1月12日英飛凌宣布正在擴大與碳化硅供應商的合作，已與Resonac簽署一份新的采購長單，補充并擴大了雙方2021年簽訂合同，Resonac前身為昭和電工，是全球最大的碳化硅外延片供應商，目前已量產(chǎn)6英寸碳化硅襯底，8英寸碳化硅外延片樣品也已出貨。
稍早前1月9日東尼電子發(fā)布關于簽訂重大合同公告，子公司東尼半導體2023年將向T客戶交付13.5萬片6英寸碳化硅襯底，含稅銷售金額合計6.75億元，已超過公司2021年全年營收13.39億元的一半，2024年和2025年還將分別交付30萬片和50萬片。
此外，日本半導體龍頭羅姆（ROHM）已經(jīng)在福岡正式量產(chǎn)碳化硅功率半導體，并計劃到2025財年最高向碳化硅功率半導體投資2200億元，是2021年計劃投資額的4倍；Wolfspeed近日宣布與奔馳建立合作關系，未來將向奔馳提供碳化硅功率半導體。
國內(nèi)廠商也在加速碳化硅業(yè)務布局，三安光電將在2024年批量供應碳化硅芯片；晶盛機電已生產(chǎn)出8英寸碳化硅晶體，6英寸碳化硅產(chǎn)品已通過下游部分客戶驗證；天科合達也在2022年11月發(fā)布了8英寸碳化硅產(chǎn)品。
隨著下游需求快速增長，碳化硅產(chǎn)業(yè)將加速擴張，本文我們來對碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈進行一下分析。
作為第三代半導體材料，碳化硅相較硅帶隙更寬，工作溫度以及擊穿電壓更高，同時碳化硅的飽和電子遷移速率是硅的兩倍，因此，碳化硅具有良好的耐熱性、耐高壓性以及導電性，碳化硅器件具有效率高、開關速度快等優(yōu)點，在降低產(chǎn)品能耗、提升能量轉(zhuǎn)換效率的同時減小了產(chǎn)品體積，是制造下一代高壓功率器件的理想材料。
與傳統(tǒng)硅片器件相比，碳化硅器件可減少約50%的電導通損耗，在新能源汽車中使用可提高車輛5%-10%的續(xù)航里程，同時降低約20%的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)成本，利用其體積小的優(yōu)點還可以實現(xiàn)器械小型化。
雖然硅未來仍是半導體主要使用材料，但碳化硅滲透率會快速提高，根據(jù)Yole預測，2024年碳化硅材料市場滲透率將會接近10%，全球碳化硅功率半導體市場規(guī)模將從2021年的10.9億美元增長至2027年的62.97億美元，CAGR超過34%。
資料來源：Yole，鈦媒體產(chǎn)業(yè)研究部
從碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈來看，包括襯底、外延、器件、封測及設備環(huán)節(jié)，由于碳化硅單晶生長難度高，襯底制造困難，因此襯底是碳化硅芯片的核心，同時也在產(chǎn)業(yè)鏈中價值占比最高，成本約占器件總成本的50%。
與傳統(tǒng)硅晶圓相比，碳化硅襯底生長速度慢、制備難度較大，其產(chǎn)能和成本是限制碳化硅行業(yè)發(fā)展的主要因素，目前碳化硅襯底單晶的生產(chǎn)方法主要有PVT（物理氣相傳輸）、HTCVD（高溫化學氣相沉積）以及HTSG（高溫溶液生長）方法。
PVT法設備簡單、操作簡便、生產(chǎn)成本較低，是目前大部分碳化硅襯底廠商主要使用的方法，即通過加熱高純碳化硅粉末使其升華，然后在籽晶上生長，但該方法效率較低，與2-3天能拉出2m長的硅棒相比，碳化硅7天只能生長2cm。
HTCVD法即通過直接加熱碳烴和硅烴化合物反應，將反應后的氣態(tài)碳化硅生長在籽晶上，雖然與PVT法相比該方法省去了提純碳化硅粉末的過程，但生產(chǎn)成本同樣較高且襯底缺陷較多。
相比之下，HTSG法是將碳化硅溶解后析出碳化硅單晶的過程，該方法可在較低溫度下實現(xiàn)碳化硅的生長，生長的晶體尺寸更大同時缺陷較少，相比前兩種方法碳化硅生長速度大幅提高，但該方法由于金屬助溶劑可能會摻入到生長的晶體中難以控制，目前仍在研究階段，尚未實現(xiàn)商業(yè)化應用。
碳化硅襯底按導電性能不同分為半絕緣型碳化硅襯底和導電型碳化硅襯底兩種，全球半絕緣型碳化硅襯底市場集中度較高，Wolfspeed、II-IV以及天岳先進三家市場份額之和超過95%，其中天岳先進為國內(nèi)半絕緣型碳化硅襯底龍頭，市場份額為30%。
而全球?qū)щ娦吞蓟枰r底市場主要由美日廠商主導，頭部廠商Wolfspeed、II-VI和SiCrystal三家2020年市場份額之和達到89%，其中Wolfspeed一家市場份額就達到62%。
碳化硅襯底經(jīng)過外延生長得到外延片，外延環(huán)節(jié)占碳化硅器件成本的20%左右，在半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延片，用于制備HEMT等射頻器件，碳化硅基氮化鎵射頻器件具有碳化硅的高導熱性的同時還具有氮化鎵在高頻段下大功率射頻輸出的優(yōu)勢，主要應用于信息通訊以及無線探測等領域。
在導電型碳化硅襯底上生長碳化硅外延片，用于制備SBD、MOSFET以及IGBT等功率器件，憑借其具有的高電壓、大電流、高溫、高頻和低損耗等優(yōu)點，主要應用于新能源汽車、光伏和儲能等領域，而隨著下游市場對功率器件需求的快速增加，導電型碳化硅襯底以及外延片成為市場關注焦點。
全球碳化硅功率器件市場主要由歐美廠商主導，2021年Infineon（英飛凌）與STMicro（意法半導體）碳化硅功率器件市場份額之和達到59%，其他主要廠商主要為Wolfspeed、On Semi（安森美）和ROHM等，國內(nèi)廠商市場份額較低。
襯底環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)鏈上相關公司包括天岳先進、天科合達、東尼電子、河北同光、晶盛機電以及世紀金光等。
天岳先進作為國內(nèi)半絕緣型碳化硅襯底龍頭，在國內(nèi)較早實現(xiàn)了4英寸半絕緣型碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)化，目前公司半絕緣型襯底產(chǎn)品涵蓋4英寸和6英寸；此外，公司6英寸導電型碳化硅襯底已獲得多家下游客戶驗證通過，目前已實現(xiàn)批量出貨，8英寸導電型碳化硅襯底自主擴徑成功，公司IPO募資25億元用于6英寸導電型碳化硅襯底項目，預計2026年達產(chǎn)后新增產(chǎn)能30萬片/年。
天科合達是國內(nèi)首先建成碳化硅晶片中試線的企業(yè)，產(chǎn)品主要為導電型碳化硅襯底，2021年公司徐州基地6英寸產(chǎn)品產(chǎn)能達到全國首位，2022年11月公司發(fā)布8英寸導電型碳化硅襯底產(chǎn)品，預計2023年將實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)。
外延環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)鏈上相關公司包括三安光電、東莞天域以及瀚天天成等。
三安光電已建成從上游碳化硅襯底、外延到芯片制備和封裝的完整產(chǎn)業(yè)鏈，公司碳化硅襯底已通過多家廠商驗證。
東莞天域主營業(yè)務包括碳化硅外延晶片以及碳化硅外延代工服務等，其中碳化硅外延晶片包括4英寸和6英寸產(chǎn)品，2022年公司開始建設全球首條8英寸碳化硅外延晶片生產(chǎn)線，預計2025年投產(chǎn)，目前公司已開啟上市輔導。
瀚天天成主營碳化硅外延晶片及半導體晶片檢測業(yè)務，公司于2022年3月底通過竣工驗收碳化硅產(chǎn)業(yè)園二期項目，年產(chǎn)能達20萬片，未來三期項目產(chǎn)能將達到140萬片。
器件環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)鏈上相關公司包括時代電氣、斯達半導、新潔能、揚杰科技以及三安光電等。
時代電氣主營軌道交通裝備以及新興裝備等業(yè)務，公司可生產(chǎn)4英寸和6英寸的碳化硅芯片，2022年4月公司發(fā)布關于碳化硅生產(chǎn)線技術提升公告，項目將現(xiàn)有4英寸碳化硅產(chǎn)線提升至6英寸，同時將產(chǎn)能提升到6英寸碳化硅芯片產(chǎn)線的2.5萬片/年。
斯達半導主營功率半導體業(yè)務，是國內(nèi)IGBT模塊龍頭，公司產(chǎn)品包括IGBT、快恢復二極管以及碳化硅等功率芯片，公司車規(guī)級SiC MOSFET模塊已批量裝車應用，2021年3月斯達半導發(fā)布包括碳化硅芯片研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化等項目的定增公告，項目建設周期3年，項目達產(chǎn)后將建成年產(chǎn)6萬片6英寸碳化硅芯片生產(chǎn)能力。
新潔能主營MOSFET、IGBT等半導體芯片和功率器件業(yè)務，產(chǎn)品包括SiC MOSFET、GaN HEMT以及功率模塊等，目前公司SiC MOSFET產(chǎn)品正在給客戶送樣測試，2021年11月公司發(fā)布包括SiC/GaN 功率器件及封測的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目定增公告，項目建設周期兩年，建成后達到年產(chǎn)2640萬只SiC/GaN 功率器件。
揚杰科技主營功率半導體器件及分立器件芯片業(yè)務，產(chǎn)品包括MOSFET、IGBT以及SiC等，公司SiC SBD以及SiC MOSFET產(chǎn)品已實現(xiàn)批量出貨，2022年公司通過收購楚微半導體40%股權成為楚微半導體第一大股東，2024年底之前將增加一條年產(chǎn)能6萬片的6英寸碳化硅芯片生產(chǎn)線。
資料來源：公司公告，鈦媒體產(chǎn)業(yè)研究部
（本文首發(fā)鈦媒體App，作者|鈦媒體產(chǎn)業(yè)研究部。想獲得更多科股深度分析，可訂閱科股寶VIP欄目。）
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