同花顺-圈子

在全球汽车电动化热潮下，碳化硅作为第三代半导体里的重要材料，一直收到市场关注。近年来碳化硅的市场增长驱动力主要来自电动汽车、射频、工业及能源领域，在电动汽车大势所驱的背景下，碳化硅企业或将持续受益。今天我们的文章中将从区别、应用、优势、产业链及标的几个维度去聊一聊碳化硅。

第三代半导体材料与前两代有什么不同？

与前两代半导体材料相比，第三代半导体材料禁带宽度大，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势。因此相较于传统硅基器件，采用第三代半导体材料制备的半导体器件不仅体积小重量轻，同时还具备更高的功率输出密度、更高的能量转换效率，可以显著提升系统装置的性能。

各自应用领域是什么？

碳化硅器件具备耐高压、低损耗和高频三大优势，可以满足高温、高压、大功率等条件下的应用需求，广泛应用于新能源汽车、光伏、工控等领域。氮化镓器件具备高开关频率、耐高温、低损耗等优势，可用于制作功率、射频、光电器件，广泛应用于消费电子、新能源车、国防、通信等领域。

在汽车领域，与传统的动力技术相比，碳化硅增加了电动汽车的续航里程、效率和性能，其应用主要涉及智能电网、轨道交通、电动汽车、通讯电源等多个领域。而其具备耐高压、耐高温、低损耗等的优势，让碳化硅在全球汽车电气化中逐渐占据重要地位。

第三代半导体的优势是什么？

高频高压是第三代半导体材料器件的最大特性，最早被应用的第三代半导体材料器件包括碳化硅 （SiC）、高频和短波器件，目前应用市场已成熟，同时碳化硅（SiC）器件也适用于极端的工作环境。 42GHz 碳化硅 CMESFET 在军用雷达和通信领域的应用成为各国角逐的领域。

SiC 材料及其器件结构有天生的耐高温能力，在真空条件下甚至可耐达 400 至 600℃的高温。在实际应 用中，为防止接触空气而产生氧化，SiC 器件必须采用耐高温的封装。150℃结温是业界目前的最高标准， 175℃结温等级刚刚开始展露，有标准化封装可以采用，而 200℃乃至更高温的封装对封装材料和工艺 要求十分严苛，而且必须根据裸片特征进行定制设计，以保证导热和散热性能要求。

使用碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）材料制备的功率元器件具备高速开关动作和耐热性较高两个特性， 开关频率越高，构成电力转换器的电感器等部件实现小型化就越容易。另外，耐高温、电能利用率高也 是电力转换器小型化的必要条件。

我国为什么要大力发展？

第三代半导体国防战略意义重大，《瓦森纳协定》严格禁运和封锁， 国产替代势在必行。第三代半导体材料为宽禁带半导体，除了在新能源汽车、光伏、轨道交通等民用领域有广阔应用外，在 国防领域也有重要应用，是有源相控阵雷达、毫米波通信设备、激光武器、“航天级”固态探测器等军事 装备中的核心组件，2008 年《瓦森纳协定》就对国内第三代半导体材料进行了明确的限制，部分西方 发达国家作为协定成员国对我国实施严格禁运。除了最先进的设备以外，华裔工程师也很难进入欧美等 知名半导体公司的核心部门，相关并购也会受到西方发达国家的严格审查，以防技术泄露，国内产业发 展必须靠独立自主。

碳化硅和氮化镓各自有怎样的产业链？相关公司都有哪些？未来的技术和市场方向如何？

1）衬底

国内主要从事碳化硅衬底业务的企业主要有$天岳先进(688234)、$天科合达(870013)等。国内碳化硅衬底企业已掌握 2-6 英 寸碳化硅衬底的制备技术，并持续扩大投资碳化硅衬底项目。一方面为扩大 6 英寸碳化硅衬底产能；另 一方面为推进 8 英寸碳化硅衬底的研发，缩小与国际龙头企业的技术差距。

据中国电子材料行业协会半 导体材料分会（CEM）统计，截至 2021 年，全国碳化硅衬底规划投资超 300 亿元，预计规划年产能达 200 万片。

 其中，$天岳先进(688234)投资 2.5 亿元开展 6 英寸导电型碳化硅衬底项目，预计于 3Q22 投产，2026 年达产后将 实现新增产能 30 万片/年；$天科合达(870013)碳化硅产业化基地计划于 2022 年建成投产，达产后预计可实现年 产 12 万片 6 英寸碳化硅晶片；$露笑科技(002617)于 22 年 7 月初完成 25.67 亿元定增，全力推进碳化硅产能建设， 建成可实现满产 24 万片 6 英寸导电型碳化硅衬底片的年产能规划，同时，加大力度推进 8 英寸氮化硅 衬底片研发；山西烁科于 2022 年初实现 8 英寸 N 型碳化硅抛光片小批量生产，向 8 英寸国产 N 型碳 化硅抛光片的批量化生产迈出了关键一步。伴随着碳化硅衬底制备技术的不断成熟和产能扩张持续推进， 国产碳化硅衬底企业市场份额有望实现持续提升。

2）外延

国内主要从事碳化硅外延业务的企业主要有东莞天域和瀚天天成等。目前我国已研制成功 6 英寸碳化硅 外延晶片，且基本实现商业化。其中，东莞天域目前拥有国内最多的碳化硅外延炉-CVD，并已实现 4、6 英寸 4H-SiC 外延晶片全系列产品的批量生产，同时正积极突破研发8 英寸 SiC工艺关键技术；瀚天天成目前已实现 3、4、6 英寸碳化硅外延晶片的批量生产，可应用于 600-6500V 碳化硅电力电子功率器件。

3）器件及模块

国内布局碳化硅器件&模块业务的上市企业主要有$华润微(688396)、$时代电气(688187)、$士兰微(600460)、$斯达半导(603290)等。

国内厂商在 SiC 功率器件领域入局较晚，目前市场份额较小，但由于行业处于早期阶段，格局尚未定型，国内厂商仍有较大替代空间。目前国内已经商业化的 SiC 产品可覆盖 650V-3300V 全电压等级。

其中，$华润微(688396)已发布 650V/1200V 工业级 SiC 二极管系列产品；同时自主研发的平面型 1200V SiC MOSFET 进入风险量产阶段，静态技术参数达到国外对标样品水平；$时代电气(688187)已发布 1200V-3300V SiC SBD/MOSFET/模块系列产品，同时于 21 年底发布了国内首款基于自主 SiC 大功率 电驱产品 C-Power 220s；$士兰微(600460)已完成车规级 SiC MOSFET 器件研发，正在进行全面的可靠性评估， 将要送客户评价并开始量产；$斯达半导(603290)已实现车规级 SiC 功率模块量产，21 年新增多个使用全 SiC MOSFET 模块的 800V 系统的主电机控制器项目定点；此外三安集成、基本半导体等公司也已实现 650V-1700V SiC MOSEFET 的小规模量产。

4）设备

国内布局碳化硅设备的企业主要有$北方华创(002371)、$晶盛机电(300316)、$华峰测控(688200)等。其中，$北方华创(002371)第三代半导体设备已实现批量销售；$晶盛机电(300316)已开发长晶设备、抛光设备及外延设备，其中 6 英寸碳化硅外延设备兼容 4、6 寸碳化硅外延生长，沉积速度、厚度均匀性及浓度均匀性等技术指标已到达先进水平；$华峰测控(688200)针对 SiC 功率模块推出基于 STS8200 测试平台的 PIM 专用测试解决方案，现已实现批量装机。