通信等，在功率器件領(lǐng)域，碳化硅二極管、MOSFET已經(jīng)開始商業(yè)化應(yīng)用。耐高溫。碳化硅的禁帶寬度是硅的2-3倍，在高溫下電子不易發(fā)生躍遷，可耐受更高的工作溫度，且碳化硅的熱導(dǎo)率是硅的4-5倍，使得器件散熱更容易，極限工作溫度更高。耐高溫特性可以顯著提升功率密度，同時降低對散熱系統(tǒng)的要求，使終端更加輕量和小型化。耐高壓。碳化硅的擊穿電場強度是硅的10倍，能夠耐受更高的電壓，更適用于高電壓器件。耐高頻。碳化硅具有2倍于硅的飽和電子漂移速率，導(dǎo)致其器件在關(guān)斷過程中不存在電流拖尾現(xiàn)象，能有效提高器件的開關(guān)頻率，實現(xiàn)器件小型化。低能量損耗。碳化硅相較于硅材料具有極低的導(dǎo)通電阻，導(dǎo)通損耗低；同時，碳化硅的高禁帶寬度大幅減少泄漏電流，功率損耗降低；此外，碳化硅器件在關(guān)斷過程中不存在電流拖尾現(xiàn)象，開關(guān)損耗低。2、工藝難度大幅增加，長晶環(huán)節(jié)是瓶頸碳化硅從材料到半導(dǎo)體功率器件會經(jīng)歷單晶生長、晶錠切片、外延生長、晶圓設(shè)計、制造、封裝等工藝流程。在合成碳化硅粉后，先制作碳化硅晶錠，然后經(jīng)過切片、打磨、拋光得到碳化硅襯底，經(jīng)外延生長得到外延片。外延片經(jīng)過光刻、刻蝕、離子注入、金屬鈍化等工藝得到碳化硅晶圓，將晶圓切割成die，經(jīng)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。2.1、襯底：晶體生長為最核心工藝環(huán)節(jié)，切割環(huán)節(jié)為產(chǎn)能瓶頸以高純碳粉、高純硅粉為原料合成碳化硅粉，在特殊溫場下生長不同尺寸的碳化硅晶錠，再經(jīng)過多道加工工序產(chǎn)出碳化硅襯底。核心工藝流程包括：原料合成：將高純的硅粉+碳粉按配方混合，在2000°C以上的高溫條件下于反應(yīng)腔室內(nèi)進行反應(yīng)，合成特定晶型和顆粒度的碳化硅顆粒。再通過破碎、篩分、清洗等工序，得到滿足要求的高純碳化硅粉原料。晶體生長：為碳化硅襯底制造最核心工藝環(huán)節(jié)，決定了碳化硅襯底的電學(xué)性質(zhì)。目前晶體生長的主要方法有物理氣相傳輸法（PVT）、高溫化學(xué)氣相沉積法（HT-CVD）和液相外延（LPE）三種方法，物理氣相傳輸法為市場主流工藝。晶體加工：通過晶錠加工、晶棒切割、研磨、拋光、清洗等環(huán)節(jié)，將碳化硅晶棒加工成襯底。2.1.1、晶體生長：條件控制嚴(yán)、長晶速度慢和晶型要求高為主要技術(shù)難點在晶體生長和晶體加工環(huán)節(jié)均存在技術(shù)難點。晶體生長環(huán)節(jié)，條件控制嚴(yán)、長晶速度慢和晶型要求高為主要技術(shù)難點。碳化硅晶體的生長溫度在2300°C以上，對溫度和壓力的控制要求高；此外，碳化硅有250多種同分異構(gòu)體，其中4H-SiC為主流，因此需要嚴(yán)格控制硅碳比、生長溫度梯度及氣流氣壓等參數(shù)才能生長出理想晶體；同時PVT法長晶非常緩慢，速度約為0.3-0.5mm/h，7天才能生長2cm，最高僅能生長3-5cm，因此碳化硅晶錠的直徑也多為4英寸、6英寸，而硅基72h即可生長至2-3m的高度，直徑多為6英寸、8英寸，新投產(chǎn)能則多為12英寸。晶體生長主要有物理氣相傳輸法（PVT）、高溫化學(xué)氣相沉積法（HT-CVD）和液相外延（LPE）三種方法，其中PVT法是現(xiàn)階段商業(yè)化生長SiC襯底的主流方法，技術(shù)成熟度最高、工程化應(yīng)用最廣。PVT法利用“升華-轉(zhuǎn)移-再生長”原理生長碳化硅晶體。高純度碳粉與硅粉按特定比例混合，將形成的高純度碳化硅微粉與籽晶分別放置生長爐內(nèi)坩堝的底部和頂部，溫度升高至2000°C以上，控制坩堝下部溫度略高于頂部，形成溫度差，碳化硅微粉升華成氣態(tài)Si，SiC2和Si2C后，在籽晶處重新結(jié)晶生長形成碳化硅晶錠。PVT法長晶速度慢，需要約7天才能生長約2cm，且副反應(yīng)較多，原料的非一致升華導(dǎo)致生成SiC晶體的缺陷密度較高。HT-CVD法是指在2000~2500℃下，導(dǎo)入高純度的硅烷、乙烷或丙烷、氫氣等氣體，先在高溫區(qū)生長腔反應(yīng)形成碳化硅氣態(tài)前驅(qū)物，再經(jīng)由氣體帶動進入低溫區(qū)的籽晶端前沉積成碳化硅晶體。HT-CVD法可持續(xù)向爐腔供應(yīng)氣體原料，晶體可持續(xù)生長；使用高純氣體為原料，碳化硅晶體純度更高，且通過控制原料氣流量比，能有效控制摻雜量、晶型等，生成碳化硅晶體缺陷較少。但HT-CVD法的長晶速度較慢，約0.4-0.5mm/h，工藝設(shè)備昂貴，耗材成本高，長晶過程中進氣口和排氣口易堵塞。LPE法利用“溶解-析出”原理生長碳化硅晶體，在1400-1800℃下將碳溶解在高溫純硅溶液中，再從過飽和溶液中析出碳化硅晶體，需添加助熔劑增大C的溶解度。LPE法長晶溫度較低，減少了冷卻時由熱應(yīng)力導(dǎo)致的位錯，碳化硅晶體位錯密度低，結(jié)晶質(zhì)量高，可實現(xiàn)無微管缺陷晶體生長。同時，在助熔液中增加Al可獲得高載流子濃度的p型SiC晶體，且相比PVT法，溶液法長晶速度提高了5倍左右；但存在碳化硅晶體中金屬殘留的問題，且生長的晶體尺寸小，目前僅用于實驗室生長。2.1.2、晶體加工：切片和薄化為主要技術(shù)難點晶體加工環(huán)節(jié)，切片和薄化為主要技術(shù)難點。碳化硅襯底的質(zhì)量和精度直接影響外延的質(zhì)量及器件的性能，因此晶片表面需光滑、無缺陷、無損傷，粗糙度值在納米級以下。然而，由于碳化硅晶體高硬、高脆、耐磨性好、化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，使得襯底加工非常困難。碳化硅襯底的加工過程主要分為切片、薄化和拋光。切片是碳化硅單晶加工過程的第一道工序，決定了后續(xù)薄化、拋光的加工水平，是整個環(huán)節(jié)的最大產(chǎn)能瓶頸所在?，F(xiàn)有的碳化硅晶圓切片大多使用金剛石線鋸，但碳化硅硬度高，需要大量的金剛石線鋸和長達數(shù)小時的加工時間，且切片過程中多達40%的晶錠以碳化硅粉塵的形式成為廢料，單個晶錠生產(chǎn)出的晶圓數(shù)量少，造成碳化硅功率器件成本高昂。許多國外企業(yè)采用更為先進的激光切割和冷分離技術(shù)提高切片效率，如2016年DISCO開發(fā)的激光切片技術(shù)不用經(jīng)歷研磨過程，僅需10分鐘就能切出一片6英寸碳化硅晶圓，生產(chǎn)效率提升3-5倍。碳化硅切片的薄化主要通過磨削與研磨實現(xiàn)，但碳化硅斷裂韌性較低，在薄化過程中易開裂，導(dǎo)致碳化硅晶片的減薄非常困難。目前多使用自旋轉(zhuǎn)磨削，晶片自旋轉(zhuǎn)的同時主軸機構(gòu)帶動砂輪旋轉(zhuǎn)，同時砂輪向下進給，實現(xiàn)減薄。自旋轉(zhuǎn)磨削雖可有效提高加工效率，但砂輪經(jīng)長時間使用易鈍化，存在使用壽命短且晶片易產(chǎn)生表面與亞表面損傷的問題，未來將進一步優(yōu)化單面研磨技術(shù)以實現(xiàn)大尺寸碳化硅晶片的加工。2.2、外延：器件性能決定因素，厚度與摻雜濃度為關(guān)鍵因素與傳統(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單晶材料上，須在經(jīng)過切、磨、拋等仔細(xì)加工的單晶襯底上生長一層微米級新單晶，新單晶和襯底可以是相同材料，也可以是不同材料，稱為同質(zhì)外延或異質(zhì)外延。外延層可以消除晶體生長和加工時引入的表面或亞表面缺陷，使晶格排列整齊，表面形貌更優(yōu)，外延的質(zhì)量對最終器件的性能起關(guān)鍵影響作用。碳化硅外延的制作方法包括：化學(xué)氣相淀積（CVD）、分子束外延（MBE）、液相外延法（LPE）、脈沖激光淀積和升華法（PLD）等，其中CVD法是最為普及的4H-SiC外延方法，其優(yōu)勢在于可以有效控制生長過程中氣體源流量、反應(yīng)室溫度及壓力，精準(zhǔn)控制外延層的厚度、摻雜濃度以及摻雜類型，工藝可控性強。早期碳化硅是在無偏角襯底上外延生長的，受多型體混合影響，外延效果不理想。隨后發(fā)展出臺階控制外延法，在不同偏角下斜切碳化硅襯底，形成高密度外延臺階，在實現(xiàn)低溫生長的同時穩(wěn)定晶型的控制。隨后引入TCS，突破臺階控制外延法的限制，將生長速率大幅提升至傳統(tǒng)方法的10倍以上。目前常用SiH4、CH4、C2H4作為反應(yīng)前驅(qū)氣體，N2和TMA作為雜質(zhì)源，使用4°斜切的4H-SiC襯底在1500-1650℃下生長外延。外延參數(shù)主要取決于器件設(shè)計，其中厚度和摻雜濃度為外延片關(guān)鍵參數(shù)。器件電壓越高，對外延厚度和摻雜濃度均勻性要求越高，生產(chǎn)難度越大。在600V低壓下，外延厚度需達6um左右，在1200-1700V中壓下，外延厚度需達10-15um左右，而在10kV的高壓下，外延厚度需達100um以上。在中、低壓應(yīng)用領(lǐng)域，碳化硅外延的技術(shù)相對比較成熟，外延片的厚度和摻雜濃度等參數(shù)較優(yōu)，基本可以滿足中低壓的SBD、JBS、MOS等器件的需求。而高壓領(lǐng)域，外延片需要攻克摻雜濃度均勻性和控制缺陷等問題。3、下游應(yīng)用場景豐富，新能源帶來最大增長點按照電學(xué)性能的不同，碳化硅材料制成的器件分為導(dǎo)電型碳化硅功率器件和半絕緣型碳化硅射頻器件，兩種類型碳化硅器件的終端應(yīng)用領(lǐng)域不同。導(dǎo)電型碳化硅功率器件是通過在低電阻率的導(dǎo)電型襯底上生長碳化硅外延層后進一步加工制成，包括造肖特基二極管、MOSFET、IGBT等，主要用于電動汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、充電等。半絕緣型碳化硅基射頻器件是通過在高電阻率的半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層后進一步加工制成，包括HEMT等氮化鎵射頻器件，主要用于5G通信、車載通信、國防應(yīng)用、數(shù)據(jù)傳輸、航空航天。3.1、導(dǎo)電型碳化硅器件：新能源汽車為最大終端應(yīng)用市場導(dǎo)電型碳化硅器件主要用于電動汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、充電等領(lǐng)域。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年汽車市場導(dǎo)電型碳化硅功率器件規(guī)模達6.85億美元，占比62.8%，能源、工業(yè)和交通應(yīng)用市場占比分別為14.1%，11.6%和7.2%。預(yù)計到2027年汽車市場導(dǎo)電型碳化硅功率器件規(guī)模達49.86億美元，占比79.2%，能源、工業(yè)和交通應(yīng)用市場占比分別降至7.3%，8.7%和3.0%。碳化硅在電動汽車領(lǐng)域主要用于：主驅(qū)逆變器、車載充電系統(tǒng)(OBC)、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(車載DC/DC)和非車載充電樁。逆變器是一種將直流信號轉(zhuǎn)化為高壓交流電的裝置，由于輸出電壓和輸出頻率可以任意控制，所以被廣泛用于控制交流電機和無刷電機的轉(zhuǎn)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(lǐng)域重要的功率轉(zhuǎn)換裝置。碳化硅MOSFET在電動汽車主驅(qū)逆變器中相比Si-IGBT具有明顯優(yōu)勢：碳化硅MOSFET相比硅基IGBT功率轉(zhuǎn)換效率更高，電動汽車?yán)m(xù)航距離可延長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；碳化硅MOSFET的高頻特性可使逆變器線圈、電容小型化，電驅(qū)尺寸可大幅減少，可聽噪聲的降低能減少電機鐵損；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。雖然當(dāng)前碳化硅器件單車價格高于Si-IGBT，但上述優(yōu)勢可降低整車系統(tǒng)成本。2018年特斯拉在Model3中首次將SiIGBT替換為SiC器件，汽車逆變器效率大幅提升，當(dāng)前越來越多的車廠如比亞迪、蔚來、小鵬、保時捷等正在轉(zhuǎn)向在電驅(qū)中使用碳化硅MOSFET器件。車載充電系統(tǒng)(OBC)可將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電對電池進行充電，實現(xiàn)為電動汽車的高壓直流電池組充電的功能，是決定充電功率和效率的關(guān)鍵器件。碳化硅MOSFET相比Si基器件能提升約50%的系統(tǒng)功率密度，從而能減少OBC的重量和體積，并節(jié)省磁感器件和驅(qū)動器件成本。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，可將動力電池輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，主要給車內(nèi)動力轉(zhuǎn)向、水泵、車燈、空調(diào)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SiCMOSFET有望被廣泛應(yīng)用于DC-DC轉(zhuǎn)換器中。高壓充電樁能有效解決充電速度和里程焦慮的問題，帶來對SiC器件需求的增加。當(dāng)前我國的車樁比難以匹配需求，車載充電及充電樁效率仍待提高，因此越來越多的整車廠布局800V高壓平臺。800V高壓系統(tǒng)通常指整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍達到550-930V的系統(tǒng)，相較于600V平臺：在同等充電功率下，工作電流更小，節(jié)省線束體積，降低電路內(nèi)阻損耗，提高充電效率和安全率；在同等電流的情況下，800V平臺可大幅提升總功率，顯著提高充電速度，已成為快速直流電充電的新解決方案。對于直流快速充電樁來說，充電電壓升級至800V會帶來充電樁中的SiC功率器件需求大增。與MOSFET/IGBT單管設(shè)計的15-30kW相比，SiC模塊可將充電模塊功率提高至60kW以上，且和硅基功率器件相比，SiC功率器件可以大幅降低模塊數(shù)量，具有小體積優(yōu)勢。新能源車數(shù)量增速高于充電樁，我國充電樁市場缺口大。據(jù)中國能源報，截止2022年12月，全國充電基礎(chǔ)設(shè)施累計總量約為521萬臺，增量為259.3萬臺，同比增加99.1%。其中公共充電樁增量為65.1萬臺，同比上漲91.6%；隨車配建私人充電樁增量為194.2萬臺，同比上升225.5%。截至2022年底，全國新能源汽車保有量達1310萬輛，占汽車總量的4.10%，同比增長67.13%，其中，純電動汽車保有量1045萬輛，占新能源汽車總量的79.78%。2022年底，我國新能源車車樁比為2.5：1，充電樁數(shù)量還存在巨大的缺口。根據(jù)全球碳化硅領(lǐng)域龍頭廠商Wolfspeed公司的預(yù)測，到2026年汽車中逆變器所占據(jù)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(zhuǎn)換器中SiC價值量占比在2%左右。光伏發(fā)電是當(dāng)前利用可再生能源的重要形式，通過光伏逆變器將太陽能電池陣列的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以直接消耗或通過電網(wǎng)傳輸。使用Si基器件的傳統(tǒng)逆變器會帶來較大的系統(tǒng)能量損耗，而碳化硅的寬帶隙、高熱導(dǎo)率、高擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻使其能在更高的電壓及頻率下切換，散熱能力更佳，擁有更好的開關(guān)效率和熱量累計。使用碳化硅功率器件的光伏逆變器可將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升50倍。據(jù)研究數(shù)據(jù)，2020年碳化硅功率器件在光伏逆變器的滲透率為10%，隨著光伏電壓等級的提升，碳化硅功率器件的滲透率將不斷提高，預(yù)計2048年將達到85%的滲透率。目前電網(wǎng)使用的硅基器件的參數(shù)性能已接近其材料的物理極限，無法擔(dān)負(fù)起支撐大規(guī)模清潔能源生產(chǎn)傳輸和消納吸收的重任。SiC在智能電網(wǎng)的主要應(yīng)用場景包括高壓直流輸電換流閥、柔性直流輸電換流閥、靈活交流輸電裝置、高壓直流斷路器、電力電子變壓器等裝置。碳化硅在電壓等級、導(dǎo)通電阻和開關(guān)速度方面的優(yōu)勢能很好的適配電力系統(tǒng)對電壓、功率和可靠性的更高要求，可以直接替換硅器件，提升電能轉(zhuǎn)換效率和功率密度，同時還能簡化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、實現(xiàn)新的并網(wǎng)功能如增加電網(wǎng)穩(wěn)定性，提供有源濾波功能等。在軌道交通領(lǐng)域，牽引變流器、輔助變流器、主輔一體變流器、電力電子變壓器、電源充電機等環(huán)節(jié)均可用到SiC功率器件，其中牽引變流器是核心器件，采用SiC功率器件替代后，在高溫、高頻和低損耗方面得到顯著改善，有效減小整體器件的體積和重量，符合大容量、輕量化和節(jié)能型的需求。目前SiC器件已在城市軌道交通系統(tǒng)中得以應(yīng)用，蘇州軌交3號線0312號列車是國內(nèi)首個基于SiC變流技術(shù)的永磁直驅(qū)牽引系統(tǒng)項目，實現(xiàn)了牽引節(jié)能20%的目標(biāo)。CASA預(yù)測在2030年碳化硅在軌道交通功率器件的應(yīng)用占比將達30%，2040年占比將達70%，滲透率不斷提升。3.2、半絕緣型碳化硅器件：5G時代的強大心臟射頻器件是在無線通信領(lǐng)域負(fù)責(zé)信號轉(zhuǎn)換的部件，如功率放大器、射頻開關(guān)、濾波器、低噪聲放大器等。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。碳化硅基氮化鎵射頻器件同時具備碳化硅的高導(dǎo)熱性能和氮化鎵在高頻段下大功率射頻輸出的優(yōu)勢，應(yīng)用于5G通信、車載通信、國防應(yīng)用、數(shù)據(jù)傳輸、航空航天等領(lǐng)域。5G通訊基站應(yīng)用需要更高的峰值功率、更寬的帶寬以及更高的頻率，對微波射頻器件提出了更高要求，而半絕緣型碳化硅襯底制備的氮化鎵射頻器件在高頻段的優(yōu)異表現(xiàn)使其成為5G時代基站應(yīng)用的候選技術(shù)。據(jù)預(yù)測，2025年全球射頻器件市場將超過250億美元，功率在3W以上的射頻器件市場中，氮化鎵射頻器件有望替代大部分硅基LDMOS份額，占據(jù)射頻器件市場約50%的份額。4、碳化硅供需缺口持續(xù)擴大，海內(nèi)外廠商加速研發(fā)擴產(chǎn)4.1、供給端：海外龍頭主導(dǎo)出貨量，全球有效產(chǎn)能仍不足當(dāng)前制約碳化硅器件大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的主要因素在于高成本，碳化硅襯底制造難度大、良率低為主要原因。全球碳化硅市場呈美國、歐洲、日本三足鼎立的格局，國內(nèi)龍頭企業(yè)僅天科合達和天岳先進占據(jù)了全球碳化硅襯底市場份額。在全球?qū)щ娦吞蓟枰r底市場中，Wolfspeed占據(jù)超60%的市場份額，II-VI和Rohm的子公司SiCrystal分別占據(jù)16%和12%，位列第二和第三；在半絕緣型碳化硅襯底市場中，Wolfspeed、II-VI和天岳先進各占據(jù)約30%的市場份額。我國在碳化硅領(lǐng)域起步較晚，當(dāng)前國內(nèi)廠商在碳化硅襯底產(chǎn)品上與國外龍頭仍存在一定差距。國內(nèi)主要以4英寸碳化硅襯底為主，僅少數(shù)企業(yè)如天岳先進、露笑科技等實現(xiàn)6英寸襯底的銷售，而多家國際一線廠商已實現(xiàn)6英寸碳化硅襯底的穩(wěn)定供應(yīng)，Wolfspeed、英飛凌和羅姆等正積極布局8英寸碳化硅襯底生產(chǎn)產(chǎn)線，量產(chǎn)指日可待。目前全球碳化硅襯底有效年產(chǎn)能不足，面對緊張的供需關(guān)系，海外龍頭企業(yè)加速擴產(chǎn)，積極布局8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)。Wolfspeed于2022年4月啟用全球首家8英寸碳化硅晶圓廠，為目前唯一一家實現(xiàn)8英寸碳化硅量產(chǎn)的廠商，并將于2023年上半年在德國再建8英寸碳化硅工廠，其他國際廠商如羅姆、英飛凌、Soitec、意法半導(dǎo)體等均計劃于2023年量產(chǎn)8英寸碳化硅襯底產(chǎn)品；而國內(nèi)廠商除了爍科晶體已實現(xiàn)8英寸碳化硅襯底小批量量產(chǎn)，天科合達、晶盛機電宣布于2023年小批量量產(chǎn)8英寸碳化硅襯底外，其余廠商還處于加速建設(shè)6英寸碳化硅襯底產(chǎn)線以突破產(chǎn)能的階段。因此在行業(yè)形成穩(wěn)定、規(guī)?；鲐浨?，碳化硅襯底將持續(xù)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的格局。4.2、需求端：下游需求不斷擴大，百億市場空間可期未來隨著碳化硅器件在新能源汽車、能源、工業(yè)、通訊等領(lǐng)域滲透率提升，碳化硅器件市場規(guī)模有望持續(xù)擴大，其中新能源車和光伏下游為主要驅(qū)動因素。對碳化硅器件在電動汽車領(lǐng)域的市場空間進行測算，假設(shè)如下：1)全球新能源乘用車銷量：根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年全球乘用車銷量超6500萬輛，其中新能源乘用車銷量為650萬輛，滲透率為10.3%；2022年全球新能源乘用車銷量為1031萬輛，滲透率為14%，假設(shè)2022-2025全球新能源乘用車銷量持續(xù)增長，至2025年新能源車滲透率達24%；2)碳化硅MOS器件滲透率：假設(shè)碳化硅MOS器件在新能源車應(yīng)用滲透率從2021年18%逐年增長6%至2024年的42%；3)6英寸碳化硅襯底市場空間：特斯拉Model3在主驅(qū)逆變器上共使用48顆SiCMOSFET，單車消耗約0.25片6英寸碳化硅襯底，隨著技術(shù)進步帶來碳化硅器件使用范圍進一步擴大至包括OBC，DC/DC轉(zhuǎn)化器等方面，假設(shè)單車將消耗0.5片6英寸碳化硅襯底，而其售價按照10%的幅度逐年下降；4)碳化硅器件市場空間：當(dāng)前碳化硅襯底占器件總成本的46%，假設(shè)價格逐年下降，至2025年碳化硅襯底占總器件成本的30%；5)綜上：2025年碳化硅襯底(按6英寸算)在新能源車市場的需求量達339萬片，市場空間為129億元，碳化硅器件的市場空間達429億元，2021-2025碳化硅器件的CAGR達85%。對碳化硅器件在光伏逆變器領(lǐng)域的市場空間進行測算，假設(shè)如下：1）光伏逆變器總需求：光伏逆變器新增需求和全球光伏新增裝機量同步，而光伏逆變器IGBT器件的使用壽命約10年，故存量更換需求與10年前新增裝機量對應(yīng)；2）光伏逆變器IGBT器件市場空間：假設(shè)光伏逆變器平均售價、毛利率逐年下降，IGBT器件價格占逆變器價格的12%；3）光伏逆變器碳化硅MOS器件市場空間：由CASA，假設(shè)碳化硅滲透率增至2025的50%，而技術(shù)進步和規(guī)模效應(yīng)使碳化硅器件成本從現(xiàn)硅基IGBT價格的4倍逐年下降；4）6英寸碳化硅襯底需求：假設(shè)碳化硅襯底成本占器件總成本的比例從當(dāng)前46%逐漸下降至2025年的30%，而6英寸碳化硅襯底單價從按10%的比例逐年下降，從而得到襯底需求量；5）綜上：預(yù)計2021-2025年，碳化硅器件在光伏應(yīng)用領(lǐng)域市場空間由23億元增長至92億元，CAGR為42%，到2025年碳化硅襯底（按6英寸算）需求量超過72萬片。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年新能源車和光伏應(yīng)用領(lǐng)域占全球碳化硅市場的77%，預(yù)計2027年這一比例將達到86%，按照市場占比以1.9%的年均復(fù)合增長率提升，2025年新能源車和光伏應(yīng)用領(lǐng)域占全球碳化硅器件市場的83%，以兩者碳化硅市場空間反推可得2025年全球碳化硅器件市場空間達627.8億元，碳化硅襯底市場空間達188.4億元，6英寸碳化硅襯底需求量為495萬片。5、歐美日廠商占據(jù)龍頭，國產(chǎn)技術(shù)革新任重道遠全球碳化硅襯底市場中，Wolfspeed以45%的市場份額位居第一，國內(nèi)企業(yè)僅有天科合達和天岳先進分別占據(jù)5%和3%的市場份額。在導(dǎo)電型碳化硅襯底市場中，Wolfspeed占據(jù)超60%的市場份額，在碳化硅單晶市場價格和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上有極大的話語權(quán)；在半絕緣型碳化硅襯底市場中，Wolfspeed、II-VI和天岳先進各占據(jù)約30%的市場份額。全球碳化硅器件市場中，ST意法半導(dǎo)體占據(jù)的市場份額達到40%，位居第一，英飛凌占據(jù)22%的市場份額排名第二。5.1、WolfspeedWolfspeed的前身為Cree公司，2019年3月，Cree公司將照明產(chǎn)品業(yè)務(wù)部出售，完全轉(zhuǎn)型為一家專注于寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)品的公司，于2021年更改為Wolfspeed，擁有從襯底到器件的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，是全球碳化硅行業(yè)的龍頭，在導(dǎo)電型碳化硅襯底市場中市占率達61%，位列全球之首，而在半絕緣型襯底市場中位列第二，市占率達33%。Wolfspeed于2015年發(fā)布8英寸碳化硅襯底，2019年完成首批8英寸碳化硅襯底樣品的制樣，2023年計劃擴產(chǎn)至月產(chǎn)能10萬片。Wolfspeed目前與梅賽德斯-奔馳達成協(xié)議，為其供應(yīng)碳化硅器件，賦能其未來電動汽車平臺。5.2、英飛凌公司于1999年從西門子集團拆分，是全球少數(shù)采用IDM模式的半導(dǎo)體垂直整合制造商，在IC設(shè)計、晶圓制造、封裝測試以及面向終端市場領(lǐng)域均有布局。2017年英飛凌成為全球首家提供溝槽技術(shù)的碳化硅MOSFET產(chǎn)品廠商，2018年收購Siltectra的冷切割技術(shù)，大幅提升生產(chǎn)效率，2020年發(fā)布覆蓋650-1700V的碳化硅MOSFET產(chǎn)品，未來將擴展至3000V。5.3、意法半導(dǎo)體公司在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的主要產(chǎn)品涵蓋SiC和高低壓硅二極管、GaN功率器件、射頻晶體管、IGBT、MOSFET等。其中，MOSFET覆蓋35-1800V、可滿足200°C業(yè)內(nèi)最高水平，IGBT覆蓋350-1300V。2018年特斯拉率先在Model3電驅(qū)主逆變器上使用意法半導(dǎo)體供應(yīng)的650VSiCMOSFET器件。2021年公司發(fā)布第三代SiCMOSFET晶體管，推進在電動汽車動力系統(tǒng)功率設(shè)備的前沿應(yīng)用，并計劃與2024年將SiC晶圓產(chǎn)能提高到2017年的10倍。5.4、羅姆羅