1. SiC 性能優(yōu)異，材料升級(jí)勢(shì)在必行

SiC 是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，在禁帶寬度、擊穿場(chǎng)強(qiáng)、電子飽和漂移速度等 物理特性上較 Si 更有優(yōu)勢(shì)，制備的 SiC 器件如二極管、晶體管和功率模塊具有 更優(yōu)異的電氣特性，能夠克服硅基無(wú)法滿足高功率、高壓、高頻、高溫等應(yīng)用要 求的缺陷，也是能夠超越摩爾定律的突破路徑之一，因此被廣泛應(yīng)用于新能源領(lǐng) 域（光伏、儲(chǔ)能、充電樁、電動(dòng)車等）。

1.1.什么是 SiC

半導(dǎo)體材料按被研究和規(guī)?；瘧?yīng)用的時(shí)間先后順序通常分為三代。第一代：20 世紀(jì) 40 年代，硅（Si）、鍺（Ge）開(kāi)始應(yīng)用，硅的自然儲(chǔ)量大、制 備工藝簡(jiǎn)單，是當(dāng)前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的半導(dǎo)體材料，應(yīng)用于集成電路，涉及 工業(yè)、商業(yè)、交通、醫(yī)療、軍事等人類生產(chǎn)生活的各個(gè)環(huán)節(jié)，但在高頻高功率器 件和光電子器件應(yīng)用上存在較大瓶頸。第二代：20 世紀(jì) 60 年代，砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）在光電子、微電子、 射頻領(lǐng)域被用以制作高速高頻、大功率以及發(fā)光電子器件，能夠應(yīng)用于衛(wèi)星通信、 移動(dòng)通信、光通信、GPS 導(dǎo)航等。由于 GaAs、InP 材料資源稀缺、價(jià)格昂貴、 有毒性、污染環(huán)境，使得第二代半導(dǎo)體材料的應(yīng)用具有一定的局限性。第三代：20 世紀(jì) 80 年代，碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、金剛石（C）等為 代表的寬禁帶（Eg＞2.3eV）半導(dǎo)體迅速發(fā)展，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)，滿足高電壓、高頻率場(chǎng)景，應(yīng)用于高電壓 功率器件、5G 射頻器件等領(lǐng)域。

與 Si 材料相比，SiC 主要優(yōu)勢(shì)在于：1）SiC 具有 3 倍于 Si 的禁帶寬度，能減少漏電并提高耐受溫度。2）SiC 具有 10 倍于 Si 擊穿場(chǎng)強(qiáng)，能提高電流密度、工作頻率、耐壓容量并減 低導(dǎo)通損耗，更適合高壓應(yīng)用。3）SiC 具有 2 倍于 Si 的電子飽和漂移速度，所以可工作頻率更高。4）SiC 具有 3 倍于 Si 的熱導(dǎo)率，散熱性能更好，能夠支持高功率密度并降低散 熱要求，使得器件更輕量化。因此，SiC 材料具有明顯的材料性能優(yōu)勢(shì)，能滿足現(xiàn)代電子對(duì)高溫、高功率、高 壓、高頻、抗輻射等惡劣條件要求，適用于 5G 射頻器件和高電壓功率器件，滿足新能源領(lǐng)域（光伏、儲(chǔ)能、充電樁、電動(dòng)車等）對(duì)于輕量化、高能效、高驅(qū)動(dòng) 力等要求。

1.2.我們?yōu)槭裁匆?SiC 做器件

SiC 器件包括二極管、晶體管和功率模塊。2001 年英飛凌最先發(fā)布 SiC JBS 產(chǎn) 品；2008 年 Semisouth 發(fā)布了第一款常關(guān)型的 SiC JFET 器件；2010 年 ROHM 公司首先量產(chǎn) SiC MOSFET 產(chǎn)品；2011 年 Cree 公司開(kāi)始銷售 SiC MOSFET 產(chǎn)品，2015 年 ROHM 繼續(xù)優(yōu)化推出了溝槽柵 MOSFET。目前， SiC SBD 二極管和 MOSFET 晶體管目前應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)業(yè)化成熟度最高，SiC IGBT 和 GTO 等器件由于技術(shù)難度更大，仍處于研發(fā)階段，距離產(chǎn)業(yè)化有較大 的差距。

SiC 器件因其材料特性表現(xiàn)優(yōu)越電氣性能：1）導(dǎo)通、開(kāi)關(guān)/恢復(fù)損耗更低：寬帶隙使得 SiC 器件漏電流更少，并且在相同耐壓條件下，SiC 器件的導(dǎo)通電阻約為硅基器件的 1/200，因此導(dǎo)通損耗更低；Si FRD 和 Si MOSFET 從正向偏置切換到反向偏置的瞬間會(huì)產(chǎn)生極大的瞬態(tài) 電流，過(guò)渡到反向偏置狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生很大損耗。而 SiC SBD 和 SiC MOSFET 是 多數(shù)載流子器件，反向恢復(fù)時(shí)只會(huì)流過(guò)結(jié)電容放電程度的較小電流。并且，該瞬態(tài)電流幾乎不受溫度和正向電流的影響，無(wú)論在何種環(huán)境條件下都可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定 快速（小于 20ns）的反向恢復(fù)。根據(jù) ROHM，SiC MOSFET+SBD 的模組可 以將開(kāi)通損耗（Eon）減小 34%，因此恢復(fù)損耗低；SiC 器件在關(guān)斷過(guò)程中不存在電流拖尾現(xiàn)象，根據(jù) ROHM ， SiC MOSFET+SBD 的模組可以將關(guān)斷損耗（Eoff）減小 88%，因此開(kāi)關(guān)損耗更低。

2）器件得以小型化：SiC 禁帶寬度決定了它能夠以更高的摻雜濃度、更薄的膜厚漂移層制作出 600V 以上的高壓功率器件（對(duì)于相同耐壓的產(chǎn)品、同樣的導(dǎo)通電阻，芯片尺寸更?。?；SiC 飽和電子漂移速率高，所以 SiC 器件能實(shí)現(xiàn)更高的工作頻率和更高的功率 密度，因頻率的提升減少了電感、變壓器等外圍組件體積，從而降低了組成系統(tǒng) 后的體積及其他組件成本。SiC 帶隙寬并且導(dǎo)熱率顯著，不僅在高溫條件下也能穩(wěn)定工作，器件散熱更容易， 因此對(duì)散熱系統(tǒng)要求更低。

3）SiC 器件熱穩(wěn)定：SiC SBD 與 Si FRD 開(kāi)啟電壓都小于 1V，但 SiC SBD 的溫度依存性與 Si FRD 不同：溫度越高，導(dǎo)通阻抗就會(huì)增加，VF 值會(huì)變大，不易發(fā)生熱失控，提升系 統(tǒng)的安全性和可靠性。同等溫度條件下，IF=10A 時(shí) SiC 與硅二極管正向?qū)?壓比對(duì)，SiC 肖特基二極管的導(dǎo)通壓降為 1.5V，硅快速恢復(fù)二極管的導(dǎo)通壓降 為 1.7V,SiC 材料性能好于硅材料。此外，Si MOSFET 的漂移層電阻在溫升 100℃時(shí)會(huì)變?yōu)樵瓉?lái) 2 倍，但 SiC MOSFET 的漂移層電阻占比小，其他電阻如溝道電阻在高溫時(shí)會(huì)稍微下降，n+ 基板的電阻幾乎沒(méi)有溫度依存性，因此在高溫條件下導(dǎo)通電阻也不容易升高。

超越摩爾定律，新材料是突破路徑之一。硅基器件逼近物理極限，摩爾定律接近 效能極限。SiC 器件作為功率器件材料端的技術(shù)迭代產(chǎn)品出現(xiàn)，能夠克服硅基無(wú) 法滿足高功率、高壓、高頻、高溫等應(yīng)用要求的缺陷。

2. 多領(lǐng)域需求驅(qū)動(dòng)，SiC 市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá) 62.97 億美元

2021-27 年全球 SiC 功率器件市場(chǎng)規(guī)模 CAGR 為 34%。SiC 器件被廣泛用于 新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。Yole 數(shù)據(jù)顯 示，全球 SiC 功率器件市場(chǎng)規(guī)模將由 2021 年的 10.9 億美元增長(zhǎng)至 2027 年的 62.97 億美元，2021-27 年 CAGR+34%。此外，根據(jù) CASA Research 統(tǒng) 計(jì)，2020 年國(guó)內(nèi) SiC、GaN 電力電子器件市場(chǎng)規(guī)模約為 46.8 億元，較上年同 比增長(zhǎng) 90%，占分立器件的比例為 1.6%。并且預(yù)計(jì)未來(lái)五年 SiC、GaN 將以 45%的年復(fù)合增長(zhǎng)率增至近 300 億元。

根據(jù) Yole，新能源汽車、光伏儲(chǔ)能是 SiC 市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。1）全球新能源汽車 SiC 功率器件市場(chǎng)規(guī)模 2019 年為 2.3 億美元，占比為 41.6%， 2021 年 6.8 億，占比為 62.8%，預(yù)計(jì)至 2027 年增加至 49.9 億美元，占比提 升至 79.2%，2021-27 年 CAGR 為 39.2%。2）光伏儲(chǔ)能是 SiC 功率器件第二大應(yīng)用市場(chǎng)，2021 年該全球市場(chǎng)規(guī)模為 1.5 億美元，預(yù)計(jì)至 2027 年增加至 4.6 億美元，2021-27 年 CAGR 為 20.0%。據(jù) CASA 預(yù)測(cè)，2021-26 年中國(guó)第三代半導(dǎo)體電力電子市場(chǎng)將保持 40%年均 增速，到 2026 年市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá) 500 億元。其中，車用第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)將從 40.5 億元增長(zhǎng)至 267.3 億元；充電樁用第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)從 0.54 億元增長(zhǎng)至 24.9 億元；光伏用第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)從 5 億元增長(zhǎng)至 20 億元。

2.1.新能源車是 SiC 器件應(yīng)用的最大驅(qū)動(dòng)力，或迎替代機(jī)遇

2.1.1. 角度一：SiC 電驅(qū)系統(tǒng)搶先上車，體積、損耗有效下降

SiC 功率器件做電驅(qū)，電力損耗有效下降。新能源汽車系統(tǒng)架構(gòu)中涉及到功率半 導(dǎo)體應(yīng)用的組件包括：電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、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。其中電驅(qū)是 SiC 功率器件最主要的應(yīng)用部位，行 業(yè)內(nèi)也都率先在電驅(qū)采用 SiC 器件。根據(jù)美國(guó)能源部對(duì)純電動(dòng)車Nissan-Leaf的能耗分析，電驅(qū)能量損耗約為16%， 其中功率器件占其中的 40%，因此，電控里功率器件能量損耗約占整車的 6.4%。若使用 SiC 器件，通過(guò)導(dǎo)通/開(kāi)關(guān)等維度，總損耗相比硅器件下降 70%，全車總 損耗下降約 4.48%，也相當(dāng)于相同的電池容量下行駛里程提升比例。據(jù)汽車之家拆分，動(dòng)力電池占純電動(dòng)汽車總成本的 40%-50%，假設(shè)某中高端電 動(dòng)車價(jià)格為 20 萬(wàn)元，電池成本約 8-10 萬(wàn)元，如以 SiC 方案提升里程 5%計(jì)算， 相同性能的產(chǎn)品條件下，僅電池系統(tǒng)就為總成本節(jié)省 4000-5000 元。

采用 SiC 可減小電力電子系統(tǒng)體積、減少能量損失。SiC 模塊可以在實(shí)現(xiàn) 50kHz 以上的高頻驅(qū)動(dòng)（傳統(tǒng) IGBT 模塊無(wú)法實(shí)現(xiàn)），推動(dòng)電感等被動(dòng)器件的小型化。另外，IGBT 模塊存在開(kāi)關(guān)損耗引起的發(fā)熱問(wèn)題，只能按照額定電流的一半進(jìn)行 使用，而 SiC 模塊開(kāi)關(guān)損耗較小，即使在高頻驅(qū)動(dòng)時(shí)也無(wú)需進(jìn)行大幅的電流降 額，散熱系統(tǒng)要求也相對(duì)較低，同樣減小了 SiC 器件的體積。采用 SiC 模塊可 以加速高集成、高密度三合一電驅(qū)的推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性體積的縮小，進(jìn)而帶來(lái)風(fēng) 阻（占驅(qū)動(dòng)損耗的 1/3）的減小，促進(jìn)能量損耗進(jìn)一步降低。

使用 SiC 并未增加整車成本。雖然 SiC 器件成本高于硅基器件，但使用 SiC 器 件可以降低系統(tǒng)體積、降低電池?fù)p耗、提升續(xù)航里程，從而促進(jìn)整車成本的降低。據(jù) Wolfspeed(Cree)測(cè)算，在新能源汽車使用 SiC 逆變器，可以提升 5%-10% 的續(xù)航，節(jié)省 400-800 美元的電池成本，與新增 200 美元的 SiC 器件成本抵 消后，還能實(shí)現(xiàn) 200-600 美元的單車成本節(jié)約，未來(lái)，隨著 SiC 規(guī)?；慨a(chǎn)之 后，成本有望逐步降低，將為整車成本創(chuàng)造更大空間。

SiC 在城市工況、電池容量大、電壓低的方向上能夠提升更大系統(tǒng)效率。一方面， 電池基礎(chǔ)容量越大，可以提升的絕對(duì)里程數(shù)就越多；鋰電池成本越高，可以節(jié)省 的單位電池成本越大。另一方面，在固定電池電壓后，電池功率近似跟輸出電流能力成正比，輸出電流能力近似跟芯片的使用數(shù)量成正比，功率約高則相應(yīng)使用 SiC 器件越多，替換成本越高。此外，越是處于頻繁開(kāi)關(guān)/頻繁剎車加油的低速工況下，獲得的效率優(yōu)勢(shì)就更高， 所以在城市工況中運(yùn)行，使用 SiC 器件帶來(lái)的效率提升的優(yōu)勢(shì)更加明顯。2018 年特斯拉在其 Model3 車型首次將 Si IGBT 換成了封裝尺寸更小的 SiC 模塊， 使開(kāi)關(guān)損耗降低了 75%，系統(tǒng)效率提高了 5%，續(xù)航里程提升 5-10%。

2.1.2. 角度二：電動(dòng)汽車架構(gòu)向高壓過(guò)渡，成為 SiC 上車催化劑

補(bǔ)能時(shí)間長(zhǎng)是新能源汽車的最大痛點(diǎn)。如今車企推出的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航多在 500km 上下，甚至高達(dá) 700km，和普通燃油車?yán)m(xù)航里程接近，續(xù)航已不再是最 大負(fù)累。但是電動(dòng)車還是面臨里程焦慮的問(wèn)題，主要原因還是燃油車加油時(shí)間僅 為 15 分鐘，而電動(dòng)車快充至少需要 60 分鐘，在高峰期充電排隊(duì)等候時(shí)間亦進(jìn) 一步拉長(zhǎng)。

續(xù)航越高、充電效率越高，電動(dòng)車在通勤中耗時(shí)與燃油車約接近。根據(jù)《Enabling Fast Charging:A Technology Gap Assessment》做的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：在 525 英 里（1 英里=1.6 公里）的旅程中，普通燃油車只需要加油一次，總耗時(shí) 8 小時(shí) 23 分鐘；而續(xù)航 300 英里 400KW 的直充電動(dòng)車單次充電僅需 23 分鐘，旅途 總計(jì)耗時(shí) 8 小時(shí) 31 分鐘，整體耗時(shí)不輸燃油車。

根據(jù) P=UI，提升充電效率的方向有二，提升電壓最佳。根據(jù)發(fā)熱量公式 Q=IRt， 提升電流模式充電過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量熱量，對(duì)汽車散熱系統(tǒng)和熱管理有更高的要求。在用大電流充電時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致極化現(xiàn)象出現(xiàn)、電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不充分，對(duì)于電 池的傷害較大。此外，大電流模式的應(yīng)用場(chǎng)景有限制，目前大電流模式僅在 10%- 20%SOC 進(jìn)行最大功率充電，在其他區(qū)間充電效率也有明顯下降。而提升電壓 模式除了減少能耗、提高續(xù)航里程外，還有減少重量、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)，是目前 廠商普遍采用的模式。

相同功率下高電壓比大電流更優(yōu)。華為分別測(cè)算了高電壓 800V/250A，大電流 400V/500A，相較基準(zhǔn) 400V/250A 的電池系統(tǒng)成本和整車成本變化，高電壓 架構(gòu)下整車成本的上升不足 2%，比大電流方案更優(yōu)。根據(jù)戴姆勒奔馳研究，在 800V 高壓平臺(tái)采用 SiC 模塊較硅基 IGBT 模塊整車低了 7.6%的能耗，相比中 低壓能耗降低更多。

越來(lái)越多汽車廠商布局 800V 平臺(tái)。受限于硅基 IGBT 功率元器件的耐壓能力， 之前電動(dòng)車高壓系統(tǒng)普遍采用的是 400V 電壓平臺(tái)。如今，高壓快充路線受到越 來(lái)越多主機(jī)廠的青睞，先是保時(shí)捷 TaycanTurboS、小鵬，隨后現(xiàn)代、起亞等國(guó) 際巨頭，比亞迪、長(zhǎng)城、廣汽等國(guó)內(nèi)主機(jī)廠也相繼推出或計(jì)劃推出 800V 平臺(tái)， 高壓快充體驗(yàn)將會(huì)成為電動(dòng)車市場(chǎng)差異化體驗(yàn)的重要標(biāo)準(zhǔn)。未來(lái)，隨著市場(chǎng)對(duì)續(xù) 航里程、充電速度要求的提高，電動(dòng)車電壓有望升至 800V-1000V。

高壓架構(gòu)未來(lái)向中小車型滲透。根據(jù)車型劃分，可將乘用車劃分為 A00、A0、 A、B、C 級(jí)車等多個(gè)級(jí)別。根據(jù)各車企官網(wǎng)數(shù)據(jù)，A 級(jí)以下微型或小型車型普 遍采用低壓系統(tǒng)，而在 B 級(jí)/C 級(jí)中大型車型中，高壓平臺(tái)逐漸普及。長(zhǎng)期看快 充對(duì)于中小車型亦是剛需，800V 架構(gòu)升級(jí)具備長(zhǎng)期趨勢(shì)。

高電壓平臺(tái)需要各部件耐高壓、耐高溫，將導(dǎo)致 SiC 器件的替代需求顯著增長(zhǎng)。高壓平臺(tái)看起來(lái)只是升高了整車的電壓，但對(duì)于技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，卻是“牽一 發(fā)而動(dòng)全身”的系統(tǒng)工程。1）電機(jī)電控：800V 平臺(tái)要求下，硅基 IGBT 的開(kāi)關(guān)/導(dǎo)通損耗將大幅升高，而 SiC 器件在耐壓、開(kāi)關(guān)頻率、損耗等多個(gè)維度表現(xiàn)優(yōu)異，因此電機(jī)控制器需要采 用 SiC MOSFET 代替硅基 IGBT。2）車載 OBC：主流功率從 3.6kW、6.6kW 升級(jí)到 11kW、22kW，并向雙向 逆變升級(jí)。雙向 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，需要使用 SiC 器件。3）DC/DC：直流快充樁原本輸出電壓等級(jí)為 400V，可直接給動(dòng)力電池充電， 但車系統(tǒng)平臺(tái)升級(jí)為 800V 后需要額外的升壓產(chǎn)品使電壓能夠上升到 800V，配 合 OBC 給動(dòng)力電池進(jìn)行直流快充。此外，DC/DC 轉(zhuǎn)換器還可將高電池電壓轉(zhuǎn) 換為低電壓，為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、空調(diào)以及其他輔助設(shè)備提供所需的電力，同樣需 要耐高壓材質(zhì)的 SiC 器件。4）空調(diào)壓縮機(jī)：由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，為系統(tǒng)提供主動(dòng)制冷/熱的動(dòng)力，在汽車熱管理 系統(tǒng)中處于重要地位，隨著動(dòng)力源向更高電壓切換，SiC 器件有很大的優(yōu)勢(shì)。

實(shí)現(xiàn)大功率快充的高壓系統(tǒng)架構(gòu)共有三類，全系高壓快充有望成為主流架構(gòu)。1）全系高壓，即800V 電池+800V 電機(jī)電控+800V OBC、DC/DC、PDU+800V 空調(diào)、PTC。全系高壓的優(yōu)勢(shì)是能量轉(zhuǎn)化率高，但是短期成本較高，但長(zhǎng)期來(lái)看， 產(chǎn)業(yè)鏈成熟以及規(guī)模效應(yīng)具備之后，整車成本下降。2）部分高壓，即 800V 電池+400V 電機(jī)、電控+400V OBC、DC/DC、 PDU+400V 空調(diào)、PTC。部分高壓的優(yōu)勢(shì)是基本沿用現(xiàn)有架構(gòu)，僅升級(jí)動(dòng)力電 池，車端改造費(fèi)用較小，短期有較大實(shí)用性，但是能量轉(zhuǎn)化率沒(méi)有全系高壓高。3）全部低壓架構(gòu)，即 400V 電池（充電串聯(lián) 800V，放電并聯(lián) 400V）+400V 電機(jī)、電控+400V OBC、DC/DC、PDU+400V 空調(diào)、PTC。其優(yōu)勢(shì)是短期成 本最低，但是對(duì)充電效率提升有限。

高壓將進(jìn)一步加速主驅(qū)、OBC 和 DC/DC 的 SiC 滲透率提升。以 22kW 800V 雙向 OBC 為例，從 Si 轉(zhuǎn)到 SiC 設(shè)計(jì)，因從一個(gè)三電頻降到兩電頻開(kāi)關(guān)拓?fù)洌?DC 端器件數(shù)量從 16 顆到降到了 8 顆器件，驅(qū)動(dòng)電路、pcb 板面積也減半，同 時(shí)提高了運(yùn)行效率，替換具有顯著優(yōu)勢(shì)。根據(jù) CASA 預(yù)測(cè)，SiC 功率器件滲透 率將在電機(jī)逆變器及 DC/DC 器件中持續(xù)增長(zhǎng)。

2.1.3. 角度三：充電樁向大功率方向發(fā)展，SiC 器件滲透率進(jìn)一步提升

中國(guó)公共充電樁快速增長(zhǎng)，總量占比超過(guò)全球半數(shù)。IEA 數(shù)據(jù)顯示，2021 年全 球共公共充電樁保有量為 176 萬(wàn)個(gè)，其中有 120 萬(wàn)個(gè)為低速充電樁（功率≤ 22kW），56 萬(wàn)個(gè)為高速充電樁（功率＞22kW）。根據(jù)各國(guó)已宣布的氣候承諾方 案，預(yù)測(cè) 2022-30 年全球年均建設(shè) 100 萬(wàn)/50 萬(wàn)個(gè)低速/高速充電樁，2030 年全球?qū)碛?1000 萬(wàn)/550 萬(wàn)個(gè)低速/高速充電樁。2021 年底中國(guó)擁有 115 萬(wàn)個(gè)公共充電樁，占全球 65%。根據(jù)中國(guó)電動(dòng)汽車充 電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，2022 年 1-9 月新增公共充電樁 48.9 萬(wàn) 臺(tái)，充電配套設(shè)施建設(shè)逐步完善。

我國(guó)有望于 2025 年在城市和城際重點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn) 2-3C 公共充電樁的初步覆蓋。根據(jù)《中國(guó)電動(dòng)車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展戰(zhàn)略與路線圖研究（2021-2035）》，我國(guó)將 于 2025 年實(shí)現(xiàn) 2-3C 的充電樁在重點(diǎn)區(qū)域的城市和城際公共充電設(shè)施的初步 覆蓋；于 2030 年實(shí)現(xiàn) 3C 及以上公共快充網(wǎng)絡(luò)在城鄉(xiāng)區(qū)域與高速公路的基本覆 蓋；于 2035 年實(shí)現(xiàn) 3C 及以上快充在各應(yīng)用場(chǎng)景下的全面覆蓋。

充電樁向大功率方向發(fā)展。《交通運(yùn)輸部關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)建設(shè)的 指導(dǎo)意見(jiàn)》中明確要在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)超級(jí)快充、大功率充電汽車充電設(shè)施。據(jù) EVICPA 統(tǒng)計(jì)，2016-20 年中國(guó)新增直流樁的平均功率從 70kW 提升至 131kW，在新增直流樁中 150kW 的比例從 9%增至 28%；從用戶使用習(xí)慣的 角度來(lái)看，99.3%用戶在公用場(chǎng)站充電選擇快充樁，87%用戶選擇 120kW 及以 上的大功率充電樁。國(guó)家電網(wǎng)是國(guó)內(nèi)最大的充電樁公開(kāi)招標(biāo)企業(yè)，2022 年招標(biāo) 的充電樁中，功率為 160kW、240kW 和 480kW 的占比分別為 53%、3%和 16%，160kW 超越 80kW 成為主力招標(biāo)功率。

更高功率、更多數(shù)量的超充站布局。截至 2022 年 6 月，特斯拉在中國(guó)大陸已建 立 1200 多座超級(jí)充電站，8700 多個(gè)超級(jí)充電樁，其 V3 充電樁功率為 250kW， 未來(lái)還將推出峰值充電功率 350kW 的 V4 充電樁；小鵬汽車 22 年 8 月發(fā)布峰 值充電功率為 400kW 的 S4 超快充樁，計(jì)劃到 23 年新增超過(guò) 500 座以上、到 25 年累計(jì)建設(shè) 2000 座超快充站。此外，2022 年 7 月中國(guó)主導(dǎo)發(fā)起的 ChaoJi 直流充電接口標(biāo)準(zhǔn)在 IEC 全票通過(guò)，有望促進(jìn)超級(jí)充電基礎(chǔ)設(shè)施加速布局。

大功率充電樁帶動(dòng) SiC 滲透率不斷提升。對(duì)于充電樁而言，采用 SiC 模塊可將 充電模塊功率提高至 60KW 以上，而采用 MOSFET/IGBT 單管的設(shè)計(jì)還是在 15-30kW 水平。同時(shí)，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。因此，SiC 的小體積優(yōu)勢(shì)在城市大功率充電站、充電樁的應(yīng)用場(chǎng)景中具有 獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

充電樁運(yùn)營(yíng)商從減少損耗率和儲(chǔ)能對(duì)雙向電流需求兩方面，也傾向使用 SiC。（1）對(duì)特來(lái)電、星星充電為首的公共充電樁運(yùn)營(yíng)商而言，從國(guó)家電網(wǎng)買電，到 給新能源車主充電的過(guò)程中，存在約 2%的損耗，通過(guò)使用 SiC 能夠?qū)p耗降低 到 0.5%，則運(yùn)營(yíng)成本能顯著降低，加快回收投資。（2）隨著局部地區(qū)充電站數(shù)量增多、密度變大的情況，為了平抑對(duì)電網(wǎng)的沖擊， 需要配套儲(chǔ)能系統(tǒng)，在夜間進(jìn)行儲(chǔ)能，充電高峰期間通過(guò)儲(chǔ)能電站和電網(wǎng)一同為 充電站供電，實(shí)現(xiàn)削峰填谷。充電與儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的電流方向變化，而 IGBT 只能單 向流通，使用 SiC 是唯一選擇。

市場(chǎng)上主要由交流樁和直流樁兩種充電樁類型構(gòu)成。交流樁因?yàn)槠浼夹g(shù)成熟成本 較低，可接入 220V 居民用電而成為公共充電樁的主流，但其充電效率低，耗時(shí) 長(zhǎng)，主要適用于家用領(lǐng)域，目前大多仍使用硅基功率器件，隨著 SiC 功率器件成 本降低，未來(lái)交流充電樁中 SiC 功率器件的滲透率將進(jìn)一步提升。直流充電樁充電速度較快，但技術(shù)復(fù)雜且成本高昂，因此早期推廣速度不如交流 充電樁；但對(duì)于公共充電樁來(lái)說(shuō)，提升充電效率是用戶的關(guān)注核心。根據(jù) IEA 統(tǒng) 計(jì)，全球 22kW 以上的快充樁占比從 2015 年的 14.4%，上升至 2021 年的 31.8%，公共充電樁中直流樁的滲透率持續(xù)提升。據(jù)中國(guó)充電聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)顯 示，截止 2022 年 9 月我國(guó) 163.6 萬(wàn)臺(tái)公共充電樁中，交流樁達(dá)到 93.1 萬(wàn)臺(tái)， 而直流樁為 70.4 萬(wàn)臺(tái)，直流樁占比 43.1%。直流充電樁技術(shù)的未來(lái)研發(fā)市場(chǎng)十 分廣闊，SiC 功率器件需求量進(jìn)一步增加。

2.1.4. 車用 SiC 解決方案市場(chǎng)規(guī)模可達(dá) 240 億元人民幣

由于 SiC 器件在新能源車用領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，隨著 SiC 在新能源車領(lǐng)域的應(yīng)用，SiC 成本的降低，各大廠商紛紛布局 SiC，未來(lái) SiC 在車用領(lǐng)域滲透率會(huì)越來(lái)越高。

SiC 新能源汽車市場(chǎng)規(guī)模：根據(jù) EV-Volumes 最新數(shù)據(jù)，全球 2022H1 新能源 汽車銷量達(dá) 430 萬(wàn)輛，同比+62%，新能源汽車滲透率提升至 11.3%。預(yù)計(jì)到 2025年全球新能源汽車銷量有望接近 2000萬(wàn)輛，滲透率有望突破 20%，2021- 25 年復(fù)合增長(zhǎng)率有望達(dá) 30%以上。我們假設(shè)車規(guī) SiC 電驅(qū)模塊價(jià)值量約為 3000-4000 元，加之 OBC、DC/DC 等部件使用，整車的 SiC 器件價(jià)值量約為 4500 元。中壓車和低壓車會(huì)部分采用 SiC 器件，通過(guò)對(duì)不同電壓新能源車滲透率的計(jì)算，我們預(yù)計(jì)全球車用 SiC 器件 市場(chǎng)規(guī)模有望在 2025 年達(dá)到 240 億元以上。

2.2. SiC 賦能光伏發(fā)電，市場(chǎng)規(guī)模有望增長(zhǎng)至百億元

政策驅(qū)動(dòng)光伏國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速，新增裝機(jī)量持續(xù)提升。光伏逆變器是可以將光伏 （PV）太陽(yáng)能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電（AC）的逆變器， 可以反饋回商用輸電系統(tǒng)，或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì) （CPIA）數(shù)據(jù)，2021 年全球光伏新增裝機(jī)規(guī)模有望達(dá)到 170GW，創(chuàng)歷史新高，各國(guó)光伏新增裝機(jī)數(shù)據(jù)亮眼，其中中國(guó)新增裝機(jī)規(guī)模 54.88GW，同比增長(zhǎng) 13.9%。未來(lái)在光伏發(fā)電成本持續(xù)下降和全球綠色復(fù)蘇等有利因素的推動(dòng)下，全球光伏市 場(chǎng)將快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)“十四五”期間，全球光伏年均新增裝機(jī)超過(guò) 220GW，我 國(guó)光伏年均新增裝機(jī)或?qū)⒊^(guò) 75GW。

SiC 賦能光伏發(fā)電，轉(zhuǎn)換率提升顯著。光伏系統(tǒng)是 SiC 器件除了汽車領(lǐng)域外的 重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。根據(jù)天科合達(dá)招股說(shuō)明書(shū)，使用 SiC MOS 或 Si MOS 與 SiC SBD 結(jié)合的功率模塊的光伏逆變器，轉(zhuǎn)換效率可以從 96%提升至 99%， 能效損耗降低 50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升 50 倍，從而縮小系統(tǒng)體積、增加功 率密度、延長(zhǎng)使用壽命。SiC 還可以通過(guò)降低無(wú)源元件的故障率、減少散熱器尺 寸、減少占地面積和節(jié)省安裝成本等方式間接節(jié)約成本。

海外布局較早，國(guó)內(nèi) SiC 企業(yè)也逐漸將產(chǎn)品導(dǎo)入到光伏市場(chǎng)。在海外，英飛凌、 富士電機(jī)等全球知名廠商早在 2012 年起開(kāi)始布局、開(kāi)發(fā)、量產(chǎn)應(yīng)用 SiC 器件的 光伏逆變器產(chǎn)品。三安、瞻芯、泰科天潤(rùn)等企業(yè)都已經(jīng)與國(guó)內(nèi)主流的光伏逆變器 生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行合作，逐步擴(kuò)大產(chǎn)能繼續(xù)帶動(dòng)國(guó)產(chǎn) SiC 器件的應(yīng)用。

光伏逆變器市場(chǎng)規(guī)模有望增長(zhǎng)至百億元。CPIA 預(yù)測(cè)到 2025 年，樂(lè)觀情景下全 球光伏新增裝機(jī)量有望超 330GW。受益于光伏裝機(jī)量上升，逆變器市場(chǎng)需求將 大幅增長(zhǎng)，我們測(cè)算 2025 年全球 SiC 光伏逆變器新增市場(chǎng)有望增長(zhǎng)至 108.90 億元。

2.3.應(yīng)用場(chǎng)景多點(diǎn)開(kāi)花，滲透率逐步提升

1）軌道交通

SiC 特性滿足軌交發(fā)展需求，節(jié)能提升符合“雙碳”大趨勢(shì)。SiC 高溫高頻耐高 壓的特性可滿足軌道交通大功率和節(jié)能需求，因此軌道交通中牽引變流器、輔助 變流器、主輔一體變流器、電力電子變壓器、電源充電機(jī)尤其有使用 SiC 器件的 需求。以牽引變流器為例，作為機(jī)車大功率交流傳動(dòng)系統(tǒng)的核心設(shè)備，使用 SiC 器件能 提高牽引變流器裝置效率，從而滿足軌道交通大容量、輕量化和節(jié)能型牽引變流 裝置的應(yīng)用需求，并提升系統(tǒng)的整體效能。根據(jù)中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)的數(shù) 據(jù)，使用 SiC 牽引逆變器可以節(jié)省至少 10%以上的電能耗，如果我國(guó)全面采用 SiC，以 2019 年全國(guó)軌交總電能耗為例，可節(jié)省 15.26 億度電，相當(dāng)于北京一 年的軌交電能耗。

2）智能電網(wǎng)

未來(lái)智能電網(wǎng)將大量采用電力電子裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)新能源接入,功率半導(dǎo)體器件是核 心元件，傳統(tǒng)硅基功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展已接近其物理極限,新一代 SiC 功率器 件的優(yōu)異性能可以滿足未來(lái)智能電網(wǎng)對(duì)高效率,高性能的需求，采用 SiC MOSFET 可以大幅度減小功率損耗,特別是器件的通態(tài)損耗，相比于采用硅基 MOSFET 的電力電子變換器,采用 SiC 功率器件損耗可以減少 60%以上，未來(lái)隨著智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，SiC 功率器件替代硅基半導(dǎo)體器件或?qū)⒊蔀楸厝弧?/p>

3）其他

由于 SiC 器件工作頻率和效率較高、耐溫性較強(qiáng)等特性，其對(duì)功率轉(zhuǎn)換（即整流 或者逆變）模塊中電容電感等被動(dòng)元件以及散熱片的要求大大降低，預(yù)期使用 SiC 器件可對(duì)整個(gè)工作模塊產(chǎn)生優(yōu)化，從而滿足當(dāng)前器件小型化和效率提升要求。預(yù)期未來(lái)在 PFC 電源、不間斷電源（UPS）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、風(fēng)能發(fā)電以及鐵路 運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，SiC 應(yīng)用場(chǎng)景可持續(xù)擴(kuò)大。

3. 技術(shù)升級(jí)成本下降，SiC 落地拐點(diǎn)漸行漸近

SiC 產(chǎn)業(yè)鏈可以分為襯底材料制備、外延生長(zhǎng)、芯片設(shè)計(jì)、器件制造和應(yīng)用。SiC 晶體生長(zhǎng)后經(jīng)過(guò)切割、研磨、拋光、清洗等工序加工形成 SiC 襯底；在符合質(zhì)量 要求的襯底材料上生長(zhǎng)出新的半導(dǎo)體晶層作為外延，是影響元件的基本性能；最 后配合電路設(shè)計(jì)、封裝形成功率器件，應(yīng)用于下游市場(chǎng)。襯底在 SiC 器件制造中占據(jù)核心地位。SiC 成本分布較硅基不同，據(jù) Telescope Magazine 數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)硅晶圓中襯底部分占比前道工序平均成本結(jié)構(gòu)的 7%，晶 圓制造設(shè)備及工藝占比最高達(dá) 50%。由于 SiC 晶體生長(zhǎng)速度緩慢且制造難度大， 據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究和 CASA Research 在 2020 年發(fā)布的數(shù)據(jù)，襯底和外延在 SiC 功率器件成本結(jié)構(gòu)中占比分別為 47%和 23%，二者合計(jì)占比 70%，是 SiC 器件的核心。

產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)美、歐、日三足鼎立格局。玩家紛紛布局 SiC 業(yè)務(wù)，海外企業(yè)如 Wolfspeed、ROHM、ST 等具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，在產(chǎn)業(yè)鏈的多個(gè)環(huán)節(jié)具備較強(qiáng)的產(chǎn) 業(yè)優(yōu)勢(shì)；國(guó)產(chǎn)企業(yè)也正在加速入局積極追趕，目前已初步實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈自主可 控。

3.1.襯底是影響滲透率提升的關(guān)鍵，高成長(zhǎng)高壁壘

SiC 襯底可分為半絕緣型和導(dǎo)電型兩種，由于 SiC 襯底制備晶體溫度要求嚴(yán)格、 良率低、時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致成本居高不下，價(jià)格是硅基襯底的 4-5 倍。行業(yè)通過(guò)尺寸 大化、提高切割良率等方式正逐步縮小與硅基產(chǎn)品的價(jià)差。當(dāng)前以 Wolfspeed 為龍頭的歐美日企業(yè)在 SiC 襯底市場(chǎng)占據(jù)多數(shù)份額，在上游供給緊缺的情況下， 國(guó)際巨頭正加緊完善產(chǎn)業(yè)布局，主要的措施包括了擴(kuò)大產(chǎn)能，與上游襯底廠商鎖 定訂單，收購(gòu)襯底廠商等，全球也迎來(lái)了對(duì) SiC 襯底的擴(kuò)產(chǎn)、收購(gòu)潮。國(guó)內(nèi)專注 做 SiC 襯底且規(guī)模較大的企業(yè)主要為天岳先進(jìn)、天科合達(dá)、河北同光及山西爍 科，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)有望持續(xù)擴(kuò)大。

3.1.1. SiC 襯底制備困難導(dǎo)致高成本，6 英寸晶片成為市場(chǎng)主流

SiC 襯底分為半絕緣型和導(dǎo)電型。半絕緣型 SiC 襯底指電阻率高于 105Ω·cm 的 SiC，主要用于生長(zhǎng) GaN 外延層制作射頻器件；導(dǎo)電型 SiC 襯底指電阻率在 15-30mΩ·cm 的 SiC，主要用于生長(zhǎng) SiC 外延層制造耐高溫、耐高壓的功率 器件。導(dǎo)電型 SiC 襯底可通過(guò) N 和 Al 作為摻雜劑實(shí)現(xiàn) N 型和 P 型導(dǎo)電性，目 前產(chǎn)品以 N 型為主（氮?dú)鈸诫s）。因下游新能源汽車、光伏等應(yīng)用領(lǐng)域需求處于 高速增長(zhǎng)階段，SiC 導(dǎo)電型襯底未來(lái)將占據(jù) SiC 市場(chǎng)主導(dǎo)地位。

各施其能，各盡其長(zhǎng)，兩種襯底未來(lái)前景廣闊。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，隨著 5G 基站 建設(shè)和雷達(dá)下游市場(chǎng)對(duì)射頻器件的大量需求，半絕緣型 SiC 襯底市場(chǎng)規(guī)模有望 取得較快增長(zhǎng)。應(yīng)用半絕緣型 SiC 襯底的氮化鎵射頻器件全球市場(chǎng)規(guī)模有望在 2026 年達(dá)到 24 億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率為 18%。而受益新能源市場(chǎng)發(fā)展，全球應(yīng) 用導(dǎo)電型 SiC 襯底的 SiC 功率器件市場(chǎng)規(guī)模 2027 年有望達(dá)到 62.97 億美元， 復(fù)合增長(zhǎng)率為 34%。下游應(yīng)用市場(chǎng)的高速發(fā)展將帶動(dòng)上游襯底市場(chǎng)規(guī)模的快速 增長(zhǎng)，導(dǎo)電型襯底市場(chǎng)潛力高于半絕緣型襯底。

SiC 襯底生產(chǎn)流程與硅基類似，晶體為流程核心：1） 原料合成&晶體生長(zhǎng)。將高純硅粉和高純碳粉按一定配比混合，在 2000℃ 以上的高溫下反應(yīng)合成 SiC 顆粒。經(jīng)過(guò)破碎、清洗等工序，制得滿足晶體生長(zhǎng)要 求的高純度 SiC 微粉原料。并以高純度 SiC 微粉為原料，使用晶體生長(zhǎng)爐生長(zhǎng) SiC 晶體。2） 晶錠加工&切割。將制得的 SiC 晶錠使用 X 射線單晶定向儀進(jìn)行定向后磨 平、滾磨，加工成標(biāo)準(zhǔn)直徑尺寸的 SiC 晶體。使用多線切割設(shè)備，將 SiC 晶體 切割成厚度不超過(guò) 1mm 的薄片。3） 晶片研磨&拋光。通過(guò)不同顆粒粒徑的金剛石研磨液將晶片研磨到所需的平 整度和粗糙度，并利用機(jī)械拋光和化學(xué)機(jī)械拋光方法得到表面無(wú)損傷的 SiC 拋 光片。4） 晶片檢測(cè)。使用光學(xué)顯微鏡、X 射線衍射儀、原子力顯微鏡、非接觸電阻率 測(cè)試儀、表面平整度測(cè)試儀、表面缺陷綜合測(cè)試儀等儀器設(shè)備，檢測(cè) SiC 晶片的 微管密度、結(jié)晶質(zhì)量、表面粗糙度、電阻率、翹曲度、彎曲度、厚度變化、表面 劃痕等各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，據(jù)此判定晶片的質(zhì)量等級(jí)。5） 晶片清洗。以清洗藥劑和純水對(duì) SiC 拋光片進(jìn)行清洗處理，去除拋光片上殘 留的拋光液等表面污物，再通過(guò)超高純氮?dú)夂退Ω蓹C(jī)將晶片吹干、甩干將晶片在 超凈室封裝在潔凈片盒內(nèi)形成可供下游即開(kāi)即用的 SiC 晶片。

物理氣相傳輸法是制備 SiC 襯底最常用的方法。目前 SiC 晶體生長(zhǎng)包括物理氣 相傳輸法（PVT）、高溫化學(xué)氣相沉積法（HT-CVD）、液相法（LPE）三種。1）PVT 法將高純 SiC 微粉和籽晶分別置于單晶生長(zhǎng)爐內(nèi)圓柱狀密閉的石墨坩 堝下部和頂部，用中頻感應(yīng)線圈將坩堝加熱至 2000℃以上并控制籽晶處溫度略 低于下部微粉，SiC 微粉在溫度梯度下升華形成硅原子、SiC2 分子、Si2C 分子等不同氣相組分的反應(yīng)氣體，并在籽晶上結(jié)晶形成圓柱狀 SiC 晶錠，生長(zhǎng)速率一 般為 0.2-0.4mm/h 左右。2）HT-CVD 法是 SiH4、C2H4、C3H8 等反應(yīng)氣體和載氣從底部通入向上輸 運(yùn)，到達(dá)放置在頂端的籽晶夾具處，在 18000-2300℃加熱區(qū)域內(nèi)部完全分解 并發(fā)生反應(yīng)形成硅和 SiC 團(tuán)簇，這些團(tuán)簇升華并在籽晶上生長(zhǎng)。然后，殘余氣體 從反應(yīng)室頂部排出，生長(zhǎng)速率一般為 0.3-1mm/h 左右。3）LPE 法以 1800℃熔融硅作為溶劑、以坩堝內(nèi)壁的石墨作為溶質(zhì)，構(gòu)成碳飽 和的硅熔體。SiC 籽晶粘結(jié)在石墨棒底端。由于固液界面相對(duì)于熔體內(nèi)部溫度較 低，從而使籽晶附近的熔體處于過(guò)飽和狀態(tài)，SiC 沿襯底的晶體結(jié)構(gòu)沉析出來(lái)成 長(zhǎng)為晶體，每小時(shí) 0.5-2mm/h 左右。因設(shè)備價(jià)格低、溫度場(chǎng)調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)勢(shì)，PVT 法是目前技術(shù)成熟度最高、應(yīng)用最 廣泛的方法。而氣態(tài)的高純碳源和硅源比高純 SiC 粉末更容易獲得，并且由于氣 態(tài)源幾乎沒(méi)有雜質(zhì)，HT-CVD 法更容易生長(zhǎng)出高純半絕緣（HPSI）半導(dǎo)體，通 過(guò)控制通入的氮或者硼的流量，就可以控制 SiC 晶體的摻雜和導(dǎo)電強(qiáng)弱。液相法 由于生長(zhǎng)過(guò)程處于穩(wěn)定的液相中，沒(méi)有螺旋位錯(cuò)、邊緣位錯(cuò)、堆垛層錯(cuò)等缺陷， 生長(zhǎng)晶體因尺寸較小目前僅用于實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)，但卻是另一種重要的方向和未來(lái)發(fā) 展的儲(chǔ)備。

SiC 襯底制備難度大導(dǎo)致其價(jià)格居高不下。對(duì)比傳統(tǒng)硅材，SiC 襯底制備具有晶 體溫度要求嚴(yán)格、良率低、時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，導(dǎo)致成本價(jià)格居高不下，是硅基襯底 的 4-5 倍。1）溫場(chǎng)控制困難：Si 晶棒生長(zhǎng)只需 1500℃，而 SiC 晶棒需要在 2000℃以上 高溫下進(jìn)行生長(zhǎng)，并且 SiC 同質(zhì)異構(gòu)體有 250 多種，但用于制作功率器件的主 要是 4H-SiC 單晶結(jié)構(gòu)，如果不做精確控制，將會(huì)得到其他晶體結(jié)構(gòu)。此外，坩 堝內(nèi)的溫度梯度決定了 SiC 升華傳輸?shù)乃俾省⒁约皻鈶B(tài)原子在晶體界面上排列 生長(zhǎng)方式，進(jìn)而影響晶體生長(zhǎng)速度和結(jié)晶質(zhì)量，因此需要形成系統(tǒng)性的溫場(chǎng)控制 技術(shù)。與 Si 材料相比，SiC 生產(chǎn)的差別還在如高溫離子注入、高溫氧化、高溫 激活等高溫工藝上，以及這些高溫工藝所需求的硬掩模工藝等。2）晶體生長(zhǎng)緩慢：Si 晶棒生長(zhǎng)速度可達(dá) 30～150mm/h，生產(chǎn) 1-3m 的硅晶棒 僅需約 1 天的時(shí)間；而 SiC 晶棒以 PVT 法為例，生長(zhǎng)速度約為 0.2-0.4mm/h， 7 天才能生長(zhǎng)不到 3-6cm，長(zhǎng)晶速度不到硅材料的百分之一，產(chǎn)能極為受限。3）良品參數(shù)要求高、良率低：SiC 襯底的核心參數(shù)包括微管密度、位錯(cuò)密度、 電阻率、翹曲度、表面粗糙度等，在密閉高溫腔體內(nèi)進(jìn)行原子有序排列并完成晶 體生長(zhǎng)，同時(shí)控制參數(shù)指標(biāo)，是復(fù)雜的系統(tǒng)工程。4）材料硬度大、脆性高，切割耗時(shí)長(zhǎng)、磨損高：SiC 莫氏硬度達(dá) 9.25 僅次于金 剛石，這導(dǎo)致其切割、研磨、拋光的加工難度顯著增加，將一個(gè) 3cm 厚的晶錠 切割 35-40 片大致需要花費(fèi) 120 小時(shí)。另外，由于 SiC 脆性高，晶片加工磨損 也會(huì)更多，產(chǎn)出比只有 60%左右。

SiC 襯底成本可以通過(guò)做大尺寸、降低切割損耗和提高良率等方式下降。1）大尺寸 SiC 襯底是重要發(fā)展方向。SiC 襯底主要有 2 英寸（50mm）、3 英寸（75mm）、4 英寸（100mm）、6 英 寸（150mm）、8 英寸（200mm）英寸等規(guī)格。據(jù) wolfspeed，從 6 英寸到 8 英寸，單片襯底可切割芯片數(shù)量由 488 增至 845 個(gè)，邊緣浪費(fèi)由 14%減至 7%。因此隨著襯底的尺寸越大，邊緣的浪費(fèi)就越小、制備的芯片數(shù)量增多，促進(jìn)單位 芯片成本的降低。因此，大尺寸是 SiC 襯底制備技術(shù)的重要發(fā)展方向。

國(guó)際 SiC 商業(yè)化襯底以 6 英寸為主，逐步向 8 英寸過(guò)渡。在半絕緣型 SiC 襯底 市場(chǎng)主流產(chǎn)品規(guī)格為 4 英寸；在導(dǎo)電型 SiC 襯底市場(chǎng)主流產(chǎn)品規(guī)格為 6 英寸。行業(yè)領(lǐng)先者 Wolfspeed、II-VI、ST、Onsemi、Soitec、ROHM 等已成功研發(fā) 8 英寸產(chǎn)品，國(guó)際龍頭企業(yè)已陸續(xù)開(kāi)始投資建設(shè) 8 英寸 SiC 晶片生產(chǎn)線，預(yù)計(jì) 5 年內(nèi) 8 英寸全面商用。國(guó)內(nèi) SiC 商業(yè)化襯底以 4 英寸為主，逐步向 6 英寸過(guò)渡。國(guó)內(nèi)企業(yè)起步較晚， 研發(fā)進(jìn)度稍慢，但也完成了 6 英寸襯底的布局，與國(guó)外差距不斷縮小。2020 年 山西爍科晶體 SiC 襯底項(xiàng)目投產(chǎn)，同時(shí)天科合達(dá)、河北同光晶體、南砂晶圓等幾 大襯底生產(chǎn)商均在擴(kuò)張 6 英寸襯底產(chǎn)能。

2）提高材料使用效率：提高襯底切割良率。由于 SiC 的莫氏硬度為 9.5，硬度與金剛石接近，只能用金 剛石材料進(jìn)行切割，切割難度大，切割過(guò)程中易碎，保證切割過(guò)程穩(wěn)定獲得低翹 曲度的晶片是技術(shù)難點(diǎn)之一，可以通過(guò)激光切割或其他技術(shù)手段減少當(dāng)前線切割 工藝的損耗。例如英飛凌收購(gòu)的 Siltectra 使用的一種冷切割技術(shù)基于激光的技 術(shù)采用化學(xué)物理過(guò)程，利用熱應(yīng)力產(chǎn)生一種力，該力沿著所需的平面以極高的精 度分裂材料，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生割縫損失。可使得原材料損耗從傳統(tǒng) 75%減至 50%， 減少耗材成本，同時(shí)能夠使單片晶圓產(chǎn)出的芯片數(shù)量翻倍。

國(guó)內(nèi)大族激光已生產(chǎn)出 SiC 晶錠激光切片機(jī)、SiC 超薄晶圓激光切片機(jī)設(shè)備，運(yùn) 用的 QCB 技術(shù)可在原來(lái)傳統(tǒng)線切割的基礎(chǔ)上大幅提升產(chǎn)能，以切割 2cm 厚度 的晶錠，分別產(chǎn)出最終厚度 350um、175um 和 100um 的晶圓為例，產(chǎn)能提升 幅度分別為 40%、120%和 270%，目前設(shè)備正處于量產(chǎn)驗(yàn)證階段。

3）減少損耗、良率提升促 SiC 成本下降。目前主流商用的 PVT 法晶體缺陷控 制難度大導(dǎo)致襯底良率低，各廠商通過(guò)技術(shù)投入研發(fā)逐年提升 SiC 襯底良率。例 如天岳先進(jìn)設(shè)計(jì)不同尺寸 SiC 單晶生長(zhǎng)爐，對(duì)坩堝、保溫進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了均 勻熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，提升晶體質(zhì)量和良率，其 SiC 襯底良率近年來(lái)保持在 70%以上。Wolfspeed 的 8 英寸 SiC 襯底良率在經(jīng)過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)后預(yù)期良率在 95%之上，因此擁有產(chǎn)品定價(jià)權(quán)。隨著襯底廠商完成低缺陷密度單晶生長(zhǎng)工藝及 厚單晶生長(zhǎng)工藝研發(fā)后，襯底單位面積價(jià)格將會(huì)快速的下降。

2027 年 SiC 襯底市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 33 億美元。隨著 5G 市場(chǎng)對(duì) SiC 基氮化鎵器 件需求的增長(zhǎng)，以及新能源領(lǐng)域?qū)β拾雽?dǎo)體的旺盛需求，將帶動(dòng) SiC 襯底的市 場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)張。結(jié)合 wolfspeed 的經(jīng)營(yíng)情況，到 2027 年全球 SiC 襯底材料 市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到約 33 億美元。

3.1.2. SiC 襯底呈美、歐、日三足鼎立格局

國(guó)外企業(yè)市占率高，美國(guó) Wolfspeed 全球獨(dú)大。由于芯片制造企業(yè)對(duì) SiC 襯底 的選用極為慎重，美國(guó) Wolfspeed（Cree）布局較早，良率和產(chǎn)能規(guī)模都在全 球處于領(lǐng)先的地位，其市場(chǎng)份額約為 45%呈現(xiàn)一家獨(dú)大的競(jìng)爭(zhēng)格局。按地域分， 美國(guó)占據(jù)全球約 58%的市場(chǎng)份額。歐洲和日本的 SiC 企業(yè)占據(jù)了剩余的大部分 份額。國(guó)內(nèi)企業(yè)的市占率約為 8%，主要有天科合達(dá)、天岳先進(jìn)等。

按類型分，Wolfspeed市占率在導(dǎo)電型和半絕緣型襯底領(lǐng)域中亦最高。根據(jù)Yole 數(shù)據(jù)，全球半絕緣型 SiC 襯底市場(chǎng)中，2020 年 Wolfspeed（Cree）、II-VI、 天岳先進(jìn)市占率總計(jì)高達(dá) 98%，形成三足鼎立的態(tài)勢(shì)。全球?qū)щ娦?SiC 襯底市 場(chǎng)中，2018 年美國(guó) Wolfspeed（Cree）市占率為 62%，遙遙領(lǐng)先于其他廠商， II-VI 和 ROHM 份額分別為 16%和 12%，三家合計(jì)占比高達(dá) 90%;陶氏、昭和 電工、ST（Norstel）等廠商分配剩余 10%的份額，國(guó)內(nèi)廠商天科合達(dá)和天岳先 進(jìn)占比分別為 1.7%和 0.5%，相對(duì)較低。

3.2.外延是提高 SiC 器件性能及可靠性的關(guān)鍵

SiC 外延材料生長(zhǎng)技術(shù)成熟，壁壘相對(duì)較低，由于外延市場(chǎng)處于產(chǎn)業(yè)鏈中間環(huán)節(jié)， 襯底/器件廠商具備一定外延能力，因而市場(chǎng)規(guī)模以及玩家數(shù)量相對(duì)較小。主要 系國(guó)外 SiC 設(shè)備昂貴且交期慢，行業(yè)由 Wolfspeed 和昭和電工雙寡頭壟斷。國(guó) 內(nèi)主要玩家為東莞天域、瀚天天成和南京百識(shí)，隨著國(guó)產(chǎn) SiC 外延設(shè)備突破， 未來(lái)該環(huán)節(jié)利潤(rùn)會(huì)逐步回歸正常水平。

SiC 外延工藝是提高 SiC 器件性能及可靠性的關(guān)鍵。SiC 外延是指在襯底的上 表面生長(zhǎng)一層與襯底同質(zhì)的單晶材料 4H-SiC。外延層可減小晶體生長(zhǎng)和加工中 引入的缺陷帶來(lái)的影響，使 SiC 表面晶格排列整齊，形貌較襯底大幅優(yōu)化。在此 基礎(chǔ)上制造的功率器件，器件性能和可靠性將顯著提升。SiC 外延材料生長(zhǎng)方法與晶體生長(zhǎng)方法相近。主要有升華外延（PVT）、液相外 延（LPE）、分子束外延（MBE）和化學(xué)氣相淀積（CVD）。化學(xué)氣相淀積是 SiC 外延生長(zhǎng)中最常用的方法，其生長(zhǎng)機(jī)理是以高純氫氣或者氬氣作為載氣，將反應(yīng) 源氣體（如 SiH4、C3H8 等）帶入淀積室化學(xué)反應(yīng)后生成 SiC 分子并沉積在襯 底上，生長(zhǎng)出晶體取向與襯底相同的 SiC 單晶外延層。常用設(shè)備為熱壁式水平外 延爐，典型生長(zhǎng)溫度范圍為 1500～1650℃，生長(zhǎng)速率 5～30μm/h。

在中、低壓應(yīng)用領(lǐng)域，SiC 外延的技術(shù)相對(duì)是比較成熟的?；旧峡梢詽M足低中 壓的 SBD、JBS、MOS 等器件的需求，例如一個(gè) 1200 伏器件應(yīng)用的 10μm 的外延片，它的厚度、摻雜濃度都非常優(yōu)秀，而且表面缺陷可以達(dá)到 0.5 平方以 下。然而在高壓領(lǐng)域外延的技術(shù)發(fā)展相對(duì)比較滯后。展示的應(yīng)用于 2 萬(wàn)伏的器件 上的 200μm 的一個(gè) SiC 外延材料，它的摻雜濃度均勻性、厚度和濃度都比低 壓的要差很多。

SiC 外延生長(zhǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展。經(jīng)過(guò)幾十年的不斷發(fā)展完善，行業(yè)通過(guò)臺(tái)階控制 外延法、TCS 法等改進(jìn)生長(zhǎng)工藝，提升生長(zhǎng)速率、保障晶型穩(wěn)定。以行業(yè)龍頭企 業(yè)道康寧（Dow Corning）為例，該公司生長(zhǎng)的 6 英寸 4H-SiC 同質(zhì)外延材料 厚度均勻性小于 2%，摻雜濃度均勻性小于 3%，表面粗糙度小于 0.4nm。

SiC 外延市場(chǎng)由 Wolfspeed 和昭和電工雙寡頭壟斷。SiC 外延廠商從商業(yè)模式 來(lái)看，可分為中國(guó)的大陸的 EpiWorld、東莞天域以及臺(tái)灣的嘉晶電子這類純外 延廠商；業(yè)內(nèi)龍頭 Wolfspeed 這樣垂直一體化，能夠提供襯底、外延、器件的 公司；日本昭和電工這樣 SiC 單晶和外延制備的上游原材料廠商。由于外延市場(chǎng)處于產(chǎn)業(yè)鏈中間環(huán)節(jié)，通常器件廠商具備一定外延能力，因而市場(chǎng) 規(guī)模以及玩家數(shù)量相對(duì)較小。據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2020 年 SiC 導(dǎo)電型外延片市場(chǎng)中 Wolfspeed 和昭和電工市占率分別為 51.4%和 43.1%。Wolfspeed 在外延產(chǎn) 能 和 質(zhì) 量 在 全 球 范 圍 內(nèi) 均 處 于 領(lǐng) 先 地 位 ， 昭 和 電 工 在 外 延 質(zhì) 量 方 面 和 Wolfspeed 處在同一水平，產(chǎn)能方面略遜于 Wolfspeed。國(guó)內(nèi)廠商?hào)|莞天域及 瀚天天成同屬第二梯隊(duì)，均計(jì)劃向 8 英寸方向布局，在外延片產(chǎn)能與質(zhì)量方面不 及國(guó)際一線廠商 Wolfspeed 與昭和電工。南京百識(shí)因體量較小，行動(dòng)較慢，遜 于東莞天域及瀚天天成。

3.3. SiC 芯片技術(shù)成熟和價(jià)格改善，封裝工藝同步跟進(jìn)

芯片方面，目前 SiC SBD 出貨最大，SiC MOSFET 接力 SiC 二極管有望成為市場(chǎng) 增長(zhǎng)點(diǎn)。Yole 預(yù)測(cè)到 2027 年全球 SiC MOSFET 占 80%的市場(chǎng)規(guī)模（約 50.38 億美元）。由于各環(huán)節(jié)良率提升、多企業(yè)布局促價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)、終端需求開(kāi)始放量攤薄生 產(chǎn)固定成本，SiC 器件與 Si 器件價(jià)差縮小，預(yù)計(jì) 2023-25 年可達(dá)到合理性價(jià)比。封裝方面，從傳統(tǒng) HPD 升級(jí)到 AMB，材料、工藝方面升級(jí)，由傳統(tǒng)器件廠商 ST、 英飛凌占主導(dǎo)地位，國(guó)內(nèi)如斯達(dá)、三安、士蘭微、中車等企業(yè)也在陸續(xù)研發(fā)驗(yàn)證。

3.3.1. SiC MOSFET 成為市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)，多因素推動(dòng) SiC 器件價(jià)格下降

中高壓二極管產(chǎn)品逐年增多。Mouser 數(shù)據(jù)顯示，2021 年共有 828 款 SiC SBD 產(chǎn)品在售，較 2020 年新增約 30 款，中高壓商業(yè)化產(chǎn)品逐年增多。其中，80% 以上的產(chǎn)品耐壓范圍集中在 650V 和 1200V；1700V 的 SiC SBD 產(chǎn)品達(dá)到 31 款，與 2020 年相比新增 10 款；3300V SiC SBD 產(chǎn)品約 6 款，單芯片導(dǎo)通電 流最高達(dá) 90A（Microchip，3300V/90A）。

實(shí)際應(yīng)用中的需求促使 IGBT+FRD 的組合成為標(biāo)配，SiC MOSFET 未來(lái)有望 替代該組合。受結(jié)構(gòu)限制，IGBT 的內(nèi)部沒(méi)有寄生二極管，電感突然斷電所釋放 的電容易燒壞回路中的 IGBT，若有快恢復(fù)續(xù)流二極管，其電就會(huì)通過(guò)續(xù)流二極 管回路放電,不至于燒壞 IGBT，因此 IGBT 廠家就索性在 ce 之間再加上快速恢 復(fù)二極管。目前，對(duì)于大電流的功率模塊，由 Si 的 IGBT 和 FRD 組合而成的 IGBT 模塊已得到廣泛應(yīng)用。SiC MOSFET 高溫、高壓特性使其能夠更好的應(yīng)用于大功率設(shè)備，在 600V 以 上具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，最高可應(yīng)用于 6500V 高壓，相較于傳統(tǒng)的 Si-IGBT 體積縮 小了 50%，效率提升了 2%，器件的使用壽命得到延長(zhǎng)，并且在相同功率下?lián)p耗 小，散熱需求低，在電流密度、工作頻率、可靠性、漏電流等性能指標(biāo)方面優(yōu)勢(shì) 明顯。實(shí)際使用中，通過(guò)優(yōu)化 SiC MOSFET 器件結(jié)構(gòu)和布局，可以提升 SiC 體二極管通流能力，不需要額外并聯(lián)二極管，有效降低系統(tǒng)成本、減小體積。

200V SiC MOSFET 新品增多, 國(guó)際企業(yè)加速布局汽車領(lǐng)域 SiC MOSFET。根據(jù) Mouser 數(shù)據(jù)，2022 年上半年 12 家主流廠商推出的 179 款 SiC 晶體管新 產(chǎn)品中，SiC MOSFET 占比較大。其中，1200V 的新品推出速度明顯加快， 2022 年上半年，II-VI、PI、KEC 等分別推出車規(guī)級(jí) SiC MOSEFT，電壓集中 在 1200V、1700V。國(guó)際領(lǐng)先廠商 GeneSiC、英飛凌、ROHM、Wolfspeed 的 1200V 以上的新產(chǎn)品均已經(jīng)超過(guò)一半。

高壓 SiC 模塊產(chǎn)品增多。2022 年上半年，Wolfspeed、TDSC（東芝電子元件 及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社）、英飛凌、三菱電機(jī)等國(guó)際廠商推出新款高壓 SiC 功率模 塊，產(chǎn)品額定電壓多在 1200V、1700V；并在積極推進(jìn)與標(biāo)準(zhǔn) IGBT 兼容，模 塊目標(biāo)解決更小尺寸、更好擴(kuò)展性和更高功率密度。

多種因素推動(dòng) SiC 器件價(jià)格下降。第一，上游襯底產(chǎn)能持續(xù)釋放，供貨能力提 升，量產(chǎn)技術(shù)趨于穩(wěn)定，良品率提升，器件制造成本降低；第二，規(guī)格由 4 英寸 轉(zhuǎn)向 6 英寸、制造技術(shù)進(jìn)一步提升，單片晶圓產(chǎn)芯片量大幅提升，成本大幅下降；第三，隨著更多量產(chǎn)企業(yè)加入，競(jìng)爭(zhēng)加劇，導(dǎo)致價(jià)格進(jìn)一步下降。第四，SiC MOSFET 產(chǎn)品較硅基產(chǎn)品 DieSize 更小，未來(lái) Wafer Cost 下降情況下將進(jìn)一 步推動(dòng) SiC 技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。第五，主流豪華電動(dòng)車品牌中全 SiC 逆變器預(yù)計(jì)從 2022-23 年量產(chǎn)，終端需求逐步釋放將提升廠商產(chǎn)能利用率，攤薄 SiC 器件生 產(chǎn)成本。

供應(yīng)鏈緊缺情況緩解，單種器件價(jià)格呈下降趨勢(shì)。2022 上半年，供應(yīng)鏈緊缺得 到緩解，供不應(yīng)求的情況好轉(zhuǎn)，根據(jù)材料深一度，SiC MOSFET 產(chǎn)品價(jià)格回落 至 2020 年底水平，650V、900V、1200V、1700V 的產(chǎn)品均價(jià)分別為 1.88 元 /A、2.94 元/A、2.88 元/A、5.78 元/A；較 2021 年底分別下降了-7.13%、 56.49%、-7.25%、-5.33%。SiC、GaN 器件與 Si 器件價(jià)差縮小，價(jià)差收窄長(zhǎng)期趨勢(shì)不改。據(jù) Mouser， 2022 年上半年，650V SiC、GaN 功率晶體管均價(jià)分別為 1.88 元/A、2.78 元 /A，與 650V 的 Si IGBT（0.36 元/A）的價(jià)差縮小到 7.8 倍、5.3 倍，較上年底 縮小了 69%、42%。隨著 SiC、GaN 資源持續(xù)投入，技術(shù)產(chǎn)品不斷改良及各家 廠商大力推進(jìn)，SiC、GaN 材料、芯片、器件、模組均有大量新增產(chǎn)能，成本顯 著下滑，SiC、GaN 產(chǎn)品價(jià)格進(jìn)一步下降，價(jià)差收窄長(zhǎng)期趨勢(shì)不改。

SiC 器件預(yù)計(jì) 2023-25 年可達(dá)到合理性價(jià)比。根據(jù) CASA 的跟蹤，SiC 產(chǎn)品 價(jià)格近幾年來(lái)快速下降，較 2017 年下降了 50%以上，而主流產(chǎn)品與 Si 產(chǎn)品的 價(jià)差也在持續(xù)縮小，已經(jīng)基本達(dá)到 4 倍以內(nèi)，部分產(chǎn)品已經(jīng)縮小至 2 倍，已經(jīng)達(dá) 到了甜蜜點(diǎn)。加上考慮系統(tǒng)成本（包括周邊的散熱、基板等成本）和能耗等因素， SiC 模組已經(jīng)有一定競(jìng)爭(zhēng)力。

3.3.2. 模塊及單管雙路線同時(shí)存在，模塊亟需新的封裝材料和工藝

電機(jī)控制器中硅基 IGBT 上車方案可以分為模塊和單管并聯(lián)兩種，兩者主要的 區(qū)別是封裝形式的不同：（1）電控廠商外采 IGBT 模塊（斯達(dá)半導(dǎo)、時(shí)代電氣提供），然后集成電機(jī)、變速器做“三合一/多合一”方案上車，典型廠商如“央騰”。目前 IGBT 模塊仍然 是主要的應(yīng)用路線，在國(guó)內(nèi)主要造車新勢(shì)力以及部分自主品牌中滲透率較高。（2）單管并聯(lián)技術(shù)主要使用 MOS 管，主要應(yīng)用在低速電動(dòng)車如 60～72V 或者 是 96V 等電壓平臺(tái)系統(tǒng)。而涉及高電壓、大電流平臺(tái) IGBT 單管并聯(lián)方案主要 的使用者包括特斯拉和英搏爾。中長(zhǎng)期內(nèi) IGBT 模塊和單管并聯(lián)兩種方案仍將并存，IGBT 單管并聯(lián)方案主要應(yīng) 用在 A00、A0 車型上；IGBT 模塊方案將廣泛應(yīng)用在 A 級(jí)別車型上。單管并聯(lián) 方案具有低成本、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期短的特性，因此主要用在 A00、A0 車型上，主 要電控供應(yīng)商為英搏爾、陽(yáng)光電源和奧斯偉爾；模塊方案產(chǎn)品線相比 10 年前豐 富程度更高，因?yàn)?IGBT 芯片經(jīng)過(guò)了模塊制造商的篩選，參數(shù)一致性更好，有更 高的安全性與可靠性，因此 IGBT 模塊方案在 A 級(jí)以上車型中搭載的場(chǎng)景更多。

SiC MOS 在主驅(qū)上車預(yù)計(jì)和 IGBT 方式類似，模塊及單管并聯(lián)同時(shí)存在：國(guó)外特斯拉 model3 主逆變器選用 SiC MOS 單管并聯(lián)方案。特斯拉的 Model3 是第一個(gè)應(yīng)用碳化硅（SiC）功率元器件的電動(dòng)車型，供應(yīng)商選用來(lái)自 ST 的 650v SiC MOSFET。Tesla 的 TPAK（TeslaPack）用在主驅(qū)逆變器電力模塊上共 24 顆，采用單管并聯(lián)方式排布，拆開(kāi)封裝每顆 TPAK 有 2 個(gè) SiC 裸晶(Die)， 共 48 顆 SiC MOSFET。

國(guó)內(nèi)碳化硅供應(yīng)商更多采用模塊技術(shù)路線作為電控中功率模塊解決方案。2021 年 12 月，基本半導(dǎo)體位于無(wú)錫市新吳區(qū)的汽車級(jí)碳化硅功率模塊制造基地正式 通線運(yùn)行，首批碳化硅模塊產(chǎn)品成功下線。上汽大眾與臻驅(qū)科技共同開(kāi)發(fā) SiC 功 率模塊及電控搭載“三合一”電橋亮相大眾 IVET 創(chuàng)新技術(shù)論壇，這款搭載臻驅(qū) 科技碳化硅電控的“三合一”電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可提升 ID4X 車型至少 4.5%的續(xù)航里 程。

現(xiàn) SiC 封裝技術(shù)大多沿用硅基器件封裝方式，基于傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)，碳化硅模塊 封裝主要會(huì)帶來(lái)以下兩方面問(wèn)題：1）引線鍵合，復(fù)雜內(nèi)部互聯(lián)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的寄生電容/電感。SiC 器件由于具 有高頻特性、柵極電荷低、開(kāi)關(guān)速度塊等因素，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓/電流隨時(shí)間的 變化率會(huì)變得很大（dv/dt；di/dt）。因此極易產(chǎn)生電壓過(guò)沖和振蕩現(xiàn)象，造成器 件電壓應(yīng)力以及電磁干擾問(wèn)題。2）高工作電壓以及電流下的器件散熱問(wèn)題。SiC 器件可以在更高的溫度下工作， 但在相同功率等級(jí)下，SiC 功率模塊較 Si 在體積上大幅降低，因此 SiC 器件對(duì) 散熱的要求更高。如果工作溫度過(guò)高會(huì)引起器件性能下降，不同封裝材料熱膨脹 系數(shù)失配，進(jìn)而出現(xiàn)可靠性問(wèn)題。這意味功率模塊需要更多地依賴封裝工藝和散 熱材料來(lái)進(jìn)行散熱。當(dāng)前傳統(tǒng)的封裝工藝達(dá)到了應(yīng)用極限，亟需新的封裝工藝和材料進(jìn)行替代。

未來(lái) SiC 模塊封裝有以下演進(jìn)趨勢(shì)：

1）在互聯(lián)、燒結(jié)技術(shù)方面

內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)將從鋁線鍵合/超聲焊接將改用銅線方式形式，芯片/襯板燒結(jié)方式 將采用銀燒結(jié)技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng) pb/Sn 合金焊。銀燒結(jié)工藝燒結(jié)體具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、高粘接強(qiáng)度和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)。用該工藝燒結(jié)的納米銀燒模塊可長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境；另外銀燒結(jié)工藝會(huì)在芯片 燒結(jié)層形成可靠的機(jī)械連接和電連接，半導(dǎo)體模塊的熱阻和內(nèi)阻均會(huì)降低，提升 模塊性能及可靠性。銀燒結(jié)技術(shù)可使模塊使用壽命提高 5-10 倍，燒結(jié)層厚度較 焊接層厚度薄 60-70%，熱傳導(dǎo)率提升 3 倍。

2）在材料方面

襯板從氧化鋁升級(jí)到氮化硅、氮化鋁、AMB 厚銅襯板，塑封取代傳統(tǒng)灌膠。傳統(tǒng)的 HPD 使用氧化鋁材料，優(yōu)點(diǎn)在于價(jià)格便宜、供應(yīng)量充足，缺點(diǎn)在于散熱 能力較差。新型基材主要是氮化硅、氮化鋁材料、AMB 厚銅襯板。氮化鋁一般 用于工業(yè)領(lǐng)域，氮化硅常用于汽車領(lǐng)域，AMB 厚銅襯板用在車載 SiC 領(lǐng)域。對(duì)于模塊的散熱結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，襯板的選擇尤為重要，目前主流的功率半導(dǎo)體模塊封 裝主要還是用 DBC（直接鍵合銅）陶瓷基板， AMB 的熱導(dǎo)率比 DBC 氧化鋁 高 3 倍，且機(jī)械強(qiáng)度及機(jī)械性能更好。隨著碳化硅功率模塊的應(yīng)用逐漸成熟， AMB 有望逐漸成為電子模塊封裝的新趨勢(shì)。此外，塑封模塊相較于 hybridpack 模塊的優(yōu)勢(shì)具有低雜散電感、高可靠等特性。

3.4.專用設(shè)備研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化加速

SiC 產(chǎn)業(yè)鏈主要區(qū)別在長(zhǎng)晶以及外延環(huán)節(jié)，加工設(shè)備切割/研磨/拋光都是通用設(shè) 備，因此國(guó)產(chǎn)替代重點(diǎn)主要集中在 SiC 長(zhǎng)晶設(shè)備以及 SiC 外延設(shè)備。SiC 長(zhǎng)晶 爐方面，因長(zhǎng)晶難點(diǎn)不在設(shè)備本身而是在工藝，大部分 SiC 襯底公司選擇自研 SiC 長(zhǎng)晶設(shè)備，也有一些廠商作為第三方單獨(dú)供應(yīng) SiC 長(zhǎng)晶設(shè)備，如北方華創(chuàng)、 晶升裝備、晶盛機(jī)電實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)突破，國(guó)產(chǎn)單價(jià) 60-110 萬(wàn)。SiC 外延爐方面，壁 壘更多來(lái)自于設(shè)備資本開(kāi)支及對(duì)設(shè)備的工藝控制，目前外延設(shè)備供不應(yīng)求。ASM 預(yù)計(jì) 2021-25 年對(duì) SiC 外延設(shè)備的需求將以超過(guò) 25% 的 CAGR 增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi) 北方華創(chuàng)、晶盛機(jī)電、恒普股份、納設(shè)智能、中微公司、中電科 46 等，正在研 發(fā)布局該領(lǐng)域，產(chǎn)品單價(jià) 800-1000 萬(wàn)。

3.4.1. SiC 長(zhǎng)晶設(shè)備：北方華創(chuàng)及晶升裝備占據(jù)國(guó)內(nèi) 77%市場(chǎng)份額

SiC 長(zhǎng)晶爐與傳統(tǒng)硅基設(shè)備相比原理具有相通性，但 SiC 襯底生長(zhǎng)工藝難度更 高；為了保證工藝一致性，大部分 SiC 襯底公司選擇自研 SiC 長(zhǎng)晶設(shè)備。SiC 長(zhǎng)晶環(huán)節(jié)主要采用 PVT（物理氣相傳輸）的技術(shù)路線，溫度高、不可實(shí)施監(jiān)控， 且長(zhǎng)晶難點(diǎn)不在設(shè)備本身而是在工藝。因此基本每家襯底廠商工藝不一樣，也是 各家的核心 know-how，襯底制造企業(yè)往往會(huì)選擇自研“設(shè)備+工藝”模式效率 會(huì)更高。1）天科合達(dá)：選擇自研 SiC 長(zhǎng)晶設(shè)備（沈陽(yáng)設(shè)有分公司），長(zhǎng)晶設(shè)備大部分自產(chǎn) 自銷；2）天岳先進(jìn)：選擇自研長(zhǎng)晶設(shè)備并找北方華創(chuàng)代工，但天岳先進(jìn)擁有長(zhǎng)晶爐的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。國(guó)內(nèi)采用自研/自產(chǎn) SiC 長(zhǎng)晶設(shè)備的碳化硅廠商還包括晶盛機(jī)電、河北同光、山 西爍科等。上述碳化硅廠商自研/自產(chǎn)晶體生長(zhǎng)設(shè)備主要用于其自身碳化硅襯底 的生產(chǎn)制造，不存在大批量對(duì)外銷售設(shè)備的情形。

國(guó)內(nèi)碳化硅單晶爐設(shè)備供應(yīng)商目前可分為三個(gè)梯隊(duì)：第一梯隊(duì)，晶升裝備及北方華創(chuàng)為國(guó)內(nèi)碳化硅單晶爐主要供應(yīng)商，具備國(guó)內(nèi)領(lǐng)先 的碳化硅單晶爐產(chǎn)業(yè)技術(shù)能力，產(chǎn)品已大批量交付多家國(guó)內(nèi)下游碳化硅材料主流 廠商。第二梯隊(duì)，寧波恒普真空科技股份有限公司已實(shí)現(xiàn)向下游碳化硅廠商的小批量交 付，沈陽(yáng)中科漢達(dá)科技有限公司主要根據(jù)自產(chǎn)/自研設(shè)備碳化硅廠商的設(shè)計(jì)及技 術(shù)要求，配套生產(chǎn)供應(yīng)碳化硅單晶爐主要部件。第三梯隊(duì)，國(guó)內(nèi)其他碳化硅單晶爐廠商包括連城數(shù)控、哈爾濱科友半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)裝 備與技術(shù)研究院有限公司、山東力冠微電子裝備有限公司、廈門天三半導(dǎo)體有限 公司、上海漢虹精密機(jī)械有限公司、蘇州優(yōu)晶光電科技有限公司、磐石創(chuàng)新（江 蘇）電子裝備有限公司及江蘇卓遠(yuǎn)半導(dǎo)體有限公司等，其中多數(shù)設(shè)備廠商處于樣 機(jī)開(kāi)發(fā)及驗(yàn)證階段，未實(shí)現(xiàn)設(shè)備批量供應(yīng)。

北方華創(chuàng)及晶升裝備目前約占國(guó)內(nèi) SiC 長(zhǎng)晶爐市場(chǎng)份額 77%。國(guó)內(nèi)對(duì)外采購(gòu)晶 體生長(zhǎng)設(shè)備的主要碳化硅廠商包括天岳先進(jìn)、三安光電、東尼電子及中電化合物 半導(dǎo)體有限公司，其主要向晶升裝備及北方華創(chuàng)采購(gòu)碳化硅晶體生長(zhǎng)設(shè)備。根據(jù) 北方華創(chuàng)公開(kāi)披露資料，北方華創(chuàng)碳化硅單晶硅爐已累計(jì)出貨千余臺(tái)，預(yù)計(jì) 2022 年銷售 480 臺(tái)至 500 臺(tái)。晶升裝備因進(jìn)入 SiC 長(zhǎng)晶設(shè)備時(shí)間相對(duì)較晚，故晶升 裝備碳化硅單晶爐累計(jì)銷售數(shù)量及市場(chǎng)占有率低于北方華創(chuàng)。根據(jù)國(guó)內(nèi)主要碳化硅廠商公開(kāi)披露的現(xiàn)有產(chǎn)能、晶體生長(zhǎng)設(shè)備主要供應(yīng)商信息、 主要客戶設(shè)備數(shù)量、已供應(yīng)設(shè)備數(shù)量等信息進(jìn)行測(cè)算。北方華創(chuàng)主要向天岳先進(jìn) 供應(yīng)長(zhǎng)晶設(shè)備，預(yù)計(jì)占國(guó)內(nèi)碳化硅廠商采購(gòu)份額的比重為 50%以上；晶升裝備 SiC 長(zhǎng)晶爐市場(chǎng)占有率約為 27.47%-29.01%。

未來(lái) 2-5 年國(guó)內(nèi) SiC 長(zhǎng)晶設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約為 36.38-88.94 億元。隨著下游器 件/模塊應(yīng)用的放量，我國(guó)本土企業(yè)也積極投入碳化硅襯底國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程中。天岳 先進(jìn)、三安光電、露笑科技、東尼電子等上市公司公司，天科合達(dá)、比亞迪半導(dǎo) 體、河北同光等擬上市公司，均規(guī)劃在 2022-25 年間擴(kuò)張 SiC 襯底產(chǎn)能，襯底 尺寸以 4 英寸、6 英寸為主，少數(shù)包括 8 英寸產(chǎn)線。參考晶升裝備公告中的假 設(shè)，以單臺(tái)碳化硅單晶爐產(chǎn)量為 375 或 500 片/年進(jìn)行測(cè)算，假設(shè)每臺(tái)單價(jià)為 60 萬(wàn)元-110 萬(wàn)元（含稅），預(yù)計(jì)未來(lái) 2 至 5 年內(nèi)，國(guó)內(nèi)主要外購(gòu) SiC 長(zhǎng)晶設(shè)備市 場(chǎng)需求約為 36.38-88.94 億元。

3.4.2. 碳化硅外延設(shè)備：被海外四大企業(yè)壟斷，瓶頸突破需重視

與襯底環(huán)節(jié)所需“設(shè)備+長(zhǎng)晶工藝”的 know-how 不同，SiC 外延技術(shù)成熟度 相對(duì)較高，該環(huán)節(jié)的更多壁壘來(lái)自于設(shè)備資本開(kāi)支及對(duì)設(shè)備的工藝控制，目前全 球主要有四家 CVD 設(shè)備玩家，其 SiC 外延設(shè)備具有各自的優(yōu)勢(shì)：1）Axitron 的外延設(shè)備生長(zhǎng)能力最強(qiáng)（10*100mm&6*150mm），因此其產(chǎn)能 相對(duì)更大。2）LPE 的外延設(shè)備的生長(zhǎng)速率最高（＞90um/h）。3）日企 TEL 的外延設(shè)備為雙腔體結(jié)構(gòu)，有助于提高產(chǎn)量。4）nuflare 的旋轉(zhuǎn)速率更高，每分鐘可達(dá) 1000 轉(zhuǎn)，因此均勻性更強(qiáng)，同時(shí)他的 氣流方向可以避免一些顆粒物的產(chǎn)生，減少顆粒物落到片子上的概率。

目前整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的瓶頸在外延環(huán)節(jié)。近兩年資本市場(chǎng)更關(guān)注價(jià)值量更高的 SiC 襯底環(huán)節(jié)和以及上車最快的模塊環(huán)節(jié)，卻疏忽了外延的環(huán)節(jié)。目前外延環(huán)節(jié) 成為整個(gè) SiC 產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，主要問(wèn)題在于以下兩點(diǎn)：1）外延設(shè)備供不應(yīng)求。到目前為止，主要6寸外延設(shè)備集中在國(guó)外 4 家廠商手 中，他們的產(chǎn)能有限且交期極長(zhǎng)，而國(guó)內(nèi) SiC 外延設(shè)備廠商的產(chǎn)品還需驗(yàn)證?，F(xiàn) 在國(guó)內(nèi)主要有兩大 SiC 外延廠，一個(gè)是廈門的瀚天天成，還有一個(gè)是東莞的天域 半導(dǎo)體。2022 年上半年的二者的外延設(shè)備數(shù)量在 20 多臺(tái)，到年底可以超過(guò) 30 臺(tái)左右。2）外延爐在驗(yàn)證過(guò)程中還主要面臨幾大問(wèn)題：a）主要零配件能否滿足供給；b） 本身設(shè)備的穩(wěn)定性、操作方便性；c）生產(chǎn)出來(lái)的外延片能否滿足市場(chǎng)需求。預(yù)計(jì)未來(lái) 5 年全球 SiC 外延設(shè)備增速為 25%：2022 年 7 月，ASM International N.V.（ASM）宣布收購(gòu)位于意大利的碳化硅(SiC)和硅外延設(shè)備制造商 LPE S.p.A.的所有流通股。ASM 內(nèi)部預(yù)計(jì)從 2021-25 年，對(duì) SiC 外延設(shè)備的需求 將以超過(guò) 25%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)做 SiC 外延設(shè)備廠商有北方華創(chuàng)、晶 盛機(jī)電、恒普股份等，目前也在逐步進(jìn)入到客戶驗(yàn)證階段。

審核編輯 ：李倩