2024年中國碳化硅行業(yè)市場現(xiàn)狀及行業(yè)發(fā)展技術(shù)壁壘

• 李基錦 2024年2月16日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 964 60
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碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它被用于制造大功率電力電子器件，如二極管、結(jié)型場效應(yīng)晶體管、金氧半場效晶體管、絕緣柵雙極型晶體管及門極可斷晶閘管器件等。由于碳化硅功率器件能顯著降低電子設(shè)備的能耗，它們在新能源汽車、

碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它被用于制造大功率電力電子器件，如二極管、結(jié)型場效應(yīng)晶體管、金氧半場效晶體管、絕緣柵雙極型晶體管及門極可斷晶閘管器件等。由于碳化硅功率器件能顯著降低電子設(shè)備的能耗，它們在新能源汽車、高鐵、太陽能光伏、風(fēng)能、電力輸送、UPS不間斷電源等電力電子領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。此外，碳化硅還用于制造高性能的LED照明器件和高級耐火材料。

在工業(yè)應(yīng)用中，碳化硅因其高硬度、優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和耐磨性能而備受重視。它的硬度僅次于金剛石，且具有高熱導(dǎo)率和低熱膨脹系數(shù)，使其在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出色。此外，碳化硅還可用作電熱元件和脫氧劑，在煉鋼工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。

在新能源汽車領(lǐng)域，碳化硅功率器件可以提高電動汽車的能源利用效率，降低整車能耗，延長續(xù)航里程。在光伏發(fā)電領(lǐng)域，使用碳化硅功率器件的光伏逆變器可以提高太陽能轉(zhuǎn)化效率，帶來低成本和高效率。在軌道交通領(lǐng)域，碳化硅器件能夠提升軌道交通牽引變流器供電頻率，提升裝備應(yīng)用的靈活性和機動性。在航空航天領(lǐng)域，碳化硅是制備航空發(fā)動機的理想材料，可有效減小設(shè)備損耗。此外，碳化硅在5G通信、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年中國碳化硅行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析及投資前景預(yù)測研究報告》分析

從“十五”計劃開始，中國政府就將發(fā)展集成電路、元器件等高科技領(lǐng)域作為重要任務(wù)。在“十三五”計劃期間，先進(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”規(guī)劃的出臺，進(jìn)一步圍繞新一代半導(dǎo)體、碳化硅等材料發(fā)布了促進(jìn)性政策，顯示出碳化硅行業(yè)在國家戰(zhàn)略中的地位。國家層面出臺的政策包括《重點新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄(2019版)》和《“戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料”重點專項2020年度項目》等，旨在鼓勵和支持碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的襯底和外延環(huán)節(jié)、中游的器件和模塊制造環(huán)節(jié)，以及下游的應(yīng)用環(huán)節(jié)。其中，襯底制造是產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)壁壘最高、價值量最大的環(huán)節(jié)。全球碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)美國一家獨大的局面，美國在碳化硅領(lǐng)域布局較早，因此占據(jù)全球碳化硅襯底約60%的市場份額。大尺寸的晶圓也是碳化硅的發(fā)展方向，尺寸越大，單位襯底可制造的芯片數(shù)量越多，邊緣浪費就越小，單位芯片成本越低。

碳化硅行業(yè)市場現(xiàn)狀

近年來，碳化硅在各個領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展，成為市場上的熱門材料。在2021年，我國黑碳化硅的產(chǎn)量達(dá)到了90萬噸，而綠碳化硅的產(chǎn)量為11萬噸。碳化硅器件的成本分布中，襯底的成本占據(jù)了最大的比例，高達(dá)47%。這種由碳和硅組成的化合物半導(dǎo)體單晶材料具有許多優(yōu)越的性能，如禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、臨界擊穿場強高、電子飽和漂移速率高等。這些特性使得碳化硅襯底能夠突破傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體器件及其材料的物理極限，開發(fā)出更適應(yīng)高壓、高溫、高功率、高頻等條件的新一代半導(dǎo)體器件。

在無線通信基礎(chǔ)設(shè)施方面，5G技術(shù)的廣泛應(yīng)用對射頻器件提出了更高的要求。相比砷化鎵和硅基LDMOS射頻器件，以碳化硅為襯底的氮化鎵射頻器件因其優(yōu)越的導(dǎo)熱性能和在高頻段下的大功率射頻輸出能力，成為5G基站功率放大器的主流選擇。據(jù)統(tǒng)計，2021年中國5G基站數(shù)量達(dá)到了142.5萬臺，同比增長100.7%。隨著5G技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，預(yù)計未來中國5G基站數(shù)量還將持續(xù)增長。

在進(jìn)出口方面，我國碳化硅的出口量遠(yuǎn)大于進(jìn)口量，但進(jìn)出口數(shù)量波動明顯。2020年受全球疫情影響，進(jìn)出口數(shù)量均出現(xiàn)了大幅度下降。然而，2021年中國碳化硅的出口數(shù)量同比增漲了374891噸，漲幅高達(dá)76.99%。同時，碳化硅的進(jìn)口數(shù)量也同比增長了138.40%。進(jìn)出口金額方面，我國碳化硅的進(jìn)出口金額受進(jìn)出口數(shù)量影響波動較大。盡管如此，2021年中國碳化硅的進(jìn)口金額同比增漲了54.81%，達(dá)到了1225萬美元;出口金額同比增漲了58.04%，達(dá)到了34917萬美元。

在進(jìn)出口均價方面，我國碳化硅的進(jìn)口均價在2017年后有所下降，但在2020年均價有所回升;而出口均價則波動不大。據(jù)統(tǒng)計，2021年中國碳化硅的進(jìn)口均價為3.16美元/千克;出口均價為0.93美元/千克。

碳化硅行業(yè)的發(fā)展前景廣闊，其在新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，我國碳化硅產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)保持穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢。

碳化硅行業(yè)發(fā)展技術(shù)壁壘

原料純度要求高。碳化硅的制備需要高純度的原料，如高純度的硅和碳。原料中的雜質(zhì)會對碳化硅的性能產(chǎn)生不良影響，因此原料的提純技術(shù)是制備高質(zhì)量碳化硅的關(guān)鍵。

生長條件苛刻。碳化硅晶體需要在高溫、高壓等極端條件下生長。這些條件對設(shè)備的要求較高，生長過程中還需要精確控制溫度、壓力等參數(shù)，以保證晶體的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

加工難度大。由于碳化硅具有高硬度、高脆性等特點，傳統(tǒng)的機械加工方法難以對其進(jìn)行有效加工。因此，需要開發(fā)針對碳化硅材料的特殊加工技術(shù)，如激光加工、離子束加工等。

器件制備工藝復(fù)雜。碳化硅器件的制備工藝相對復(fù)雜，需要多道工序和精確的工藝控制。同時，由于碳化硅材料的特殊性，器件的封裝和測試技術(shù)也需要相應(yīng)的發(fā)展。

可靠性問題。碳化硅器件在高溫、高壓、高輻射等惡劣環(huán)境下工作時，容易出現(xiàn)性能退化、失效等問題。因此，需要提高碳化硅器件的可靠性和穩(wěn)定性，以滿足實際應(yīng)用的需求。

這些技術(shù)壁壘限制了碳化硅行業(yè)的快速發(fā)展，但同時也為行業(yè)內(nèi)的企業(yè)提供了技術(shù)創(chuàng)新和突破的機會。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和突破，碳化硅行業(yè)的發(fā)展前景將更加廣闊。

了解更多本行業(yè)研究分析詳見中研普華產(chǎn)業(yè)研究院《2024-2029年中國碳化硅行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析及投資前景預(yù)測研究報告》。同時, 中研普華產(chǎn)業(yè)研究院還提供產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)、產(chǎn)業(yè)研究報告、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、園區(qū)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)招商、產(chǎn)業(yè)圖譜、智慧招商系統(tǒng)、IPO募投可研、IPO業(yè)務(wù)與技術(shù)撰寫、IPO工作底稿咨詢等解決方案。

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