2023年碳化硅行业深度报告原文.docx

正文名目1. SiC 碳化硅：产业化黄金时代已来；衬底为产业链核心 41.1. SiC 特点：第三代半导体之星，高压、高功率应用场景下性能优越 41.2. 进展趋势：受益能源车爆发，SiC 产业化黄金时代将降临 51.3. SiC 产业链：衬底为技术壁垒最高环节，价值量占比 46% 92. SiC 衬底：能源车带来百亿级市场空间；可期 112.1. 市场空间：能源车带来百亿级市场空间；光伏逆变器应用前景可期 112.2. 竞争格局：国内外差距逐步缩小，可期 152.3. 生产工艺：较硅基半导体难度大幅增加；长晶环节是关键 172.4. 行业趋势：大尺寸大势所趋，衬底是 SiC 产业化降本的核心 203. SiC 衬底设备：与传统晶硅差异较小，工艺调教为核心壁垒 224. 投资建议 234.1. 晶盛机电：长晶设备龙头；碳化硅获 23 万片重大订单突破 234.2. 天岳先进：半绝缘 SiC 衬底龙头，向导电型衬底延长、翻开成长其次曲线 254.3. 露笑科技：碳化硅布局国内领先，定增扩产 24 万片导电型衬底产能 274.4. 天科合达：国内导电型 SiC 衬底龙头；向 8 英寸衬底研发进军 295. 风险提示 31图名目图 1：半导体 3 代材料进展历程，SIC 为第三代半导体材料核心 4图 2：碳化硅功率器件较硅基功率器件性能有明显优势 5图 3：估量 2026 年 SiC 功率器件市场增长至 45 亿美元，2023-2026 年 CAGR=36% 6图 4：能源车为 SiC 核心下游增长点 6图 5：SiC 功率组件可提升车辆 5%-10%的续航 6图 6：特斯拉 Model 3 SiC 逆变器示意图 7图 7：估量 2025 年全球能源车 SIC/GAN 市场规模有望达 100 亿元，CAGR=132% 7图 8：SiC 产业链梳理：包括上游衬底和外延环节、中游器件和模块制造环节，以及下游的应用环节 9图 9：碳化硅衬底制造工艺流程 9图 10：外延片示意图 10图 11：SIC 碳化硅器件示意图〔图为 WOLFSPEED 器件产品〕 10图 12：SIC 碳化硅器件主要下游应用领域：能源车、5G 通信、工业等 10图 13：除逆变器外，碳化硅可适用于车载充电机、DC/DC 转换器、高压辅驱掌握器和主驱掌握器 11图 14：碳化硅逆变器转换效率较传统提升 3pct 12图 15：碳化硅逆变器能量损耗较传统降低 50pct 12图 16：碳化硅功率器件在光伏逆变器中渗透率推测：目前 10%，估量 2025 年达 50% 13图 17：目前阳光电源、华为等光伏逆变器龙头企业已在碳化硅领域纷纷布局 13图 18：光伏 2030 装机需求量计算规律 13图 19：2030 主要国家装机需求合计推测：达 1246-1491GW 13图 20：Wolfspeed 占据半绝缘 SiC 衬底 60%以上市场份额〔2023 年〕 16图 21：山东天岳占据导电型 SiC 衬底 33%市场份额 16图 22：SIC 碳化硅衬底制造工艺流程 18图 23：SIC 碳化硅粉末示意 18图 24：SIC 碳化硅 PVT 物理气相传输法生长碳化硅晶体示意图 18图 25：3 类 SIC 碳化硅衬底长晶方法示意图比照 19图 26：国内 SiC 衬底主要科研单位、院校梳理 20图 27：SiC 器件本钱构成：衬底占比本钱近 5 成、为将来降本核心方向 20图 28：碳化硅衬底龙头 Wolfspeed 尺寸演进趋势〔2023 年〕 21图 29：8 吋较 6 寸可多切近 90%数量芯片、边缘铺张降低 7% 21图 30：SiC 衬底+外延设备产业链梳理：包括粉料合成、长晶炉、切片机、研磨机、抛光机、外延炉等设备 22图 31：公司为晶体生长设备龙头，下游掩盖光伏、半导体、蓝宝石、SiC 四大领域 24图 32：2023 前三季度实现收入 40 亿元，同比增长 61% 24图 33：2023 前三季度归母净利润 11.1 亿元，同比+112% 24图 34：在手订单充分，为公司将来业绩供给供给保障〔单位：亿元〕 25图 35：公司国内 3 家工厂、及 2 家海外研发中心布局状况 26图 36：2023-2023 年公司营业收入 CAGR=76.8% 26图 37：估量 2023 年归母净利润约 0.65~1.05 亿元 26图 38：公司导电型 SiC 衬底上海工厂顺当开工 27图 39：上海工厂将形成导电型 SiC 衬底 30 万片年产能 27图 40：公司的战略布局三大板块：电磁线、碳化硅、光伏 27图 41：公司碳化硅衬底进展历史 29图 42：公司年产 12 万片碳化硅衬底工程于 2023 年 8 月正式开工 30表名目表 1：相比传统的硅材料〔Si〕，碳化硅〔SiC〕各项性能指标优势明显 5表 2：各大车企布局碳化硅状况梳理 8表 3：估量 2025 年 6 英寸 SiC 衬底需求达 581 万片/年，市场空间达 231 亿元〔基于 60%渗透率假设〕 12表 4：估量 2023-2025 年，碳化硅衬底市场空间由 8 亿元提升至 30 亿元，CAGR=39% 14表 5：中国主要 SiC 衬底工程布局状况统计 15表 6：国内企业起步时间较晚，但差距在渐渐缩小 16表 7：市场主要碳化硅衬底公司尺寸进展、及订单状况 17表 8：碳化硅衬底可分为半绝缘型衬底和导电型衬底 17表 9：天岳先进碳化硅晶棒+衬底良率状况 21表 10：碳化硅产业链：相关公司盈利推测与估值 23表 11：拟 57 亿定增加码碳化硅材料、半导体设备业务 25表 12：公司 SiC 核心人才储藏 28表 13：拟 29 亿定增加码碳化硅工程 29表 14：公司与主要竞争对手在碳化硅晶片产品迭代状况比照 301. SiC 碳化硅：产业化黄金时代已来；衬底为产业链核心1.1. SiC 特点：第三代半导体之星，高压、高功率应用场景下性能优越■ 半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料。

核心分为以下三代：1) 第一代元素半导体材料：硅〔Si〕和锗(Ge)；为半导体最常用的材料，起源于 20 世纪 50 年月，奠定了微电子产业的根底2) 其次代化合物半导体材料：砷化镓〔GaAs〕、磷化铟〔InP〕等；是 4G 时代的大局部通信设备的材料，起源于 20 世纪 90 年月，奠定了信息产业的根底3) 第三代宽禁带材料：碳化硅〔SiC〕、氮化镓〔GaN〕、氮化铝〔ALN〕、氧化镓〔Ga2O3〕 等，近 10 年世界各国间续布局、产业化进程快速崛起■ 其中，碳化硅〔 SiC〕为第三代半导体材料核心 核心用于功率+射频器件，适用于600V 以上高压场景，包括光伏、风电、轨道交通、能源汽车、充电桩等电力电子领域图 1：半导体 3 代材料进展历程，SIC 为第三代半导体材料核心资料来源：公开资料，浙商证券争论所整理■ SiC 碳化硅是制作高温、高频、大功率、高压器件的抱负材料之一： 由碳元素和硅元素组成的一种化合物半导体材料相比传统的硅材料〔 Si〕，碳化硅〔SiC〕的禁带宽度是硅的 3 倍；导热率为硅的 4-5 倍；击穿电压为硅的 8-10 倍；电子饱和漂移速率为硅的 2-3 倍核心优势表达在：1) 耐高压特性：更低的阻抗、禁带宽度更宽，能承受更大的电流和电压，带来更小尺 寸的产品设计和更高的效率；2) 耐高频特性：SiC 器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，能有效提高元件的开关速度〔大约是 Si 的 3-10 倍〕，适用于更高频率和更快的开关速度；3) 耐高温特性：SiC 相较硅拥有更高的热导率，能在更高温度下工作。

表 1：相比传统的硅材料〔Si〕，碳化硅〔SiC〕各项性能指标优势明显第一代半导体其次代半导体第三代半导体半导体材料禁带宽度〔eV〕 能带类型Si1.12间接Ge0.67间接GaAs1.43直接GaN3.37直接4H-SiC3.26间接6H-SiC3间接3C-SiC2.2间接ALN6.2间接击穿场强〔MV/cm〕0.30.10.0653531.4电子迁移率〔cm2/Vs〕1350390085001250800<400<800300空穴迁移率〔cm2/Vs〕4801900400<2001159032014热导率〔W/cm*K〕1.30.580.5524.94.93.62.85资料来源：今日半导体，浙商证券争论所■ 一样规格的碳化硅基MOSFET 与硅基MOSFET 相比，其尺寸可大幅减小至原来的 1/10， 导通电阻可至少降低至原来的 1/100一样规格的碳化硅基 MOSFET 较硅基IGBT 的总能量损耗可大大降低 70 ■ 碳化硅功率器件具有高电压、大电流、高温、高频率、低损耗等独特优势，将极大提高现有使用硅基功率器件的能源转换效率，将来将主要应用领域有电动汽车/充电 桩、光伏能源、轨道交通、智能电网等。

图 2：碳化硅功率器件较硅基功率器件性能有明显优势资料来源：科锐公司官网、天岳先进招股书，浙商证券争论所1.2. 进展趋势：受益能源车爆发，SiC 产业化黄金时代将降临■ 市场空间：据Yole 统计，2023 年SiC 碳化硅功率器件市场规模约 7.1 亿美元，估量2026 年将增长至 45 亿美元，2023-2026 年 CAGR 近 其中，能源汽车是 SiC 功率器件下游最重要的应用市场,估量需求于 2023 年开头快速爆发图 3：估量 2026 年 SiC 功率器件市场增长至 45 亿美元，2023-2026 年 CAGR=36%50 454030 25202010 7.102023年 2024E 2025E 2026E资料来源：Yole，浙商证券争论所■ 能源汽车是碳化硅功率器件市场的主要增长驱动SiC 功率器件主要应用于能源车逆变器、DC/DC 转换器、电机驱动器和车载充电器 (OBC)等核心电控领域，以完成较 Si 更高效的电能转换 估量随着能源车需求快速爆发，以及 SiC 衬底工艺成熟、带来产业链降本增效，产业化进程有望提速1) 应用端：解决电动车续航痛点 据 Wolfspeed 测算，将纯电动汽车逆变器中的功率组件改成 SiC 时,可显著降低电力电子系统的体积、重量和本钱， 提升车辆 5-10 的续航。

据英飞凌测算， SiC 器件整体损耗相比 Si 基器件降低 80 导通及开关损耗减小，有助于增加电动车续航里程以上，2) 本钱端：单车可节约 400-800 美元的电池本钱 ，与增 200 美元的 SiC 器件本钱抵消后，能够实现至少 200-600 美元的单车本钱下降3) 客户端：特斯拉等车企已相继布局Model 3 是行业第一家承受 SiC 逆变器的车型，开启了电动汽车使用 SiC 先河，单车总共有 48 个 SiC MOSFET 裸片，由意法半导体和英飞凌供给。