当前热点-电力电子器件领域，碳化硅大有可为
根据中研网《2023-2028年中国第三代半导体行业发展现状分析与投资前景预测研究报告》分析，第三代半导体：更先进的材料，更优异的产品特性。第三代半导体材料是指带隙宽度达到2.0-6.0eV的宽禁带半导体材料，包括了碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），是制造高压大功率电力电子器件的突破性材料。相比硅基，SiC材料在热导率、开关频率、电子迁移率和击穿场强均具备优势，因此SiC材料具备更高效率和功率密度。从产业链来看，衬底是价值链核心，在成本SICSBD器件中，衬底价值量占比达到47%。我们认为，衬底价格下降是推动碳化硅产业链发展的核心环节，衬底行业的发展也是未来SiC产业降本增效和商业化落地的核心驱动因素。
市场空间仍待开发，产业链成熟度逐步提升。从市场空间上来看，根据Yole数据，预计2027年市场空间将超过60亿美元，仅碳化硅器件中的功率器件的市场规模将从2021年的10.90亿美金增长至2027年的62.97亿美金，GAGR达到34%，从细分行业需求来看，新能源产业链和充电基础设施将为增长最快领域。从供给端来看，目前整体产业链受限于SiC衬底产能、对衬底缺陷缺乏有效控制、向大尺寸衬底转移等因素，同时在外延膜生产设备基本依靠海外、厚度与掺杂浓度均匀性等因素，外延生产同样存在壁垒。多因素导致国内SiC市场短期仍表现为供不应求局面。
(资料图片)
海外厂商为主导，国内企业正加速追赶。从行业竞争角度来看，美欧日为主导，海外厂商例如Wolf speed已突破8英寸节点，国内企业还处于4、6英寸衬底导入阶段。但是国内企业目前正在加速追赶，在专利和市占率持续提升，国内碳化硅产业化带有“学研”基因极为突出，包括天岳、天科合达均为始于院校研究所。
渗透率提升市场空间打开，短期分歧不改长期趋势。市场对SiC产业呈现众多分歧，包括长期系统成本与单一成本成本分歧、技术进步对产业链冲击以及多制造环节的自主可控等，但我们认为针对新兴产业来说，随着未来长期衬底价格下降，SiC器件接受度和渗透率迎提升，短期分歧不改行业长期成长。
从SiC材料适用范围来看，碳化硅器件可广泛应用于高压、高频和大电流场景，因此十分适合光伏、新能源车和5G通信领域。
从电化学性质差异来看，SiC衬底材料可以分为导电型衬底（电阻率区间15~30mΩ·cm）和半绝缘型衬底（电阻率高于105Ω·cm），在不同衬底片上生长GaN外延制成HEMT等微波射频器件，应用于5G通信、卫星、雷达等领域。在导电型衬底片上生长SiC外延层，通过进一步加工制成SiCSBD，SiCMOSFET等功率器件，应用于新能源车电驱电控、OBD和DC/DC，光伏逆变电站、轨交、电网和航空领域。
SiC的发现始于1824年的瑞典科学家J.J.Berzelius，但是鉴于当时硅（Si）技术的卓越发展，SiC的研究工作没有再进一步。直到20实际90年代，Si基电力电子装置出现了性能瓶颈，再次激发了相关机构对SiC材料的研究兴趣。
由于Si和C之间的共价键比Si原子之间的要强，因此SiC材料要比Si材料具备更高的击穿电场强度、载流子饱和漂移速率、惹到行和热稳定性。SiC具有250多种不同晶体结构，但目前能商业化落地只有4H-SiC和6H-SiC，由于4H-SiC相比6H-SiC具备更高载流子迁移率，因此成为SiC基电力电子器件的首选。
在同电压场景下，宽禁带半导体能做到更薄和更低的电阻。相同规格的SiC基MOSFET和Si基MOSFET相比，导通电阻降低为1/200，尺寸减小为1/10；相同规格的使用SiC基MOSFET的逆变器和使用Si基IGBT相比，总能量损失小于1/4。
在OBC充电桩场景下，SiC更高的击穿电场强度，极低的导通电阻使得SiC能在22kW快充条件下实现更少期间数量和更高运行效率。在使用SiC材料情况下，相同功率条件下，期间个数也由22只硅基IGBT减少至14只SiCMOSFET。
在22kW双向OBC应用场景下，对比Si基和SiC基系统成本和经济效益。
Si的系统成本基本上是SiC基系统成本的1.18倍。其中SiC基器件组成OBC充电装时，栅极驱动、磁性DC/DC、磁性AC/DC要节能接近一半左右，Si基器件的总系统成本是SiC基器件的1.18倍。
从系统经济性角度来看，SiC基系统峰值效率能够达到97%，而Si基系统峰值效率仅为95%，同时SiC基的能量密度能够提升50%以上，具有非常强劲的性能提升。
第三代半导体行业加速发展，新能源产业链为增长驱动核心竞争力。尽管第三代半导体发现时间很早，但受制于成本和产业链不成熟等因素并未实现大规模商业化落地，2019年，以GaN-on-SiC等射频器件的推广，对设备开发，衬底和外延技术的推动形成了正向反馈。同时Wolfspeed已完成8英寸SiC衬底片的流片，6英寸产业链大规模商业化落地已逐步成型。
同时SiC功率器件广泛用于新能源汽车、光伏、轨道交通等领域，未来市场增速能够得到保证。同时国内市场也有多家企业布局SiC产业，未来市场竞争格局将持续深化。
预计27年市场空间将超过60亿美元。根据Yole测算，仅碳化硅器件中的功率器件的市场规模将从2021年的10.90亿美金增长至2027年的62.97亿美金，复合年增长率约34%。
从细分行业来看，新能源产业链和充电基础设施将为增长最快领域。
SiC器件主要应用在车载充电器、DC/DC转换器和主驱逆变器上。在2017年之前车载充电器主要以SiCSBD为主，而在2017年后SiCSBD和SiCMOSFET的方案已经成熟。在2018年，DC/DC转换器也由SiMOSFET逐渐变成以SiCMOSFET为主。
SiC功率器件主要应用于主驱逆变器、OBC、DC/DC车载电源转换器和大功率DC/DC充电器领域。随着未来800V电压平台推出，在大功率，大电流条件下减少损耗、增大效率和减小器件尺寸，电机控制器的主驱逆变器将不可避免从硅基IGBT替换为SiC基MOS模块，存量替代市场空间巨大。特斯拉（Tesla）在2018年，将Model3车型的主驱动逆变器中已经使用了SiCMOSFET，将SiIGBT替换为。
SiC器件后，新能源汽车逆变器效率可以大幅提升，相同续航下对电池容量需求降低，以及实现系统冷却体积和重量的优化，有效降低SiC器件本身带来的成本增加。
SiC功率器件主要应用于主驱逆变器、OBC、DC/DC车载电源转换器和大功率DC/DC充电器领域。随着未来800V电压平台推出，在大功率，大电流条件下减少损耗、增大效率和减小器件尺寸，电机控制器的主驱逆变器将不可避免从硅基IGBT替换为SiC基MOS模块，存量替代市场空间巨大。
