碳化硅材料目前已成為半導(dǎo)體、新能源汽車、光伏等三大千億賽道的關(guān)鍵材料之一，其主要包括單晶和陶瓷2大類。

從單晶方面來看，碳化硅作為目前發(fā)展最成熟的第三代半導(dǎo)體材料，可謂是近年來最火熱的半導(dǎo)體材料。尤其是在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，碳化硅被綁定新能源汽車、光伏、等節(jié)能減碳行業(yè)，萬眾矚目。

從陶瓷方面來看，伴隨著新能源汽車、半導(dǎo)體、光伏等行業(yè)的起飛，碳化硅憑借其優(yōu)異的高溫強度、高硬度、高耐磨性、高導(dǎo)熱性、耐腐蝕性等性能而需求爆發(fā)，深深地滲入到這些新興領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

資本狂下注，碳化硅在半導(dǎo)體寒冬中狂飆

在半導(dǎo)體行業(yè)的下行周期中，也并非一片低迷之聲，碳化硅就是萎靡之勢中的一個反例。近年來，資本市場對碳化硅一直抱有強烈的關(guān)注度。

2021年有多家碳化硅企業(yè)獲得了投資機構(gòu)的青睞，相繼宣布完成融資，行業(yè)內(nèi)也隨之激起一番融資浪潮。

2022年也是碳化硅投融資熱度明顯的一年。據(jù)不完全統(tǒng)計，2022年全年投融資及并購金額超過33億元，數(shù)量達到30余起。僅僅是在2022年12月，就有7個融資案，包括臻驅(qū)科技、芯聚能、邑文科技、瞻芯電子、南砂晶圓等。

2023年上半年剛過，碳化硅企業(yè)的融資金額就已經(jīng)創(chuàng)了最近三年的新高。今年Q1，碳化硅領(lǐng)域共有21起融資，包含外延、襯底、材料、設(shè)備、功率器件……融資幾乎涵蓋了國內(nèi)碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈。在這21家企業(yè)中，除部分企業(yè)未公布融資金額外，有10家企業(yè)所獲融資金額過億，約占總數(shù)的50%。其中，融資規(guī)模最大的當(dāng)屬天域半導(dǎo)體，為12億。今年Q2又有10余起融資，總金額超50億元。


建廠擴產(chǎn)毫不停歇

數(shù)據(jù)顯示，上半年與碳化硅相關(guān)的擴產(chǎn)項目以及預(yù)期資本支出加起來總金額超上千億元（折合成人民幣），擴產(chǎn)的內(nèi)容主要圍繞襯底、外延、器件，而應(yīng)用的方向也大多數(shù)以電動汽車為主。

今年1月，德國博世集團在蘇州發(fā)布重磅消息：再投10億美元打造新能源汽車核心部件及自動駕駛研發(fā)制造基地項目，生產(chǎn)內(nèi)容包含碳化硅功率模塊等。隨后在4月，博世又決定收購半導(dǎo)體廠商TSI Semiconductors，再投資15億美元擴張第三代半導(dǎo)體生產(chǎn)，應(yīng)對電動汽車市場需求。

今年2月，美國半導(dǎo)體廠Wolfspeed正式宣布計劃在德國薩爾州建造全球最大、最先進的碳化硅器件制造工廠。該工廠將成為全球最大的八英寸半導(dǎo)體工廠，采用創(chuàng)新性制造工藝來生產(chǎn)下一代碳化硅器件。

同時，國內(nèi)對于碳化硅擴產(chǎn)動作也未停歇。

今年6月，三安光電與意法半導(dǎo)體聯(lián)合宣布，雙方擬出資32億美元(約合人民幣228億元)合資建造一座8英寸碳化硅外延、芯片代工廠。同時，三安光電將在當(dāng)?shù)鬲氋Y建立一個8英寸碳化硅襯底工廠作為配套，預(yù)計投資總額70億元。此外還有天科合達、瀚天天成、天岳先進等公司都公布了自己新的投資與擴產(chǎn)計劃。

產(chǎn)業(yè)化進程不斷加速

下游新能源發(fā)展對高頻、大功率射頻及電力電子需求的快速增長，極大推動了碳化硅的產(chǎn)業(yè)化進程。

碳化硅器件在新能源汽車產(chǎn)業(yè)中主要應(yīng)用在電機控制器（電驅(qū)）、車載充電機OBC、DC/DC變換器以及充電樁，碳化硅器件相比硅基器件有更優(yōu)越的物理性能，體積小，性能優(yōu)越，節(jié)能性強，還順帶緩解了續(xù)航問題，更適應(yīng)新能源汽車增加續(xù)航里程、縮短充電時長、提高電池容量、降低車身自重的需求。

從2021年起，碳化硅器件便進入供應(yīng)短缺狀態(tài)，至今依然沒有得到完全緩解。其中，汽車對碳化硅器件應(yīng)用量的提升，成為拉動行業(yè)增長的主要因素。2023年，國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)更是經(jīng)歷了快速發(fā)展的一年。根據(jù)EV芯聞，截至2023年上半年，全球已有40款碳化硅車型進入量產(chǎn)交付，上半年全球碳化硅車型銷量超過120萬輛。

根據(jù)NE時代數(shù)據(jù)，1-12月國內(nèi)上險乘用車主驅(qū)碳化硅模塊滲透率約為10.7%，下半年800V車型中碳化硅滲透率顯著提升：6-12月800V車型中碳化硅車型占比分別為15%/18%/29%/35%/39%/45%，12月問界M9、理想MEGA等多個碳化硅車型上市。

不過SiC晶體生長慢且加工難，提升良率和產(chǎn)能是控制成本的關(guān)鍵。SiC器件成本是Si器件的3倍左右，是制約SiC行業(yè)快速發(fā)展的核心因素之一，造成該問題的主要原因在于SiC長晶速度緩慢且加工難度大，從原材料到晶圓轉(zhuǎn)換率僅為50%，目前SiCMOSFET的成本與同類SiIGBT分立器件相比仍然有較大差距，這阻礙了SiC器件大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化推廣。

好在盡管當(dāng)前SiC-MOS成本約為Si-IGBT的3倍，但根據(jù)英飛凌測算，SiC-MOS可以減少6-10%電力損耗，電池成本節(jié)省將超過SiC器件增加的成本，最高可以節(jié)省6%的綜合系統(tǒng)成本。同時，SiC優(yōu)勢在800V平臺中將進一步放大，以小鵬G9為例，其800V高壓SiC平臺相較400V平臺續(xù)航提升5%，可實現(xiàn)充電5分鐘續(xù)航超過200Km。

而且當(dāng)前海外對華科技限制持續(xù)加碼，產(chǎn)業(yè)鏈自主可控刻不容緩，SiC作為半導(dǎo)體領(lǐng)域的重要新材料，國內(nèi)外SiC技術(shù)代差約為5-8年，相較硅基半導(dǎo)體，具備實現(xiàn)國產(chǎn)替代機遇，國家重視程度將不斷上升。

專業(yè)機構(gòu)認為，2024年碳化硅產(chǎn)業(yè)化進展會隨著高壓快充趨勢及碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈降本而加速。

由于高壓快充是電車的大勢所趨，未來會逐漸下沉到更低區(qū)間的價格帶，高壓快充背景下，電車對碳化硅需求的迫切性預(yù)計對應(yīng)進一步提高。另一方面，隨著產(chǎn)能的逐步釋放、8英寸量產(chǎn)的不斷成熟、碳化硅長晶及加工工藝的不斷改進、進而碳化硅行業(yè)良率的提升，尤其是在國產(chǎn)廠商紛紛入局后，可能會進一步加速碳化硅的降本。

未來在技術(shù)進步和規(guī)模經(jīng)濟共同作用下，產(chǎn)線將向8英寸轉(zhuǎn)移，襯底尺寸擴徑將助力產(chǎn)業(yè)鏈降本，預(yù)計襯底價格將以每年8%的速度下降，也將進一步加速SiC發(fā)展?jié)B透。

市場空間有多大？

以碳化硅材料為襯底的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括碳化硅襯底材料的制備、外延層的生長、器件制造以及下游應(yīng)用市場。襯底根據(jù)電學(xué)性能不同分為半絕緣型和半導(dǎo)電型，分別應(yīng)用到不同的應(yīng)用場景上，在新能源汽車、光伏以及軌道交通等領(lǐng)域具備廣闊的替代空間。

其中半絕緣型碳化硅主要用在射頻器件上，主要為面向4G/5G通信基站和新一代有源相控陣雷達應(yīng)用的功率放大器。半導(dǎo)電型碳化硅主要用在功率器件上，主要面向電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)等高壓高溫高頻場景。

Yole數(shù)據(jù)顯示，2022年碳化硅器件市場規(guī)模為19.7億美元，其中半導(dǎo)電型碳化硅功率器件市場規(guī)模為17.9億美元，半絕緣型碳化硅射頻器件市場規(guī)模為1.8億美元。

根據(jù)Yole預(yù)測，2022年碳化硅功率器件市場規(guī)模為18億美元，2028年有望達到89億美元，22-28年CAGR高達31%。碳化硅功率器件可應(yīng)用于汽車、能源、交通、工業(yè)等多個領(lǐng)域，其中汽車占據(jù)主導(dǎo)地位，市場規(guī)模占比超過七成，2022年市場規(guī)模為13億美元，2028年有望達到66億美元，22-28年CAGR高達32%。半絕緣型碳化硅射頻器件市場規(guī)模有望達到22.9億美元，年化增速達到52.79%。

此外在光伏發(fā)電應(yīng)用中，使用SiC材料可將轉(zhuǎn)換效率可從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。得益于SiC功率器件帶來的降本增效優(yōu)勢，根據(jù)CASA預(yù)測，在2025年碳化硅功率器件占比將達到50%，未來將繼續(xù)保持穩(wěn)定增長態(tài)勢。

2027年全球光伏SiC功率器件市場規(guī)模將達4.2億美元。2021年全球光伏碳化硅功率器件市場規(guī)模為1.54億美元，隨著SiC器件滲透率持續(xù)提升，預(yù)計2027年全球光伏SiC功率器件市場規(guī)模將增加至4.23億美元，2021-2027年年復(fù)合增長率為18%。