碳化硅行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析調(diào)研

• 方蔓桃 2023年2月10日 來源：百度 284 11
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碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈分為襯底材料制備、外延層生長(zhǎng)、器件制造以及下游應(yīng)用。通常采用物理氣相傳輸法(PVT法)制備碳化硅單晶，再在襯底上使用化學(xué)氣相沉積法(CVD法)等生成外延片，最后制成相關(guān)器件。在SiC器件的產(chǎn)業(yè)鏈中，由于襯底制造工藝難度大，產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量主要集中于上

碳化硅行業(yè)市場(chǎng)前景如何?碳化硅是一種無機(jī)物，化學(xué)式為 SiC，是用天然硅石、碳、木屑、工業(yè)鹽作基本合成原料，在一種特殊的電阻爐中加熱反應(yīng)合成的。與前兩代半導(dǎo)體材料相比，以碳化硅制成的器件擁有良好的耐熱性、耐壓性和極低的導(dǎo)通能量損耗，是制造高壓功率器件與高功率射頻器件的理想材料。因此，它也被稱為突破性第三代半導(dǎo)體材料，下游應(yīng)用包括新能源、光伏、儲(chǔ)能、通信等領(lǐng)域。

我國(guó)自“十三五”時(shí)期開始，推進(jìn)半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展被明確寫入規(guī)劃中，而“十四五”時(shí)期，圍繞新一代半導(dǎo)體、碳化硅等材料的一系列促進(jìn)性政策的發(fā)布可以看出碳化硅行業(yè)將成為國(guó)家未來的戰(zhàn)略性行業(yè)之一。

碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料，優(yōu)勢(shì)突出，擁有良好的發(fā)展前景，在新能源汽車領(lǐng)域?qū)?huì)是主要的驅(qū)動(dòng)力。早期碳化硅主要應(yīng)用于LED燈和避雷針等，碳化硅在電子行業(yè)中主要用作于拋光膜。碳化硅半導(dǎo)體在軍事、航空航天信息通訊、微波設(shè)備都均有大量應(yīng)用。在未來，碳化硅單晶襯底材料大尺寸化獲將成為主要的發(fā)揮趨勢(shì)。

碳化硅化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)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(jí)，僅次于世界上最硬的金剛石(10級(jí))，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能。

目前中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)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(qiáng)度低的材料，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(zhì)合金、鈦合金和光學(xué)玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。

碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料，是我國(guó)重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，是支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國(guó)家安全的戰(zhàn)略性和基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。為加快推進(jìn)第三代半導(dǎo)體材料行業(yè)的發(fā)展，國(guó)家層面先后印發(fā)《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄(2019版)》、《“戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料”重點(diǎn)專項(xiàng)2020年度項(xiàng)目》等鼓勵(lì)性、支持性政策。作為第三代半導(dǎo)體核心材料，碳化硅產(chǎn)業(yè)將在政策支持下加速發(fā)展。

根據(jù)中研普華研究報(bào)告《2022-2026年中國(guó)碳化硅行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》分析顯示

碳化硅產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)分析

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈分為襯底材料制備、外延層生長(zhǎng)、器件制造以及下游應(yīng)用。通常采用物理氣相傳輸法(PVT法)制備碳化硅單晶，再在襯底上使用化學(xué)氣相沉積法(CVD法)等生成外延片，最后制成相關(guān)器件。在SiC器件的產(chǎn)業(yè)鏈中，由于襯底制造工藝難度大，產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量主要集中于上游襯底環(huán)節(jié)。

隨著碳化硅下游市場(chǎng)的超預(yù)期發(fā)展，碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的景氣程度有望持續(xù)向好，碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)也將直接受益于行業(yè)發(fā)展。

第三代半導(dǎo)體材料引發(fā)全球矚目，碳化硅成為半導(dǎo)體技術(shù)研究前沿和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)，美、日、歐等國(guó)都在積極進(jìn)行戰(zhàn)略部署。當(dāng)前，國(guó)際上第三代半導(dǎo)體材料、器件已實(shí)現(xiàn)了從研發(fā)到規(guī)模性量產(chǎn)的成功跨越，并進(jìn)入產(chǎn)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(fèi)類電子等多個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用突破。2020年以來，發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛將半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)上升到國(guó)家安全戰(zhàn)略層面，考慮以國(guó)家級(jí)力量進(jìn)行技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展、原材料、生產(chǎn)制造等多維度、全方位的部署。

受新能源汽車行業(yè)龐大的需求驅(qū)動(dòng)，以及光伏風(fēng)電和充電樁等領(lǐng)域?qū)τ谛屎凸囊筇嵘挠绊?，預(yù)計(jì)到2027年碳化硅功率器件的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到62.97億美元，2021-2027年的復(fù)合增速約為34%。

盡管如此，國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體目前仍處于發(fā)展初期，盡管下游需求極其旺盛，上游襯底供應(yīng)卻受到設(shè)備禁運(yùn)、生產(chǎn)耗材供給稀缺、工藝不成熟問題等掣肘，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)襯底企業(yè)產(chǎn)品出貨較為艱難，成本居高不下。碳化硅襯底上游供應(yīng)鏈的進(jìn)一步國(guó)產(chǎn)化不僅僅是當(dāng)前主流襯底企業(yè)降本增效的關(guān)鍵，更是未來更多產(chǎn)業(yè)玩家能否低門檻入局，共同做大市場(chǎng)的關(guān)鍵。

隨著技術(shù)的成熟以及下游需求的快速增長(zhǎng)，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(chǎn)品。從晶體管(SiC MOSFET)來看，2021年國(guó)際上共有10余家公司推出超過200款SiC MOSFET系列產(chǎn)品，擊穿電壓基本集中在650V和1200V。

碳化硅行業(yè)前景分析

以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體具備耐高壓、耐高溫、低損耗等特性，符合當(dāng)前功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用需求，正在逐步成長(zhǎng)為市場(chǎng)聚焦的新賽道。

作為二十世紀(jì)最重要的新四大發(fā)明之一，也作為二十一世紀(jì)集成電路、芯片等載體的半導(dǎo)體，其重要性不言而喻。生活中小到手機(jī)、電腦，大到汽車、移動(dòng)通訊等電子產(chǎn)品、設(shè)備，都與其無不相關(guān)。半導(dǎo)體材料作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上中游的重要組成部分，自然在半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)制造起到關(guān)鍵性作用。

伴隨著第四次工業(yè)革命到來，大量新技術(shù)都需要依靠芯片來實(shí)現(xiàn)，但在過去的幾十年間，中國(guó)的半導(dǎo)體材料過度依賴進(jìn)口，無法自給自足的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)限制了中國(guó)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而伴隨著“雙碳”目標(biāo)進(jìn)入推進(jìn)的關(guān)鍵階段，先進(jìn)半導(dǎo)體材料在諸多關(guān)鍵新材料中的地位也逐漸突出。

中國(guó)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(yīng)。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。碳化硅器件領(lǐng)域代表性的企業(yè)中，目前來看在國(guó)際上技術(shù)比較領(lǐng)先的是美國(guó)的Wolfspeed，其覆蓋了整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的上下游(襯底-外延-器件)，具有核心的技術(shù)。國(guó)內(nèi)廠商主要有中電55所、中電13所、世紀(jì)金光、揚(yáng)杰科技、中車時(shí)代電氣、嘉興斯達(dá)、河南森源、常州武進(jìn)科華等。

綜合來看，碳化硅材料的特性決定了它將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)硅基，打開巨大的市場(chǎng)空間。碳化硅材料將在高溫、高頻、高頻領(lǐng)域逐步替代硅，在 5G 通信、航空航天、新能源汽車、智能電網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

第三代半導(dǎo)體是國(guó)家2030規(guī)劃和“十四五”國(guó)家研發(fā)計(jì)劃確定的重要發(fā)展方向，是我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)彎道超車的機(jī)會(huì)，要重點(diǎn)扶持、協(xié)同攻關(guān)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，可以在國(guó)內(nèi)重點(diǎn)扶植3-5家世界級(jí)龍頭企業(yè)，加大整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條的合作力度。碳化硅為增速最快的功率器件，預(yù)計(jì)2025年全球碳化硅器件市場(chǎng)將超43億美元。碳化硅未來增量和存量市場(chǎng)上都會(huì)有爆發(fā)。

在全球低碳節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料憑借其高效率、高密度、高可靠等優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮出越來越重要的作用。

目前，我國(guó)的碳化硅功率芯片產(chǎn)品以二極管產(chǎn)品為主，在晶體管方面，若干單位具備一定的產(chǎn)品開發(fā)能力，正在進(jìn)入實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的初期。在國(guó)家科技項(xiàng)目和各級(jí)政府的支持下，目前國(guó)內(nèi)有多家企業(yè)和平臺(tái)正在建設(shè)或已建成多條4~6英寸碳化硅芯片工藝線，這些工藝線的投產(chǎn)，將會(huì)大大提升國(guó)內(nèi)碳化硅功率芯片的產(chǎn)業(yè)化水平。

總體上看，碳化硅有一定優(yōu)勢(shì)，尤其在汽車領(lǐng)域把碳化硅的技術(shù)進(jìn)行快速迭代以后，未來還有光伏、風(fēng)電等更大的市場(chǎng)。

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