新能源与 5G 建设的基石：碳化硅衬底

碳化硅衬底是第三代半导体材料中氮化镓、碳化硅应用的基石。受技术与工艺水平限制， 氮化镓材料作为衬底实现规模化应用仍面临挑战，其应用主要是以蓝宝石、硅晶片或半 绝缘碳化硅晶片为衬底，通过外延生长氮化镓以制造氮化镓器件，主要应用于宏基站通 信射频领域；而碳化硅材料则主要以在导电型碳化硅衬底上外延生长碳化硅外延层，应 用在各类功率器件上，近年来随着技术工艺的成熟、制备成本的下降，在新能源领域的 应用持续渗透。碳化硅材料将是未来新能源、5G 通信领域中碳化硅、氮化镓器件的重 要基础。

SiC 功率器件替代空间广阔，迎新能源车增长趋势确立

SiC 材料拥有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子迁移率以及抗辐射等特性，SiC 基的 SBD 以及 MOSFET 更适合在高频、高温、高压、高功率以及耐辐射的环境中工 作。在功率等级相同的条件下，采用 SiC 器件可将电驱、电控等体积缩小化，满足功率 密度更高、设计更紧凑的需求，同时也能使电动车续航里程更长。一方面是 SiC 功率器 件在技术方面的逐渐成熟，一方面是智能化、电气化趋势持续演进，下游传统汽车升级 带来庞大的功率半导体需求，SiC 功率器件替代空间广阔。

SiC 应用的关卡：SiC 衬底的供应

庞大的市场需求下是尚未真正爆发的 SiC 应用，核心原因是价格高昂，相比 Si 器件， SiC 价格往往高出数倍。SiC 功率器件的成本是影响其市场推广的重要因素，而 SiC 衬 底是致其成本较高的重要原因。SiC 器件的制造成本中，SiC 衬底成本约占总成本的 47%，SiC 外延的成本占比 23%，这两大工序是 SiC 器件的重要组成部分。而 SiC 衬 底制备受限于 SiC 晶体生长速度慢、过程难以调控、生长多型多、切割难度大等多种问 题，全球产能一直处于较低水平。未来，随着核心供应商如 Cree、II-VI 大规模扩产， 我国三安光电（北电新材）、天科合达等企业产能逐步释放，SiC 应用有望加速渗透。

新能源与 5G 建设的基石：碳化硅衬底

碳化硅（SiC）衬底是第三代半导体材料中氮化镓（GaN）、碳化硅应用的基石。受技术 与工艺水平限制，GaN 材料作为衬底实现规模化应用仍面临挑战，其应用主要是以蓝宝 石、硅（Si）晶片或半绝缘 SiC 晶片为衬底，通过外延生长 GaN 外延层以制造 GaN 器 件，主要应用于宏基站通信射频领域；而 SiC 材料则主要以在导电型 SiC 衬底上外延生 长 SiC 外延层，应用在各类功率器件上，近年来随着技术工艺的成熟、制备成本的下降， 在新能源领域的应用持续渗透。由此可以看出，SiC 材料将是未来新能源、5G 通信领 域中 SiC、GaN 器件的重要基础。

硅基器件逼近物理极限，化合物半导体前景广阔。目前绝大多数的半导体器件和集成电 路都是由硅制作的，出色的性能和成本优势让硅在集成电路等领域占有绝对的优势，无 论是在电力电子领域还是通信射频等领域，硅基器件在低压、低频、中功率等场景，应 用也非常广泛。但在一些高功率、高压、高频、高温等应用领域如新能源和 5G 通信等， 硅基器件的表现逐渐达不到理想的要求，以三五族为代表的化合物半导体以其性能优势 在通讯射频、光通信、电力电子等领域逐步大规模民用化。

区别于第一代单元素半导体，化合物半导体具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性 质，如近年来在通信、新能源领域崭露头角的氮化镓、碳化硅材料，在电子迁移率、禁 带宽度、功耗等指标上表现更优，具有高频、抗辐射、耐高电压等特性。

基站侧 GaN 渗透提升，未来增长空间广阔

在第三代半导体材料中，GaN 禁带宽度达到 3.5eV，禁带宽度越大，耐高电压和高温性 能越好；同时高电子饱和漂移速度较高，因此 GaN 相比 Si 具有更高的频率特性。GaN 的适用频率、输出功率、功率密度远远大于 LDMOS 和 GaAs，具有作为射频器件的先 天优势。

而由于毫米波的功率要求非常高，对于 5G 来说，GaN 将成为最适合 PA 的材料，尤其 在 28GHz 以上的频段。GaN 诞生初期主要用于制作高频大功率微波器件，多用于军用 雷达、智能武器和通信系统等方面，目前已逐渐向 5G 移动通讯基站等民用领域拓展， 在低频段 3-6GHz 和毫米波频段发挥作用，成为基站功放器的重要新材料。

GaN 射频器件未来前景广阔，主要受益于 5G 基站建设数量、射频器件用量的提升 近年来 5G 基站快速渗透，射频芯片数量提升。4G 基站设备由 BBU（基带单元）和 RRU （射频拉远单元）组成，RRU 通常会拉远至接近天线的地方，BBU 与 RRU 之间通过 光纤连接，而 RRU 与天线之间通过馈线连接。5G 基站设备将 BBU 分割为 CU（中央 单元）和 DU（分布式单元），并通过光纤与 AAU（有源天线单元）连接。5G 基站天线 采用 MassiveMIMO 技术，天线和 RRU 合设，组成 AAU。MassiveMIMO 天线一般为 64T64R，则单个宏基站天线数量为 192 个，放大器数量为 192 个。5G 基站之于 4G 基 站的主要变化有：

天线：1）产品形态变化，基站天线+RRU（4G 时代）--→AAU（5G 时代）； 2）高频特性 3.5GHz/5GHz，覆盖面积小，带动天线数量提升；3）MassiveMIMO 技术变化，基站天线（4T4R）--→AAU（64T64R），单天线价值量提升；

滤波器：1）轻量化、小型化、有源化，金属腔体滤波器--→陶瓷介质滤波器； 2）MassiveMIMO 多通道，每个通道需要滤波器，单个基站的滤波器数量增多。

5G 基站数量相较 4G 大幅提升。2~4G 均是低频段信号传输，宏基站几乎能覆盖所有的 信号传输，但由于 5G 主要是中高频段，宏基站能覆盖的信号范围相对有限，因此为了 保障信号的覆盖程度，5G 基站的部署密度相较于 4G 基站将会有所增加，同时还通过 小基站模式增强信号覆盖能力。根据工信部数据，截至 2020 年 10 月我国共建成 5G 基 站超 70 万座，前瞻产业研究院预计 2022 年底我国 5G 基站数可能达到 110 万个，实 现全国所有地级市室外的 5G 连续覆盖、县城及乡镇重点覆盖、重点场景室内覆盖。

GaN 因其小体积、大功率的特性，通常应用在雷达上面，目前已逐渐应用在基站 PA 芯 片上。GaN 器件有 Si 基和 SiC 基两种，GaN-on-Si 主要应用于电力电子领域，用作高 功率开关，GaN-on-SiC 主要应用于射频领域，主要得益于 SiC 的高导热率以及低 RFloss，适用于功率较大的宏基站。据 Yole，预计 2025 年 GaN 射频器件在通信基建 上的市场将达 7.31 亿美元，2019~2025 年复合增速达 14.88%，2025 年整体市场规模 达 20 亿美元，2019~2025 年复合增速达 12%。

而 GaN 射频器件主要在 SiC 衬底上制作，因此 5G 基站对 SiC 衬底也有较大需 求。以我国 5G 基站市场为例，据拓璞产业研究院，预计 2023 年我国 5G 基站 建设需求 GaN 晶圆约 45.3 万片，对应 4 寸半绝缘 SiC 衬底片需求 45.3 万片， 衬底需求量持续增加。

碳化硅功率器件替代空间广阔+新能源车增长趋势确立

如前文所述，SiC 绝缘击穿场强是硅的 10 倍（意味着外延层厚底是硅的 1/10），带隙、 导热系数约为硅的 3 倍，同时在器件制作时可以在较宽范围内控制必要的 p 型、n 型， 能够在高温、高压等工作环境下工作，同时能源转换效率更高，所以被认为是一种超越 Si 极限的功率器件材料，在新能源领域中具有相比 Si 器件更好的表现。 我们认为，未来 SiC 材料将在对能源转换效率、高温高压环境下工作可靠性好、体积重 量要求高的电力电子领域大放异彩，主要因为：

击穿电场高→耐高压、导通电阻低→小型化、可靠性强。SiC 的绝缘击穿场强是 Si 的 10 倍，因此与 Si 器件相比，能够以具有更高的杂质浓度和更薄的厚度的漂移 层制作 600V～数千 V 的高耐压功率器件。高耐压功率器件的阻抗主要由该漂移层 的阻抗组成，因此采用 SiC 可以得到单位面积导通电阻非常低的高耐压器件。理 论上，相同耐压的器件，SiC 的单位面积的漂移层阻抗可以降低到 Si 的 1/300。

高电子饱和漂移速度→高频开关损耗小→提高转换效率。Si 材料中，为了改善伴 随高耐压化而引起的导通电阻增大的问题，主要采用如 IGBT 等少数载流子器件 （双极型器件），但是这类器件却存在开关损耗大的问题，其结果是由此产生的发 热会限制相应功率器件的高频驱动。而 SiC 材料饱和电子漂移速度是 Si 器件的 2.7 倍，能够以高频器件结构的多数载流子器件（SBD 和 MOSFET）同时实现"高耐压 "、"低导通电阻"、"高频"这三个特性。

禁带宽度大、导热系数高→耐高温→可在高温环境下稳定工作，减小散热设备面积。 SiC 材料带隙较宽，约为 Si 的 3 倍，因此 SiC 功率器件即使在高温下也可以稳定 工作。对于主流的大功率 HEV，一般包含两套水冷系统，一套是引擎冷却系统， 冷却温度约 105℃，另一套是电力电子设备的冷却系统，冷却温度约为 70℃。如 果采用 SiC 功率器件，由于其具有 3 倍于 Si 的导热能力，可以使器件工作于较高 的环境温度中，使得未来车企或将能够把两套水冷系统合二为一甚至直接采用风 冷系统，这将大大降低 HEV 驱动系统的成本，同时空出更多的车身空间以装配更 多的电子元器件（如各类传感器）。

目前材料的理论性能如何在器件的性能中得以表现？以目前 SiC 功率器件中较为成熟 的肖特基二极管（SBD）和 MOSFET 为例： SiC-SBD：SiC-SBD 与 Si-SBD 相比的总容性电荷（Qc）较小，能够在实现高速开关操 作的同时减少开关损耗，因此它们被广泛用于电源的 PFC 电路中。同时 Si 基快速恢复 二极管（FRD）在从正向切换到反向的瞬间会产生极大的瞬态电流，在此期间转移为反 向偏压状态，从而产生很大的损耗。正向电流越大，或者温度越高，恢复时间和恢复电 流就越大，从而损耗也越大。与此相反，SiC-SBD 是不使用少数载流子进行电传导的多 数载流子器件（单极性器件），因此原理上不会发生少数载流子积聚的现象。而且，该瞬 态电流基本上不随温度和正向电流而变化，所以不管何种环境下，都能够稳定地实现快 速恢复。因此，如果用 SiC-SBD 替换现在主流产品快速 PN 结二极管（FRD:快速恢复 二极管），能够明显减少恢复损耗。

这些优势有利于电源的高效率化，并且通过高频驱动实现电感等无源器件的小型化、低 噪化，可广泛应用于空调、电源、光伏发电系统中的功率调节器、电动汽车的快速充电 器等的功率因数校正电路（PFC 电路）和整流桥电路中。例如，KinkiRoentgen 公司用 于 X 射线发生器的 500 瓦电源采用了罗姆 SiC-SBD，使每瓦的电源体积比旧系统减小 了 5 倍。

SiC-MOSFET：Si 材料中越是高耐压器件，单位面积的导通电阻也越大（以耐压值的约 2~2.5 次方的比例增加），因此 600V 以上的电压中主要采用 IGBT 器件，通过电导率调 制向漂移层内注入作为少数载流子的空穴，因此导通电阻比 MOSFET 要小，但是同时 由于少数载流子的积聚，在开关关闭时会产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。 SiC 器件漂移层的阻抗比 Si 器件低，不需要进行电导率调制就能够以 MOSFET 实现高 耐压和低阻抗，因而 SiC-MOSFET 原理上在开关过程中不会产生拖尾尾电流，可高速 运行且开关损耗低，能够在 IGBT 不能工作的高频、高温条件下驱动，可实现散热部件 的小型化。

此外，SiC-MOSFET 还具有如导通电阻增加量很小的优异的材料属性，并且有比导通 电阻可能随着温度的升高而上升 2 倍以上的硅（Si）器件更优异的封装微型化和节能的 优点，例如900V时，SiC-MOSFET的芯片尺寸只需要Si-MOSFET的1/35、SJ-MOSFET 的 1/10，就可以实现相同的导通电阻。同时，Si-MOSFET 最高只有 900V 的产品，但 是 SiC 却能够以很低的导通电阻轻松实现 1700V 以上的耐压。

封装微型化和节能的优势将直接体现在功率模块上，以丰田采用的 6.1kWSiCOBC 模块 为例，其功率密度是 3.3kW 硅 OBC 模块的 4 倍。

由于这些特性，英飞凌、意法半导体、Rohm 等功率半导体主要供应商纷纷布局 SiC 功 率产品，新能源相关的 SiC 功率器件应用也在不断落地。

器件和模块技术已逐步到位，下游需求释放增长动能

一方面是 SiC 功率器件在技术方面的逐渐成熟，一方面是智能化、电气化趋势持续演 进，下游传统汽车升级带来庞大市场需求。在全球碳中和政策的要求下，各国政府不断 推进新能源车补贴政策，使得包含纯电动车(BEV)与插电混合式电动车(PHEV)在内的新 能源车在疫情导致的整体车市衰退下仍保持销售正成长。同时，据 PwC 预计，未来欧 盟 / 美 国 / 中 国 BEV 占 轻 型 汽 车 新 车 销 量 比 重 将 持 续 提 升 ， 2025 年 可 达 17.1%/5.0%/19.5%，出货量达 290.7/80/546 万辆。

在智能化、电气化趋势下，汽车电子系统价值量将持续提升，其中的核心是汽车半导体。 汽车半导体是指用于车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的半导体产品。按 照功能种类划分，汽车半导体大致可以分为主控/计算类芯片、功率半导体（含模拟和混 合信号 IC）、传感器、无线通信及车载接口类芯片、车用存储器以及其他芯片（如专用 ASSP 等）几大类型，而且随着电气化以及智能化应用的增多，汽车半导体无论是安装 的数量还是价值仍在不断增长之中。据罗兰贝格估算，预计 2025 年一台纯电动车中电 子系统成本约为 7,030 美元，较 2019 年的一台燃油车的 3,145 美元大增 3,885 美元， 而其中新能源驱动系统成本较燃油车增加约为 2,235 美元，是电子系统价值量增加的主 要来源。

功率器件是新能源车半导体的核心组成，是价值量提升的关键赛道。随着新能源汽车的 发展，对功率器件需求量日益增加，成为功率半导体器件新的增长点。功率半导体器件 也叫电力电子器件，大多数使用状态为导通和阻断两种工作特性，主要用于电流电压的 变换与调控。近 20 年来各个领域对功率器件的电压和频率要求越来越严格，MOSFET 和 IGBT 逐渐成为主流，多个 IGBT 可以集成为 IPM 模块，用于大电流和大电压的环境。 此外新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括电机驱动系统、车载充电 系统（OBC）、电源转换系统（车载 DC/DC）和非车载充电桩，每个部件都需要大量的 功率半导体对电流电压进行控制。据 StrategyAnalytics，纯电动汽车中功率半导体占汽 车半导体总成本比重约为 55%，远超传统能源汽车的 21%。

新能源汽车行业是市场空间巨大的新兴市场，全球范围内新能源车的普及趋势逐步清晰 化，带动功率半导体市场快速增长。根据 IHSMarkit 预测，2018 年全球功率器件市场规 模约为 391 亿美元，预计至 2021 年市场规模将增长至 441 亿美元，2018~2021 年复 合增速为 4.09%。目前国内功率半导体产业链正在日趋完善，技术也正在取得突破，同 时，中国也是全球最大的功率半导体消费国，2018 年市场需求规模达到 138 亿美元， 增速为 9.5%，占全球需求比例高达 35%。IHSMarkit 预计未来中国功率半导体将继续 保持较高速度增长，2021 年市场规模有望达到 159 亿美元，2018~2021 年复合增速达 4.83%。

据英飞凌预估，48V/轻混合动力汽车、插电式、混合动力或纯电动车功率半导体价值量 未来有望达 90 美元/台、330 美元/台，以其预计 2030 年全球约 0.27 亿台 48V/轻混合 动力汽车、0.32 亿台插电式、混合动力及纯电动车计算，车载功率半导体市场空间便达 130.17 亿美元。

新能源车带动功率半导体市场需求快速扩容，SiC 功率器件或迎替代机遇。SiC 材料拥 有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子迁移率以及抗辐射等特性，SiC 基的 SBD 以 及 MOSFET 更适合在高频、高温、高压、高功率以及强辐射的环境中工作。在功率等 级相同的条件下，采用 SiC 器件可将电驱、电控等体积缩小化，满足功率密度更高、设 计更紧凑的需求，同时也能使电动车续航里程更长。据天科合达招股说明书，美国特斯 拉公司的 Model3 车型便采用了以 24 个 SiCMOSFET 为功率模块的逆变器，是第一家 在主逆变器中集成全 SiC 功率器件的汽车厂商；目前全球已有超过 20 家汽车厂商在车 载充电系统中使用 SiC 功率器件；此外，SiC 器件应用于新能源汽车充电桩，可以减小 充电桩体积，提高充电速度。据 Yole，2018 年全球车载 SiC 功率器件的市场空间为 4.2 亿美金，预计到 2024 年市场空间可以达到 19.3 亿美金，对应 2018-2024 年复合增速 达到 29%。

未来光伏发电将会是全球新能源发展的主要方向，新增装机量持续提升，而逆变器是光 伏不可或缺的重要组成部分，是光伏发电能否有效、快速渗透的关键之一。高效、高功 率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器的未来发展趋势，据天科合达招股说明书，目前 在光伏发电应用中，基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统 10%左右，却是系统能量 损耗的主要来源之一。使用 SiC-MOSFET 或 SiC-MOSFET 与 SiC-SBD 结合的功率模 块的光伏逆变器，转换效率可从 96%提升至 99%以上，能量损耗降低 50%以上，设备 循环寿命提升 50 倍，从而能够缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命、降 低生产成本。SiC 功率器件，为实现光伏逆变器的“高转换效率”和“低能耗”提供了 所需的低反向恢复和快速开关特性，对提升光伏逆变器功率密度、进一步降低度电成本 至关重要。在组串式和集中式光伏逆变器中，SiC 产品预计会逐渐替代硅基器件。

此外，储能、充电桩、轨道交通、智能电网等也将大规模应用功率器件。整体而言，随 着器件的小型化与对效率要求提升，采用化合物半导体制成的电力电子器件可覆盖大功 率、高频与全控型领域，其中 SiC 的出现符合未来能源效率提升的趋势。以 SiC 制成的 电力电子器件，工作频率、效率及耐温的提升使得功率转换（即整流或者逆变）模块中 对电容电感等被动元件以及散热片的要求大大降低，将优化整个工作模块。未来，在 PFC 电源、光伏、纯电动及混合动力汽车、不间断电源（UPS）、电机驱动器、风能发电以及 铁路运输等领域，SiC 的应用面会不断铺开。

SiC 应用的关卡：SiC 衬底的供应

需求旺盛，供给不足：碳化硅衬底供应亟待解决

庞大的市场需求下是尚未真正爆发的 SiC 应用，而 SiC 功率器件的成本是影响其市场 推广的重要因素。相比 Si 器件，SiC 价格往往高出数倍，重要是因为 SiC 衬底较为昂 贵——SiC 衬底是 SiC 器件制作的基础和成本的主要来源。SiC 器件的制造成本中，SiC 衬底成本约占总成本的 47%，SiC 外延的成本占比 23%，这两大工序是 SiC 器件的重 要组成部分而目前 6 寸 SiC 衬底价格超 900 美元/片，相比 6 寸硅片不到 50 美元/片的 价格相差巨大，这也是目前 SiC 器件价格高昂、阻碍下游厂商应用的重要原因之一。而 SiC 衬底成本较高，主要因为：1、技术起步晚，晶圆、器件技术发展相较硅材料晚；2、 SiC 衬底生长较慢，技术难度大。

技术起步晚，晶圆、器件技术发展相较硅材料晚。Cree 于 2000 年前后量产 4 寸 SiC 衬 底片，此时硅片尺寸已发展至 12 寸，随后 SiC 衬底片尺寸直到 2009 年前后才推进至 6 寸，至今尚无 8 寸衬底片量产。衬底片量产时间晚、尺寸小也直接影响了 SiC 器件技 术的发展，尽管后者迭代速度较硅器件更快，整体生产成本仍存较大差距。

SiC 衬底片发展慢、尺寸扩大困难的核心原因是 SiC 晶棒生长条件苛刻、生长速度慢、 尺寸提升带来的技术难度大。目前 SiC 衬底的制备过程大致分为两步，第一步制作 SiC 单晶；第二步通过对 SiC 晶锭进行粗加工、切割、研磨、抛光，得到透明或半透明、无 损伤层、低粗糙度的 SiC 晶片。

由于物理的特性，SiC 材料拥有很高的硬度，目前仅次于金刚石，因此在生产上势必要 在高温与高压的条件下才能生产，一般而言，需要在 2500℃以上高温（硅晶仅需在 1500℃）。目前制备 SiC 单晶的方法有籽晶升华法、高温化学气相沉积法（HTCVD）和 液相法（LPE）。籽晶升华法是较为的 SiC 晶棒生长方法，又称物理气相传输法（PVT)。 其原理是在超过 2500℃高温下将碳粉和硅粉升华分解成为 Si 原子、Si2C 分子和 SiC2 分子等气相物质，在温度梯度的驱动下，这些气相物质将被输运到温度较低的碳化硅籽 晶上形成 4H 型碳化硅晶体。通过控制 PVT 的温场、气流等工艺参数可以生长特定的 4H-SiC 晶型。以 PVT 法为例，SiC 晶体制备面临以下困难：

1、 温场控制困难：以目前的主流制备方法物理气相传输法（PVT）为例，SiC 晶棒需 要在 2500℃高温下进行生产，而硅晶只需 1500℃，因此需要特殊的单晶炉，且在 生产中需要精确调控生长温度，控制难度极大；

2、 生产速度缓慢：SiC 晶棒厚度每小时生长速度视尺寸大小约为 0.2~1mm/小时，而 硅晶棒可达每小时 1~10mm/小时；生产周期方面，SiC 晶棒约需要 7 至 10 天，长 度约 2cm，而硅晶棒只需要 3~4 天即可长成，长度可达 2m；

3、 良品参数要求高，黑匣子良率难以及时控制：SiC 晶片的核心参数包括微管密度、 位错密度、电阻率、翘曲度、表面粗糙度等，在密闭高温腔体内进行原子有序排列 并完成晶体生长、同时控制参数指标是复杂的系统工程。以多型为例，SiC 存在 200 多种晶体结构类型，其中六方结构的 4H 型（4H-SiC）等少数几种晶体结构的单晶 型 SiC 才是所需的半导体材料，在晶体生长过程中需要精确控制硅碳比、生长温度 梯度、晶体生长速率以及气流气压等参数，否则容易产生多晶型夹杂，导致产出的 晶体不合格；而在石墨坩埚的黑盒子中无法即时观察晶体生长状况，需要非常精确 的热场控制、材料匹配及经验累积。 4、 晶体扩径难度大：气相传输法下，SiC 晶体生长的扩径技术难度极大，随着晶体尺 寸的扩大，其生长难度工艺呈几何级增长。这导致目前 SiC 晶圆主要是 4 英寸与 6 英寸，而用于功率器件的硅晶圆以 8 英寸为主，这意味着 SiC 单晶片所产芯片数量 较少、SiC 芯片制造成本较高。

此外，除了 SiC 晶体生长外，后端工艺流程仍面临较大困难：

切割难度大：SiC 硬度与金刚石接近，切割、研磨、抛光技术难度大，工艺水平的提高 需要长期的研发积累，也需要上游设备商特殊设备的配套开发；

外延工艺效率低：SiC 的气相同质外延一般要在 1500℃以上的高温下进行。由于有升华 的问题，温度不能太高，一般不能超过 1800℃，因而生长速率较低。液相外延温度较 低、速率较高，但产量较低。

高技术壁垒带来的行业生态：高集中度、强整合趋势、 锁单

高成本、缺陷密度（良率）、晶圆尺寸和晶圆供给是衬底生产的核心壁垒，而 SiC 晶体 黑匣子的生长环境对企业工艺技术的积累和配套设备的研发能力将成为企业技术壁垒 的重要构成。同时，设备方面，由于 SiC 的衬底材料生长的独特性，全球衬底巨头包括 国内的一些衬底厂商，很多都是自研自产 SiC 单晶炉——这将影响衬底生长的品质把 控，进一步拉高了后进者进入 SiC 衬底行业的难度。

由于进入衬底行业需要长期的技术积累和产线适配，目前，SiC 晶片产业格局呈现美国 全球独大的特点。导电型 SiC 衬底市场的主要供应商有美国 CREE（Wolfspeed）、 DowCorning、美国 II-VI、等。国际 SiC 龙头企业起步较早，产业发展已较为成熟，2018 年 CREE 公司的导电型 SiC 衬底占据整个市场 62%的份额，其次为 II-VI、SiCrystal， 三者合计占据高达 90%的市场份额，中国企业仅占小于 3%的份额。

为何在当前时点看好 SiC 行业？

一方面，全球 SiC 衬底、器件厂商对 SiC 市场预期积极，步调接近，显示供应商方面对 前景充分看好。如 Cree 预计 SiC 衬底、SiC 功率器件 2024 年市场规模分别可达 11 亿、 50 亿美元，2018~2024 年复合增速达 44.47%、51.11%；而 II-VI 更是预计 2030 年 SiC 市场规模将超 300 亿美元，2020~2030 年复合增速高达 50.60%。此外，Rohm、ST 半 导体、英飞凌等厂商亦对 SiC 市场未来增长持有强烈的信心，凸显行业上行趋势的强劲。

另一方面，2020 年全球新能源车销售量在新冠疫情影响出行的情况下实现了大幅增长， 显示 SiC 下游市场需求或将迎来爆发期。据英飞凌，2020 年全球新能源车销量达 324 万辆，同比增长 43%，其中我国新能源车销量高达 133.48 万辆，稳居全球第一，占全 球新能源车销量比重达 41.2%。未来新能源车销量有望持续增加，带来对功率半导体的 需求量大幅扩张，而 SiC 功率器件具备耐高温、耐高压、损耗低、体积小、重量轻等多 种优势，未来或将持续替代硅功率器件，届时无论 SiC 器件还是衬底都将迎来持续的需 求增长期。

整体而言，SiC 行业主要受限于产能供应短缺带来的器件价格高昂，而核心国内外供应 商纷纷加大对 SiC 衬底、器件产能的扩张，未来有望为 SiC 应用的渗透提供强劲动力。 而在这期间内，由于 SiC 行业起步晚、高度依赖工程师工艺经验积累，国内企业有望实 现弯道超车，享受行业新增长点带来的成长红利。因此，我们建议关注前瞻布局 SiC 技 术、具备相关经验积累、产能储备的优质企业。

作者：杨洋 莫文宇 钟智铧 

来源：未来智库