碳化硅产业链深度解析:碳化硅东风在即,产业链爆发拐点将至

衬底材料改变标志着半导体更新换代。

Ø 衬底材料改变标志着半导体更新换代。第三代半导体材料为氮化镓GaN、碳化硅SiC、氧化锌ZnO、金刚石C等,其中碳化硅SiC、氮化镓GaN为主要代表。在禁带宽度、介电常数、导热率及最高工作温度等方面碳化硅SiC、氮化镓GaN性能更为出色,在5G通信、新能源汽车、光伏等领域头部企业逐步使用第三代半导体,待成本下降有望实现全面替代。

Ø 从产业链角度分析,碳化硅行业主要可分为衬底、外延和器件三个重点环节。其中,衬底在产业链中价值量占比最高,接近50%,国内外市场主要由WolfSpeed、II-VI、山东天岳等SiC衬底制造厂商占据。外延价值量占比23%,国内市场领先企业包括东莞天域和瀚天天成等SiC外延制造厂,国外市场外延环节主要被衬底及IDM厂商包揽。器件价值量占比22%,国内外市场主要由布局SiC器件的传统功率半导体龙头厂商占据。

Ø 衬底:制备成本高短期制约SiC规模化发展,大尺寸化加速降本,行业爆发拐点将至。根据后续生长外延层的不同,SiC衬底可以分为半绝缘型衬底(SiC衬底+GaN外延),主要应用于5G通信、卫星等高频需求领域,以及导电型衬底(SiC衬底+SiC外延),主要应用于新能源汽车、光伏发电等高压需求领域。据Yole数据,2020-2025年全球半绝缘型+导电型衬底市场规模CAGR有望超过30%以上。然而因SiC衬底面临长晶速度慢、良率低等问题,导致衬底制备成本过高,制约了行业规模化发展。目前,国内外企业在加速技术提升的同时,逐步将SiC晶圆由6寸向8寸发展,大尺寸化将加速降本,行业有望迎来爆发拐点。

Ø 外延:外延技术关乎最终器件性能,高压领域技术亟待突破。外延环节最为重要的参数为厚度及掺杂浓度,主要取决于设计时电压等级的不同。目前,在中低压领域,外延技术已经相对成熟,主要应用于消费、汽车电子、新能源发电等领域,而高压领域,SiC产品拥有更强的竞争力,但目前技术仍处于研发阶段。

Ø 器件:SiC器件性能优势明显,国内外企业群雄并起。与硅基MOSFET、IGBT相比,SiC MOSFET在开关效率、损耗、尺寸、频率、体积等指标上都更具有优势。相同规格SiC MOSFET和Si MOSFET相比,体积甚至能够缩小1/10,导通电阻缩至1/200,相同规格SiC-MOSFET和Si-IGBT相比,能量损失小于1/4。在SiC产品性能占据全面优势的背景下,以国内外传统功率大厂为主的各家企业均开始加速布局SiC产品,国内外市场将迎来群雄并起的市场格局。目前,虽然国外企业在技术、产能等方面具有先发优势,但SiC行业发展历史相对较短,国内外差距相对较小,在需求高涨的背景下,国内企业有望加速实现国产替代。

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