黑碳化硅 預見2022：《2022年中國碳化硅行業(yè)全景圖

碳化硅行業(yè)主要上市公司：目前國內碳化硅行業(yè)的上市公司主要有滬硅產業(yè)(688126.SH)、天岳先進(688234.SH)、有研新材(600206.SH)和中晶科技(003026.SZ)等;

本文核心數(shù)據(jù)：碳化硅行業(yè)發(fā)展歷程、發(fā)展現(xiàn)狀、競爭格局、發(fā)展趨勢

行業(yè)概況

1、 材料定義及主要特點

碳化硅化學性能穩(wěn)定、導熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好。此外，碳化硅的硬度很大，莫氏硬度為9.5級，僅次于世界上最硬的金剛石(10級)，具有優(yōu)良的導熱性能。

2、材料性能及分類

在碳化硅出現(xiàn)之前，硅基IGBT統(tǒng)治了高壓高電流場景，而硅基MOSFET效率遠不如IGBT，僅適用于低壓場景。不過，硅基IGBT也存在一些缺點，比如無法承受高頻工況、功耗較大等。

碳化硅出現(xiàn)后，由于具備耐高壓、耐高頻的特性，因此僅用結構更簡單的MOSFET器件就能覆蓋現(xiàn)在IGBT耐壓水平，同時規(guī)避硅基IGBT的缺點，耗能更少。數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，相同規(guī)格的碳化硅基MOSFET較硅基IGBT的總能量損耗可大大降低70%。

目前中國工業(yè)生產的碳化硅分為黑碳化硅和綠碳化硅兩種，都屬于α-碳化硅。其中黑碳化硅含SiC約95%，其韌性高于綠碳化硅，大多用于加工抗張強度低的材料黑碳化硅，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等。綠碳化硅含SiC約97%以上，自銳性好，大多用于加工硬質合金、鈦合金和光學玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。

從碳化硅襯底來看，根據(jù)電阻率劃分，碳化硅襯底分為半絕緣型碳化硅襯底和導電型碳化硅襯底。半絕緣型碳化硅襯底指電阻率高于105Ω·cm的碳化硅襯底，其主要用于制造氮化鎵微波射頻器件。微波射頻器件是無線通訊領域的基礎性零部件，中國大力發(fā)展5G技術推動碳化硅襯底需求釋放。導電型碳化硅襯底指電阻率在15~30mΩ·cm的碳化硅襯底。

行業(yè)全球發(fā)展現(xiàn)狀：全球主要經(jīng)濟體聚焦產業(yè)發(fā)展

第三代半導體材料引發(fā)全球矚目，碳化硅成為半導體技術研究前沿和產業(yè)競爭焦點，美、日、歐等國都在積極進行戰(zhàn)略部署。當前，國際上第三代半導體材料、器件已實現(xiàn)了從研發(fā)到規(guī)模性量產的成功跨越，并進入產業(yè)化快速發(fā)展階段，在新能源汽車、高速軌道交通、5G通信、光伏并網(wǎng)、消費類電子等多個重點領域實現(xiàn)了應用突破。2020年以來，發(fā)達國家紛紛將半導體技術和產業(yè)上升到國家安全戰(zhàn)略層面，考慮以國家級力量進行技術研發(fā)、產業(yè)鏈發(fā)展、原材料、生產制造等多維度、全方位的部署。

隨著技術的成熟以及下游需求的快速增長，近年來全球各企業(yè)加速布局碳化硅行業(yè)，相繼推出多款產品。從晶體管(SiC MOSFET)來看，2021年國際上共有10余家公司推出超過200款SiC MOSFET系列產品，擊穿電壓基本集中在650V和1200V。

從射頻器件來看，據(jù)CASA數(shù)據(jù)顯示，目前在售GaN射頻器件和功率放大器超過500款。GaN射頻器件最高工作頻率18GHz(Wolfspeed)，輸出功率最高達到1862W(Qorvo，1.0-1.1GHz)。其中，SiC基GaN器件是射頻市場主流產品和技術解決方案。

根據(jù)第三代半導體產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟數(shù)據(jù)，至2020年底，全球碳化硅功率器件的市場規(guī)模為7.03億美元，GaN射頻器件市場規(guī)模為8.3億美元。同時，GaN射頻器件主要基于碳化硅(SiC)、硅(Si)等異質襯底外延材料制備，相較于硅基氮化鎵，碳化硅基氮化鎵外延優(yōu)勢明顯，根據(jù)Yole報告，目前90%左右的GaN射頻器件采用碳化硅襯底制備，2021年全球碳化硅器件市場規(guī)模已經(jīng)超過20億美元。

行業(yè)發(fā)展歷程：第三代半導體材料發(fā)展步入快車道

半導體產業(yè)的基石是芯片，制作芯片的核心材料按照歷史進程分為：第一代半導體材料(大部分為目前廣泛使用的高純度硅)，第二代化合物半導體材料(砷化鎵、磷化銦)，第三代化合物半導體材料以碳化硅和氮化鎵為代表。

行業(yè)政策背景：推動產業(yè)加快發(fā)展

碳化硅作為第三代半導體材料，是我國重點鼓勵發(fā)展的產業(yè)，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性和基礎性產業(yè)。為加快推進第三代半導體材料行業(yè)的發(fā)展，國家層面先后印發(fā)《重點新材料首批次應用示范指導目錄(2019版)》、《“戰(zhàn)略性先進電子材料”重點專項2020年度項目》等鼓勵性、支持性政策。作為第三代半導體核心材料，碳化硅產業(yè)將在政策支持下加速發(fā)展。

行業(yè)發(fā)展概況：行業(yè)總體呈現(xiàn)走高態(tài)勢

1、供給分析

從襯底來看，據(jù)不完全統(tǒng)計，國內目前已有30余家碳化硅襯底企業(yè)，投資金額已經(jīng)超過500億元。據(jù)CASA Research不完全統(tǒng)計，2021年國內投產3條6英寸SiC晶圓產線，總體來看國內至少已有7條6英寸Sic晶圓制造產線(包括中試線)，另有約10條SiC生產線正在建設。GaN射頻產線方面，目前有5條4英寸GaN-on-SiC生產線，約有5條GaN射頻產線正在建設。

從企業(yè)的成立時間上來看，中國碳化硅企業(yè)由超過50%的企業(yè)均成立10年以上，超過20%的企業(yè)成立時間在5-10年的范圍內。從企業(yè)分布的規(guī)律可以看出碳化硅作為半導體行業(yè)內未來的重要科技發(fā)展道路，其技術密集程度處于非常高的位置，行業(yè)內的企業(yè)均有較高的技術水平和經(jīng)營規(guī)模。

2、碳化硅市場規(guī)模分析

盡管受新冠肺炎及國際貿易戰(zhàn)影響，但國內疫情在第二季度開始逐步緩解，企業(yè)復工復產步入正軌，半導體鼓勵政策頻出，5G、新能源汽車等市場加速開啟，第三代半導體電力電子和微波射頻方向保持高速增長態(tài)勢。此外，中美貿易戰(zhàn)、日韓貿易戰(zhàn)引發(fā)了國內應用龍頭企業(yè)對供應鏈安全風險的思考，給國產第三代半導體材料器件帶來了試用、驗證、替代的良機，進一步推動了國內碳化硅產業(yè)的發(fā)展。2020年，中國碳化硅行業(yè)產值約為98億元，前瞻初步統(tǒng)計2021年突破130億元。

行業(yè)競爭格局

1、區(qū)域競爭

中國碳化硅企業(yè)分布主要集中在華東地區(qū)，在西部甘肅、寧夏等地也形成了一定的聚集效應。目前江蘇地區(qū)的企業(yè)最多，超過1200家企業(yè)，河南、寧夏等地碳化硅企業(yè)通常超過1000家。從整體規(guī)模來看，碳化硅企業(yè)分布較為廣泛，企業(yè)數(shù)量較多。

2、企業(yè)競爭

碳化硅器件領域代表性的企業(yè)中，目前來看在國際上技術比較領先的是美國的Wolfspeed，其覆蓋了整個碳化硅產業(yè)鏈的上下游(襯底-外延-器件)，具有核心的技術。國內廠商主要有中電55所、中電13所、世紀金光、揚杰科技、中車時代電氣、嘉興斯達、河南森源、常州武進科華等。

行業(yè)發(fā)展前景趨勢及預測

1、發(fā)展趨勢預測

2020年以來全球第三代半導體產業(yè)在美國的逆全球化舉措下發(fā)生了巨大的波動，搶占半導體產業(yè)競爭格局的制高點成為全球各國的共同訴求和投入方向，由此可以預見未來幾年，全球半導體領域的資源、人才競爭將進入白熱化階段，碳化硅領域也不例外。未來幾年，我國碳化硅產業(yè)將獲得更長足的發(fā)展，在產業(yè)鏈建設、產業(yè)應用、產業(yè)技術等方面將向以下趨勢發(fā)展：

2、市場規(guī)模預測

2020年全球第三代半導體產業(yè)在美國的逆全球化舉措下發(fā)生了巨大的波動，搶占半導體產業(yè)競爭格局的制高點成為全球各國的共同訴求和投入方向，由此可以預見未來幾年，全球半導體領域的資源、人才競爭將進入白熱化階段。5G、入工智能、新能源等發(fā)展提速，對碳化硅需求猛增，產業(yè)的關注度日益增高，國產化替代成為發(fā)展趨勢。預計未來幾年中國碳化硅產業(yè)將持續(xù)以兩位數(shù)增長幅度增長，2027年器件市場規(guī)模將突破700億元。

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