SiC行业深度报告:SiC全产业链拆解,新能源行业下一代浪潮之基(上)

（报告出品方/作者：财通证券，张益敏、吴姣晨）

1. SiC 性能优异，材料升级势在必行

SiC 是第三代宽禁带半导体材料，在禁带宽度、击穿场强、电子饱和漂移速度等 物理特性上较 Si 更有优势，制备的 SiC 器件如二极管、晶体管和功率模块具有 更优异的电气特性，能够克服硅基无法满足高功率、高压、高频、高温等应用要 求的缺陷，也是能够超越摩尔定律的突破路径之一，因此被广泛应用于新能源领 域（光伏、储能、充电桩、电动车等）。

1.1.什么是 SiC

半导体材料按被研究和规模化应用的时间先后顺序通常分为三代。 第一代：20 世纪 40 年代，硅（Si）、锗（Ge）开始应用，硅的自然储量大、制 备工艺简单，是当前产量最大、应用最广的半导体材料，应用于集成电路，涉及 工业、商业、交通、医疗、军事等人类生产生活的各个环节，但在高频高功率器 件和光电子器件应用上存在较大瓶颈。 第二代：20 世纪 60 年代，砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）在光电子、微电子、 射频领域被用以制作高速高频、大功率以及发光电子器件，能够应用于卫星通信、 移动通信、光通信、GPS 导航等。由于 GaAs、InP 材料资源稀缺、价格昂贵、 有毒性、污染环境，使得第二代半导体材料的应用具有一定的局限性。 第三代：20 世纪 80 年代，碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、金刚石（C）等为 代表的宽禁带（Eg＞2.3eV）半导体迅速发展，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，满足高电压、高频率场景，应用于高电压 功率器件、5G 射频器件等领域。

与 Si 材料相比，SiC 主要优势在于： 1）SiC 具有 3 倍于 Si 的禁带宽度，能减少漏电并提高耐受温度。 2）SiC 具有 10 倍于 Si 击穿场强，能提高电流密度、工作频率、耐压容量并减 低导通损耗，更适合高压应用。 3）SiC 具有 2 倍于 Si 的电子饱和漂移速度，所以可工作频率更高。 4）SiC 具有 3 倍于 Si 的热导率，散热性能更好，能够支持高功率密度并降低散 热要求，使得器件更轻量化。 因此，SiC 材料具有明显的材料性能优势，能满足现代电子对高温、高功率、高 压、高频、抗辐射等恶劣条件要求，适用于 5G 射频器件和高电压功率器件，满 足新能源领域（光伏、储能、充电桩、电动车等）对于轻量化、高能效、高驱动 力等要求。

1.2.我们为什么要用 SiC 做器件

SiC 器件包括二极管、晶体管和功率模块。2001 年英飞凌最先发布 SiC JBS 产 品；2008 年 Semisouth 发布了第一款常关型的 SiC JFET 器件；2010 年 ROHM 公司首先量产 SiC MOSFET 产品；2011 年 Cree 公司开始销售 SiC MOSFET 产品，2015 年 ROHM 继续优化推出了沟槽栅 MOSFET。目前， SiC SBD 二极管和 MOSFET 晶体管目前应用最广泛、产业化成熟度最高，SiC IGBT 和 GTO 等器件由于技术难度更大，仍处于研发阶段，距离产业化有较大 的差距。

SiC 器件因其材料特性表现优越电气性能： 1）导通、开关/恢复损耗更低： 宽带隙使得 SiC 器件漏电流更少，并且在相同耐压条件下，SiC 器件的导通电阻约为硅基器件的 1/200，因此导通损耗更低； Si FRD 和 Si MOSFET 从正向偏置切换到反向偏置的瞬间会产生极大的瞬态 电流，过渡到反向偏置状态会产生很大损耗。而 SiC SBD 和 SiC MOSFET 是 多数载流子器件，反向恢复时只会流过结电容放电程度的较小电流。并且，该瞬 态电流几乎不受温度和正向电流的影响，无论在何种环境条件下都可以实现稳定 快速（小于 20ns）的反向恢复。根据 ROHM，SiC MOSFET+SBD 的模组可 以将开通损耗（Eon）减小 34%，因此恢复损耗低； SiC 器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，根据 ROHM ， SiC MOSFET+SBD 的模组可以将关断损耗（Eoff）减小 88%，因此开关损耗更低。

2）器件得以小型化： SiC 禁带宽度决定了它能够以更高的掺杂浓度、更薄的膜厚漂移层制作出 600V 以上的高压功率器件（对于相同耐压的产品、同样的导通电阻，芯片尺寸更小）； SiC 饱和电子漂移速率高，所以 SiC 器件能实现更高的工作频率和更高的功率 密度，因频率的提升减少了电感、变压器等外围组件体积，从而降低了组成系统 后的体积及其他组件成本。 SiC 带隙宽并且导热率显著，不仅在高温条件下也能稳定工作，器件散热更容易， 因此对散热系统要求更低。

3）SiC 器件热稳定： SiC SBD 与 Si FRD 开启电压都小于 1V，但 SiC SBD 的温度依存性与 Si FRD 不同：温度越高，导通阻抗就会增加，VF 值会变大，不易发生热失控，提升系 统的安全性和可靠性。同等温度条件下，IF=10A 时 SiC 与硅二极管正向导通电 压比对，SiC 肖特基二极管的导通压降为 1.5V，硅快速恢复二极管的导通压降 为 1.7V,SiC 材料性能好于硅材料。 此外，Si MOSFET 的漂移层电阻在温升 100℃时会变为原来 2 倍，但 SiC MOSFET 的漂移层电阻占比小，其他电阻如沟道电阻在高温时会稍微下降，n+ 基板的电阻几乎没有温度依存性，因此在高温条件下导通电阻也不容易升高。

超越摩尔定律，新材料是突破路径之一。硅基器件逼近物理极限，摩尔定律接近 效能极限。SiC 器件作为功率器件材料端的技术迭代产品出现，能够克服硅基无 法满足高功率、高压、高频、高温等应用要求的缺陷。

2. 多领域需求驱动，SiC 市场规模可达 62.97 亿美元

2021-27 年全球 SiC 功率器件市场规模 CAGR 为 34%。SiC 器件被广泛用于 新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、国防军工等领域。Yole 数据显 示，全球 SiC 功率器件市场规模将由 2021 年的 10.9 亿美元增长至 2027 年的 62.97 亿美元，2021-27 年 CAGR+34%。此外，根据 CASA Research 统 计，2020 年国内 SiC、GaN 电力电子器件市场规模约为 46.8 亿元，较上年同 比增长 90%，占分立器件的比例为 1.6%。并且预计未来五年 SiC、GaN 将以 45%的年复合增长率增至近 300 亿元。

根据 Yole，新能源汽车、光伏储能是 SiC 市场增长的主要驱动力。 1）全球新能源汽车 SiC 功率器件市场规模 2019 年为 2.3 亿美元，占比为 41.6%， 2021 年 6.8 亿，占比为 62.8%，预计至 2027 年增加至 49.9 亿美元，占比提 升至 79.2%，2021-27 年 CAGR 为 39.2%。 2）光伏储能是 SiC 功率器件第二大应用市场，2021 年该全球市场规模为 1.5 亿美元，预计至 2027 年增加至 4.6 亿美元，2021-27 年 CAGR 为 20.0%。 据 CASA 预测，2021-26 年中国第三代半导体电力电子市场将保持 40%年均 增速，到 2026 年市场规模有望达 500 亿元。其中，车用第三代半导体市场将从 40.5 亿元增长至 267.3 亿元；充电桩用第三代半导体市场从 0.54 亿元增长至 24.9 亿元；光伏用第三代半导体市场从 5 亿元增长至 20 亿元。

2.1.新能源车是 SiC 器件应用的最大驱动力，或迎替代机遇

2.1.1. 角度一： SiC 电驱系统抢先上车，体积、损耗有效下降

SiC 功率器件做电驱，电力损耗有效下降。新能源汽车系统架构中涉及到功率半 导体应用的组件包括：电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车 载 DC/DC）和非车载充电桩。其中电驱是 SiC 功率器件最主要的应用部位，行 业内也都率先在电驱采用 SiC 器件。 根据美国能源部对纯电动车Nissan-Leaf的能耗分析，电驱能量损耗约为16%， 其中功率器件占其中的 40%，因此，电控里功率器件能量损耗约占整车的 6.4%。 若使用 SiC 器件，通过导通/开关等维度，总损耗相比硅器件下降 70%，全车总 损耗下降约 4.48%，也相当于相同的电池容量下行驶里程提升比例。 据汽车日报拆分，动力电池占纯电动汽车总成本的 40%-50%，假设某中高端电 动车价格为 20 万元，电池成本约 8-10 万元，如以 SiC 方案提升里程 5%计算， 相同性能的产品条件下，仅电池系统就为总成本节省 4000-5000 元。

采用 SiC 可减小电力电子系统体积、减少能量损失。SiC 模块可以在实现 50kHz 以上的高频驱动（传统 IGBT 模块无法实现），推动电感等被动器件的小型化。 另外，IGBT 模块存在开关损耗引起的发热问题，只能按照额定电流的一半进行 使用，而 SiC 模块开关损耗较小，即使在高频驱动时也无需进行大幅的电流降 额，散热系统要求也相对较低，同样减小了 SiC 器件的体积。采用 SiC 模块可 以加速高集成、高密度三合一电驱的推进，实现系统性体积的缩小，进而带来风 阻（占驱动损耗的 1/3）的减小，促进能量损耗进一步降低。

使用 SiC 并未增加整车成本。虽然 SiC 器件成本高于硅基器件，但使用 SiC 器 件可以降低系统体积、降低电池损耗、提升续航里程，从而促进整车成本的降低。 据 Wolfspeed(Cree)测算，在新能源汽车使用 SiC 逆变器，可以提升 5%-10% 的续航，节省 400-800 美元的电池成本，与新增 200 美元的 SiC 器件成本抵 消后，还能实现 200-600 美元的单车成本节约，未来，随着 SiC 规模化量产之 后，成本有望逐步降低，将为整车成本创造更大空间。

SiC 在城市工况、电池容量大、电压低的方向上能够提升更大系统效率。一方面， 电池基础容量越大，可以提升的绝对里程数就越多；锂电池成本越高，可以节省 的单位电池成本越大。另一方面，在固定电池电压后，电池功率近似跟输出电流能力成正比，输出电流能力近似跟芯片的使用数量成正比，功率约高则相应使用 SiC 器件越多，替换成本越高。此外，越是处于频繁开关/频繁刹车加油的低速工况下，获得的效率优势就更高， 所以在城市工况中运行，使用 SiC 器件带来的效率提升的优势更加明显。2018 年特斯拉在其 Model3 车型首次将 Si IGBT 换成了封装尺寸更小的 SiC 模块， 使开关损耗降低了 75%，系统效率提高了 5%，续航里程提升 5-10%。

2.1.2. 角度二：电动汽车架构向高压过渡，成为 SiC 上车催化剂

补能时间长是新能源汽车的最大痛点。如今车企推出的电动汽车续航多在 500km 上下，甚至高达 700km，和普通燃油车续航里程接近，续航已不再是最 大负累。但是电动车还是面临里程焦虑的问题，主要原因还是燃油车加油时间仅 为 15 分钟，而电动车快充至少需要 60 分钟，在高峰期充电排队等候时间亦进 一步拉长。

续航越高、充电效率越高，电动车在通勤中耗时与燃油车约接近。根据《Enabling Fast Charging:A Technology Gap Assessment》做的一项实验：在 525 英 里（1 英里=1.6 公里）的旅程中，普通燃油车只需要加油一次，总耗时 8 小时 23 分钟；而续航 300 英里 400KW 的直充电动车单次充电仅需 23 分钟，旅途 总计耗时 8 小时 31 分钟，整体耗时不输燃油车。

根据 P=UI，提升充电效率的方向有二，提升电压最佳。根据发热量公式 Q=I2Rt， 提升电流模式充电过程会产生大量热量，对汽车散热系统和热管理有更高的要求。 在用大电流充电时，还会导致极化现象出现、电池内部化学反应不充分，对于电 池的伤害较大。此外，大电流模式的应用场景有限制，目前大电流模式仅在 10%- 20%SOC 进行最大功率充电，在其他区间充电效率也有明显下降。而提升电压 模式除了减少能耗、提高续航里程外，还有减少重量、节省空间等优点，是目前 厂商普遍采用的模式。

相同功率下高电压比大电流更优。华为分别测算了高电压 800V/250A，大电流 400V/500A，相较基准 400V/250A 的电池系统成本和整车成本变化，高电压 架构下整车成本的上升不足 2%，比大电流方案更优。根据戴姆勒奔驰研究，在 800V 高压平台采用 SiC 模块较硅基 IGBT 模块整车低了 7.6%的能耗，相比中 低压能耗降低更多。

越来越多汽车厂商布局 800V 平台。受限于硅基 IGBT 功率元器件的耐压能力， 之前电动车高压系统普遍采用的是 400V 电压平台。如今，高压快充路线受到越 来越多主机厂的青睐，先是保时捷 TaycanTurboS、小鹏，随后现代、起亚等国 际巨头，比亚迪、长城、广汽等国内主机厂也相继推出或计划推出 800V 平台， 高压快充体验将会成为电动车市场差异化体验的重要标准。未来，随着市场对续 航里程、充电速度要求的提高，电动车电压有望升至 800V-1000V。

高压架构未来向中小车型渗透。根据车型划分，可将乘用车划分为 A00、A0、 A、B、C 级车等多个级别。根据各车企官网数据，A 级以下微型或小型车型普 遍采用低压系统，而在 B 级/C 级中大型车型中，高压平台逐渐普及。长期看快 充对于中小车型亦是刚需，800V 架构升级具备长期趋势。

高电压平台需要各部件耐高压、耐高温，将导致 SiC 器件的替代需求显著增长。 高压平台看起来只是升高了整车的电压，但对于技术的开发和应用，却是“牵一 发而动全身”的系统工程。 1）电机电控：800V 平台要求下，硅基 IGBT 的开关/导通损耗将大幅升高，而 SiC 器件在耐压、开关频率、损耗等多个维度表现优异，因此电机控制器需要采 用 SiC MOSFET 代替硅基 IGBT。 2）车载 OBC：主流功率从 3.6kW、6.6kW 升级到 11kW、22kW，并向双向 逆变升级。双向 OBC 不仅可将 AC 转化为 DC 为电池充电，同时也可将电池的DC 转化为 AC 对外进行功率输出，需要使用 SiC 器件。 3）DC/DC：直流快充桩原本输出电压等级为 400V，可直接给动力电池充电， 但车系统平台升级为 800V 后需要额外的升压产品使电压能够上升到 800V，配 合 OBC 给动力电池进行直流快充。此外，DC/DC 转换器还可将高电池电压转 换为低电压，为动力转向系统、空调以及其他辅助设备提供所需的电力，同样需 要耐高压材质的 SiC 器件。 4）空调压缩机：由电动机驱动，为系统提供主动制冷/热的动力，在汽车热管理 系统中处于重要地位，随着动力源向更高电压切换，SiC 器件有很大的优势。

实现大功率快充的高压系统架构共有三类，全系高压快充有望成为主流架构。 1）全系高压，即800V 电池+800V 电机电控+800V OBC、DC/DC、PDU+800V 空调、PTC。全系高压的优势是能量转化率高，但是短期成本较高，但长期来看， 产业链成熟以及规模效应具备之后，整车成本下降。 2）部分高压，即 800V 电池+400V 电机、电控+400V OBC、DC/DC、 PDU+400V 空调、PTC。部分高压的优势是基本沿用现有架构，仅升级动力电 池，车端改造费用较小，短期有较大实用性，但是能量转化率没有全系高压高。 3）全部低压架构，即 400V 电池（充电串联 800V，放电并联 400V）+400V 电机、电控+400V OBC、DC/DC、PDU+400V 空调、PTC。其优势是短期成 本最低，但是对充电效率提升有限。

高压将进一步加速主驱、OBC 和 DC/DC 的 SiC 渗透率提升。以 22kW 800V 双向 OBC 为例，从 Si 转到 SiC 设计，因从一个三电频降到两电频开关拓扑， DC 端器件数量从 16 颗到降到了 8 颗器件，驱动电路、pcb 板面积也减半，同 时提高了运行效率，替换具有显著优势。根据 CASA 预测，SiC 功率器件渗透 率将在电机逆变器及 DC/DC 器件中持续增长。

2.1.3. 角度三：充电桩向大功率方向发展，SiC 器件渗透率进一步提升

中国公共充电桩快速增长，总量占比超过全球半数。IEA 数据显示，2021 年全 球共公共充电桩保有量为 176 万个，其中有 120 万个为低速充电桩（功率≤ 22kW），56 万个为高速充电桩（功率＞22kW）。根据各国已宣布的气候承诺方 案，预测 2022-30 年全球年均建设 100 万/50 万个低速/高速充电桩，2030 年全球将拥有 1000 万/550 万个低速/高速充电桩。 2021 年底中国拥有 115 万个公共充电桩，占全球 65%。根据中国电动汽车充 电基础设施促进联盟发布的最新数据，2022 年 1-9 月新增公共充电桩 48.9 万 台，充电配套设施建设逐步完善。

我国有望于 2025 年在城市和城际重点区域实现 2-3C 公共充电桩的初步覆盖。 根据《中国电动车充电基础设施发展战略与路线图研究（2021-2035）》，我国将 于 2025 年实现 2-3C 的充电桩在重点区域的城市和城际公共充电设施的初步 覆盖；于 2030 年实现 3C 及以上公共快充网络在城乡区域与高速公路的基本覆 盖；于 2035 年实现 3C 及以上快充在各应用场景下的全面覆盖。

充电桩向大功率方向发展。《交通运输部关于推动交通运输领域新型基础建设的 指导意见》中明确要在高速公路服务区建设超级快充、大功率充电汽车充电设施。 据 EVICPA 统计，2016-20 年中国新增直流桩的平均功率从 70kW 提升至 131kW，在新增直流桩中 150kW 的比例从 9%增至 28%；从用户使用习惯的 角度来看，99.3%用户在公用场站充电选择快充桩，87%用户选择 120kW 及以 上的大功率充电桩。国家电网是国内最大的充电桩公开招标企业，2022 年招标 的充电桩中，功率为 160kW、240kW 和 480kW 的占比分别为 53%、3%和 16%，160kW 超越 80kW 成为主力招标功率。

更高功率、更多数量的超充站布局。截至 2022 年 6 月，特斯拉在中国大陆已建 立 1200 多座超级充电站，8700 多个超级充电桩，其 V3 充电桩功率为 250kW， 未来还将推出峰值充电功率 350kW 的 V4 充电桩；小鹏汽车 22 年 8 月发布峰 值充电功率为 400kW 的 S4 超快充桩，计划到 23 年新增超过 500 座以上、到 25 年累计建设 2000 座超快充站。此外，2022 年 7 月中国主导发起的 ChaoJi 直流充电接口标准在 IEC 全票通过，有望促进超级充电基础设施加速布局。

大功率充电桩带动 SiC 渗透率不断提升。对于充电桩而言，采用 SiC 模块可将 充电模块功率提高至 60KW 以上，而采用 MOSFET/IGBT 单管的设计还是在 15-30kW 水平。同时，和硅基功率器件相比，SiC 功率器件可以大幅降低模块 数量。因此，SiC 的小体积优势在城市大功率充电站、充电桩的应用场景中具有 独特优势。

充电桩运营商从减少损耗率和储能对双向电流需求两方面，也倾向使用 SiC。 （1）对特来电、星星充电为首的公共充电桩运营商而言，从国家电网买电，到 给新能源车主充电的过程中，存在约 2%的损耗，通过使用 SiC 能够将损耗降低 到 0.5%，则运营成本能显著降低，加快回收投资。 （2）随着局部地区充电站数量增多、密度变大的情况，为了平抑对电网的冲击， 需要配套储能系统，在夜间进行储能，充电高峰期间通过储能电站和电网一同为 充电站供电，实现削峰填谷。充电与储能环节的电流方向变化，而 IGBT 只能单 向流通，使用 SiC 是唯一选择。

市场上主要由交流桩和直流桩两种充电桩类型构成。交流桩因为其技术成熟成本 较低，可接入 220V 居民用电而成为公共充电桩的主流，但其充电效率低，耗时 长，主要适用于家用领域，目前大多仍使用硅基功率器件，随着 SiC 功率器件成 本降低，未来交流充电桩中 SiC 功率器件的渗透率将进一步提升。 直流充电桩充电速度较快，但技术复杂且成本高昂，因此早期推广速度不如交流 充电桩；但对于公共充电桩来说，提升充电效率是用户的关注核心。根据 IEA 统 计，全球 22kW 以上的快充桩占比从 2015 年的 14.4%，上升至 2021 年的 31.8%，公共充电桩中直流桩的渗透率持续提升。据中国充电联盟发布的数据显 示，截止 2022 年 9 月我国 163.6 万台公共充电桩中，交流桩达到 93.1 万台， 而直流桩为 70.4 万台，直流桩占比 43.1%。直流充电桩技术的未来研发市场十 分广阔，SiC 功率器件需求量进一步增加。

2.1.4. 车用 SiC 解决方案市场规模可达 240 亿元人民币

由于 SiC 器件在新能源车用领域的优势，随着 SiC 在新能源车领域的应用，SiC 成本的降低，各大厂商纷纷布局 SiC，未来 SiC 在车用领域渗透率会越来越高。

SiC 新能源汽车市场规模：根据 EV-Volumes 最新数据，全球 2022H1 新能源 汽车销量达 430 万辆，同比+62%，新能源汽车渗透率提升至 11.3%。预计到 2025年全球新能源汽车销量有望接近 2000万辆，渗透率有望突破 20%，2021- 25 年复合增长率有望达 30%以上。 我们假设车规 SiC 电驱模块价值量约为 3000-4000 元，加之 OBC、DC/DC 等部件使用，整车的 SiC 器件价值量约为 4500 元。中压车和低压车会部分采用 SiC 器件，通过对不同电压新能源车渗透率的计算，我们预计全球车用 SiC 器件 市场规模有望在 2025 年达到 240 亿元以上。

2.2. SiC 赋能光伏发电，市场规模有望增长至百亿元

政策驱动光伏国产化进程加速，新增装机量持续提升。光伏逆变器是可以将光伏 （PV）太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电（AC）的逆变器， 可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。根据中国光伏行业协会 （CPIA）数据，2021 年全球光伏新增装机规模有望达到 170GW，创历史新高，各国光伏新增装机数据亮眼，其中中国新增装机规模 54.88GW，同比增长 13.9%。 未来在光伏发电成本持续下降和全球绿色复苏等有利因素的推动下，全球光伏市 场将快速增长，预计“十四五”期间，全球光伏年均新增装机超过 220GW，我 国光伏年均新增装机或将超过 75GW。

SiC 赋能光伏发电，转换率提升显著。光伏系统是 SiC 器件除了汽车领域外的 重要应用领域之一。根据天科合达招股说明书，使用 SiC MOS 或 Si MOS 与 SiC SBD 结合的功率模块的光伏逆变器，转换效率可以从 96%提升至 99%， 能效损耗降低 50%以上，设备循环寿命提升 50 倍，从而缩小系统体积、增加功 率密度、延长使用寿命。SiC 还可以通过降低无源元件的故障率、减少散热器尺 寸、减少占地面积和节省安装成本等方式间接节约成本。

海外布局较早，国内 SiC 企业也逐渐将产品导入到光伏市场。在海外，英飞凌、 富士电机等全球知名厂商早在 2012 年起开始布局、开发、量产应用 SiC 器件的 光伏逆变器产品。三安、瞻芯、泰科天润等企业都已经与国内主流的光伏逆变器 生产企业进行合作，逐步扩大产能继续带动国产 SiC 器件的应用。

光伏逆变器市场规模有望增长至百亿元。CPIA 预测到 2025 年，乐观情景下全 球光伏新增装机量有望超 330GW。受益于光伏装机量上升，逆变器市场需求将 大幅增长，我们测算 2025 年全球 SiC 光伏逆变器新增市场有望增长至 108.90 亿元。

2.3.应用场景多点开花，渗透率逐步提升

1）轨道交通

SiC 特性满足轨交发展需求，节能提升符合“双碳”大趋势。SiC 高温高频耐高 压的特性可满足轨道交通大功率和节能需求，因此轨道交通中牵引变流器、辅助 变流器、主辅一体变流器、电力电子变压器、电源充电机尤其有使用 SiC 器件的 需求。 以牵引变流器为例，作为机车大功率交流传动系统的核心设备，使用 SiC 器件能 提高牵引变流器装置效率，从而满足轨道交通大容量、轻量化和节能型牵引变流 装置的应用需求，并提升系统的整体效能。根据中国城市轨道交通协会统计的数 据，使用 SiC 牵引逆变器可以节省至少 10%以上的电能耗，如果我国全面采用 SiC，以 2019 年全国轨交总电能耗为例，可节省 15.26 亿度电，相当于北京一 年的轨交电能耗。

2）智能电网

未来智能电网将大量采用电力电子装置来实现新能源接入,功率半导体器件是核 心元件，传统硅基功率半导体器件的发展已接近其物理极限,新一代 SiC 功率器 件的优异性能可以满足未来智能电网对高效率,高性能的需求，采用 SiC MOSFET 可以大幅度减小功率损耗,特别是器件的通态损耗，相比于采用硅基 MOSFET 的电力电子变换器,采用 SiC 功率器件损耗可以减少 60%以上，未来随着智能电网产业的升级，SiC 功率器件替代硅基半导体器件或将成为必然。

3）其他

由于 SiC 器件工作频率和效率较高、耐温性较强等特性，其对功率转换（即整流 或者逆变）模块中电容电感等被动元件以及散热片的要求大大降低，预期使用 SiC 器件可对整个工作模块产生优化，从而满足当前器件小型化和效率提升要求。 预期未来在 PFC 电源、不间断电源（UPS）、电机驱动器、风能发电以及铁路 运输等领域，SiC 应用场景可持续扩大。

3. 技术升级成本下降，SiC 落地拐点渐行渐近

SiC 产业链可以分为衬底材料制备、外延生长、芯片设计、器件制造和应用。SiC 晶体生长后经过切割、研磨、抛光、清洗等工序加工形成 SiC 衬底；在符合质量 要求的衬底材料上生长出新的半导体晶层作为外延，是影响元件的基本性能；最 后配合电路设计、封装形成功率器件，应用于下游市场。 衬底在 SiC 器件制造中占据核心地位。SiC 成本分布较硅基不同，据 Telescope Magazine 数据，传统硅晶圆中衬底部分占比前道工序平均成本结构的 7%，晶 圆制造设备及工艺占比最高达 50%。由于 SiC 晶体生长速度缓慢且制造难度大， 据前瞻产业研究和 CASA Research 在 2020 年发布的数据，衬底和外延在 SiC 功率器件成本结构中占比分别为 47%和 23%，二者合计占比 70%，是 SiC 器 件的核心。

产业呈现美、欧、日三足鼎立格局。玩家纷纷布局 SiC 业务，海外企业如 Wolfspeed、ROHM、ST 等具有先发优势，在产业链的多个环节具备较强的产 业优势；国产企业也正在加速入局积极追赶，目前已初步实现了全产业链自主可 控。

3.1.衬底是影响渗透率提升的关键，高成长高壁垒

SiC 衬底可分为半绝缘型和导电型两种，由于 SiC 衬底制备晶体温度要求严格、 良率低、时间长，导致成本居高不下，价格是硅基衬底的 4-5 倍。行业通过尺寸 大化、提高切割良率等方式正逐步缩小与硅基产品的价差。当前以 Wolfspeed 为龙头的欧美日企业在 SiC 衬底市场占据多数份额，在上游供给紧缺的情况下， 国际巨头正加紧完善产业布局，主要的措施包括了扩大产能，与上游衬底厂商锁 定订单，收购衬底厂商等，全球也迎来了对 SiC 衬底的扩产、收购潮。国内专注 做 SiC 衬底且规模较大的企业主要为天岳先进、天科合达、河北同光及山西烁 科，竞争优势有望持续扩大。

3.1.1. SiC 衬底制备困难导致高成本，6 英寸晶片成为市场主流

SiC 衬底分为半绝缘型和导电型。半绝缘型 SiC 衬底指电阻率高于 105Ω·cm 的 SiC，主要用于生长 GaN 外延层制作射频器件；导电型 SiC 衬底指电阻率在 15-30mΩ·cm 的 SiC，主要用于生长 SiC 外延层制造耐高温、耐高压的功率 器件。导电型 SiC 衬底可通过 N 和 Al 作为掺杂剂实现 N 型和 P 型导电性，目 前产品以 N 型为主（氮气掺杂）。因下游新能源汽车、光伏等应用领域需求处于 高速增长阶段，SiC 导电型衬底未来将占据 SiC 市场主导地位。

各施其能，各尽其长，两种衬底未来前景广阔。根据 Yole 数据，随着 5G 基站 建设和雷达下游市场对射频器件的大量需求，半绝缘型 SiC 衬底市场规模有望 取得较快增长。应用半绝缘型 SiC 衬底的氮化镓射频器件全球市场规模有望在 2026 年达到 24 亿美元，复合增长率为 18%。而受益新能源市场发展，全球应 用导电型 SiC 衬底的 SiC 功率器件市场规模 2027 年有望达到 62.97 亿美元， 复合增长率为 34%。下游应用市场的高速发展将带动上游衬底市场规模的快速 增长，导电型衬底市场潜力高于半绝缘型衬底。

SiC 衬底生产流程与硅基类似，晶体为流程核心： 1） 原料合成&晶体生长。将高纯硅粉和高纯碳粉按一定配比混合，在 2000℃ 以上的高温下反应合成 SiC 颗粒。经过破碎、清洗等工序，制得满足晶体生长要 求的高纯度 SiC 微粉原料。并以高纯度 SiC 微粉为原料，使用晶体生长炉生长 SiC 晶体。 2） 晶锭加工&切割。将制得的 SiC 晶锭使用 X 射线单晶定向仪进行定向后磨 平、滚磨，加工成标准直径尺寸的 SiC 晶体。使用多线切割设备，将 SiC 晶体 切割成厚度不超过 1mm 的薄片。 3） 晶片研磨&抛光。通过不同颗粒粒径的金刚石研磨液将晶片研磨到所需的平 整度和粗糙度，并利用机械抛光和化学机械抛光方法得到表面无损伤的 SiC 抛 光片。 4） 晶片检测。使用光学显微镜、X 射线衍射仪、原子力显微镜、非接触电阻率 测试仪、表面平整度测试仪、表面缺陷综合测试仪等仪器设备，检测 SiC 晶片的 微管密度、结晶质量、表面粗糙度、电阻率、翘曲度、弯曲度、厚度变化、表面 划痕等各项参数指标，据此判定晶片的质量等级。 5） 晶片清洗。以清洗药剂和纯水对 SiC 抛光片进行清洗处理，去除抛光片上残 留的抛光液等表面污物，再通过超高纯氮气和甩干机将晶片吹干、甩干将晶片在 超净室封装在洁净片盒内形成可供下游即开即用的 SiC 晶片。

物理气相传输法是制备 SiC 衬底最常用的方法。目前 SiC 晶体生长包括物理气 相传输法（PVT）、高温化学气相沉积法（HT-CVD）、液相法（LPE）三种。 1）PVT 法将高纯 SiC 微粉和籽晶分别置于单晶生长炉内圆柱状密闭的石墨坩 埚下部和顶部，用中频感应线圈将坩埚加热至 2000℃以上并控制籽晶处温度略 低于下部微粉，SiC 微粉在温度梯度下升华形成硅原子、SiC2 分子、Si2C 分子等不同气相组分的反应气体，并在籽晶上结晶形成圆柱状 SiC 晶锭，生长速率一 般为 0.2-0.4mm/h 左右。 2）HT-CVD 法是 SiH4、C2H4、C3H8 等反应气体和载气从底部通入向上输 运，到达放置在顶端的籽晶夹具处，在 18000-2300℃加热区域内部完全分解 并发生反应形成硅和 SiC 团簇，这些团簇升华并在籽晶上生长。然后，残余气体 从反应室顶部排出，生长速率一般为 0.3-1mm/h 左右。 3）LPE 法以 1800℃熔融硅作为溶剂、以坩埚内壁的石墨作为溶质，构成碳饱 和的硅熔体。SiC 籽晶粘结在石墨棒底端。由于固液界面相对于熔体内部温度较 低，从而使籽晶附近的熔体处于过饱和状态，SiC 沿衬底的晶体结构沉析出来成 长为晶体，每小时 0.5-2mm/h 左右。 因设备价格低、温度场调节灵活等优势，PVT 法是目前技术成熟度最高、应用最 广泛的方法。而气态的高纯碳源和硅源比高纯 SiC 粉末更容易获得，并且由于气 态源几乎没有杂质，HT-CVD 法更容易生长出高纯半绝缘（HPSI）半导体，通 过控制通入的氮或者硼的流量，就可以控制 SiC 晶体的掺杂和导电强弱。液相法 由于生长过程处于稳定的液相中，没有螺旋位错、边缘位错、堆垛层错等缺陷， 生长晶体因尺寸较小目前仅用于实验室生长，但却是另一种重要的方向和未来发 展的储备。

SiC 衬底制备难度大导致其价格居高不下。对比传统硅材，SiC 衬底制备具有晶 体温度要求严格、良率低、时间长等特点，导致成本价格居高不下，是硅基衬底 的 4-5 倍。 1）温场控制困难：Si 晶棒生长只需 1500℃，而 SiC 晶棒需要在 2000℃以上 高温下进行生长，并且 SiC 同质异构体有 250 多种，但用于制作功率器件的主 要是 4H-SiC 单晶结构，如果不做精确控制，将会得到其他晶体结构。此外，坩 埚内的温度梯度决定了 SiC 升华传输的速率、以及气态原子在晶体界面上排列 生长方式，进而影响晶体生长速度和结晶质量，因此需要形成系统性的温场控制 技术。与 Si 材料相比，SiC 生产的差别还在如高温离子注入、高温氧化、高温 激活等高温工艺上，以及这些高温工艺所需求的硬掩模工艺等。 2）晶体生长缓慢：Si 晶棒生长速度可达 30～150mm/h，生产 1-3m 的硅晶棒 仅需约 1 天的时间；而 SiC 晶棒以 PVT 法为例，生长速度约为 0.2-0.4mm/h， 7 天才能生长不到 3-6cm，长晶速度不到硅材料的百分之一，产能极为受限。 3）良品参数要求高、良率低：SiC 衬底的核心参数包括微管密度、位错密度、 电阻率、翘曲度、表面粗糙度等，在密闭高温腔体内进行原子有序排列并完成晶 体生长，同时控制参数指标，是复杂的系统工程。 4）材料硬度大、脆性高，切割耗时长、磨损高：SiC 莫氏硬度达 9.25 仅次于金 刚石，这导致其切割、研磨、抛光的加工难度显著增加，将一个 3cm 厚的晶锭 切割 35-40 片大致需要花费 120 小时。另外，由于 SiC 脆性高，晶片加工磨损 也会更多，产出比只有 60%左右。

SiC 衬底成本可以通过做大尺寸、降低切割损耗和提高良率等方式下降。 1）大尺寸 SiC 衬底是重要发展方向。 SiC 衬底主要有 2 英寸（50mm）、3 英寸（75mm）、4 英寸（100mm）、6 英 寸（150mm）、8 英寸（200mm）英寸等规格。据 wolfspeed，从 6 英寸到 8 英寸，单片衬底可切割芯片数量由 488 增至 845 个，边缘浪费由 14%减至 7%。 因此随着衬底的尺寸越大，边缘的浪费就越小、制备的芯片数量增多，促进单位 芯片成本的降低。因此，大尺寸是 SiC 衬底制备技术的重要发展方向。

国际 SiC 商业化衬底以 6 英寸为主，逐步向 8 英寸过渡。在半绝缘型 SiC 衬底 市场主流产品规格为 4 英寸；在导电型 SiC 衬底市场主流产品规格为 6 英寸。 行业领先者 Wolfspeed、II-VI、ST、Onsemi、Soitec、ROHM 等已成功研发 8 英寸产品，国际龙头企业已陆续开始投资建设 8 英寸 SiC 晶片生产线，预计 5 年内 8 英寸全面商用。 国内 SiC 商业化衬底以 4 英寸为主，逐步向 6 英寸过渡。国内企业起步较晚， 研发进度稍慢，但也完成了 6 英寸衬底的布局，与国外差距不断缩小。2020 年 山西烁科晶体 SiC 衬底项目投产，同时天科合达、河北同光晶体、南砂晶圆等几 大衬底生产商均在扩张 6 英寸衬底产能。

2）提高材料使用效率： 提高衬底切割良率。由于 SiC 的莫氏硬度为 9.5，硬度与金刚石接近，只能用金 刚石材料进行切割，切割难度大，切割过程中易碎，保证切割过程稳定获得低翘 曲度的晶片是技术难点之一，可以通过激光切割或其他技术手段减少当前线切割 工艺的损耗。例如英飞凌收购的 Siltectra 使用的一种冷切割技术基于激光的技 术采用化学物理过程，利用热应力产生一种力，该力沿着所需的平面以极高的精 度分裂材料，并且几乎不产生割缝损失。可使得原材料损耗从传统 75%减至 50%， 减少耗材成本，同时能够使单片晶圆产出的芯片数量翻倍。

国内大族激光已生产出 SiC 晶锭激光切片机、SiC 超薄晶圆激光切片机设备，运 用的 QCB 技术可在原来传统线切割的基础上大幅提升产能，以切割 2cm 厚度 的晶锭，分别产出最终厚度 350um、175um 和 100um 的晶圆为例，产能提升 幅度分别为 40%、120%和 270%，目前设备正处于量产验证阶段。

3）减少损耗、良率提升促 SiC 成本下降。目前主流商用的 PVT 法晶体缺陷控 制难度大导致衬底良率低，各厂商通过技术投入研发逐年提升 SiC 衬底良率。例 如天岳先进设计不同尺寸 SiC 单晶生长炉，对坩埚、保温进行了设计，实现了均 匀热场结构，提升晶体质量和良率，其 SiC 衬底良率近年来保持在 70%以上。 Wolfspeed 的 8 英寸 SiC 衬底良率在经过化学机械抛光(CMP)后预期良率在 95%之上，因此拥有产品定价权。随着衬底厂商完成低缺陷密度单晶生长工艺及 厚单晶生长工艺研发后，衬底单位面积价格将会快速的下降。

2027 年 SiC 衬底市场规模将达到 33 亿美元。随着 5G 市场对 SiC 基氮化镓器 件需求的增长，以及新能源领域对功率半导体的旺盛需求，将带动 SiC 衬底的市 场规模逐步扩张。结合 wolfspeed 的经营情况，到 2027 年全球 SiC 衬底材料 市场规模预计将达到约 33 亿美元。

3.1.2. SiC 衬底呈美、欧、日三足鼎立格局

国外企业市占率高，美国 Wolfspeed 全球独大。由于芯片制造企业对 SiC 衬底 的选用极为慎重，美国 Wolfspeed（Cree）布局较早，良率和产能规模都在全 球处于领先的地位，其市场份额约为 45%呈现一家独大的竞争格局。按地域分， 美国占据全球约 58%的市场份额。欧洲和日本的 SiC 企业占据了剩余的大部分 份额。国内企业的市占率约为 8%，主要有天科合达、天岳先进等。

按类型分，Wolfspeed市占率在导电型和半绝缘型衬底领域中亦最高。根据Yole 数据，全球半绝缘型 SiC 衬底市场中，2020 年 Wolfspeed（Cree）、II-VI、 天岳先进市占率总计高达 98%，形成三足鼎立的态势。全球导电型 SiC 衬底市 场中，2018 年美国 Wolfspeed（Cree）市占率为 62%，遥遥领先于其他厂商， II-VI 和 ROHM 份额分别为 16%和 12%，三家合计占比高达 90%;陶氏、昭和 电工、ST（Norstel）等厂商分配剩余 10%的份额，国内厂商天科合达和天岳先 进占比分别为 1.7%和 0.5%，相对较低。

3.2.外延是提高 SiC 器件性能及可靠性的关键

SiC 外延材料生长技术成熟，壁垒相对较低，由于外延市场处于产业链中间环节， 衬底/器件厂商具备一定外延能力，因而市场规模以及玩家数量相对较小。主要 系国外 SiC 设备昂贵且交期慢，行业由 Wolfspeed 和昭和电工双寡头垄断。国 内主要玩家为东莞天域、瀚天天成和南京百识，随着国产 SiC 外延设备突破， 未来该环节利润会逐步回归正常水平。

SiC 外延工艺是提高 SiC 器件性能及可靠性的关键。SiC 外延是指在衬底的上 表面生长一层与衬底同质的单晶材料 4H-SiC。外延层可减小晶体生长和加工中 引入的缺陷带来的影响，使 SiC 表面晶格排列整齐，形貌较衬底大幅优化。在此 基础上制造的功率器件，器件性能和可靠性将显著提升。 SiC 外延材料生长方法与晶体生长方法相近。主要有升华外延（PVT）、液相外 延（LPE）、分子束外延（MBE）和化学气相淀积（CVD）。化学气相淀积是 SiC 外延生长中最常用的方法，其生长机理是以高纯氢气或者氩气作为载气，将反应 源气体（如 SiH4、C3H8 等）带入淀积室化学反应后生成 SiC 分子并沉积在衬 底上，生长出晶体取向与衬底相同的 SiC 单晶外延层。常用设备为热壁式水平外 延炉，典型生长温度范围为 1500～1650℃，生长速率 5～30μm/h。

在中、低压应用领域，SiC 外延的技术相对是比较成熟的。基本上可以满足低中 压的 SBD、JBS、MOS 等器件的需求，例如一个 1200 伏器件应用的 10μm 的外延片，它的厚度、掺杂浓度都非常优秀，而且表面缺陷可以达到 0.5 平方以 下。然而在高压领域外延的技术发展相对比较滞后。展示的应用于 2 万伏的器件 上的 200μm 的一个 SiC 外延材料，它的掺杂浓度均匀性、厚度和浓度都比低 压的要差很多。

SiC 外延生长技术的不断发展。经过几十年的不断发展完善，行业通过台阶控制 外延法、TCS 法等改进生长工艺，提升生长速率、保障晶型稳定。以行业龙头企 业道康宁（Dow Corning）为例，该公司生长的 6 英寸 4H-SiC 同质外延材料 厚度均匀性小于 2%，掺杂浓度均匀性小于 3%，表面粗糙度小于 0.4nm。

SiC 外延市场由 Wolfspeed 和昭和电工双寡头垄断。SiC 外延厂商从商业模式 来看，可分为中国的大陆的 EpiWorld、东莞天域以及台湾的嘉晶电子这类纯外 延厂商；业内龙头 Wolfspeed 这样垂直一体化，能够提供衬底、外延、器件的 公司；日本昭和电工这样 SiC 单晶和外延制备的上游原材料厂商。 由于外延市场处于产业链中间环节，通常器件厂商具备一定外延能力，因而市场 规模以及玩家数量相对较小。据 Yole 数据，2020 年 SiC 导电型外延片市场中 Wolfspeed 和昭和电工市占率分别为 51.4%和 43.1%。Wolfspeed 在外延产 能 和 质 量 在 全 球 范 围 内 均 处 于 领 先 地 位 ， 昭 和 电 工 在 外 延 质 量 方 面 和 Wolfspeed 处在同一水平，产能方面略逊于 Wolfspeed。国内厂商东莞天域及 瀚天天成同属第二梯队，均计划向 8 英寸方向布局，在外延片产能与质量方面不 及国际一线厂商 Wolfspeed 与昭和电工。南京百识因体量较小，行动较慢，逊 于东莞天域及瀚天天成。

3.3. SiC 芯片技术成熟和价格改善，封装工艺同步跟进

芯片方面，目前 SiC SBD 出货最大，SiC MOSFET 接力 SiC 二极管有望成为市场 增长点。Yole 预测到 2027 年全球 SiC MOSFET 占 80%的市场规模（约 50.38 亿美元）。由于各环节良率提升、多企业布局促价格竞争、终端需求开始放量摊薄生 产固定成本，SiC 器件与 Si 器件价差缩小，预计 2023-25 年可达到合理性价比。 封装方面，从传统 HPD 升级到 AMB，材料、工艺方面升级，由传统器件厂商 ST、 英飞凌占主导地位，国内如斯达、三安、士兰微、中车等企业也在陆续研发验证。

3.3.1. SiC MOSFET 成为市场增长点，多因素推动 SiC 器件价格下降

中高压二极管产品逐年增多。Mouser 数据显示，2021 年共有 828 款 SiC SBD 产品在售，较 2020 年新增约 30 款，中高压商业化产品逐年增多。其中，80% 以上的产品耐压范围集中在 650V 和 1200V；1700V 的 SiC SBD 产品达到 31 款，与 2020 年相比新增 10 款；3300V SiC SBD 产品约 6 款，单芯片导通电 流最高达 90A（Microchip，3300V/90A）。

实际应用中的需求促使 IGBT+FRD 的组合成为标配，SiC MOSFET 未来有望 替代该组合。受结构限制，IGBT 的内部没有寄生二极管，电感突然断电所释放 的电容易烧坏回路中的 IGBT，若有快恢复续流二极管，其电就会通过续流二极 管回路放电,不至于烧坏 IGBT，因此 IGBT 厂家就索性在 ce 之间再加上快速恢 复二极管。目前，对于大电流的功率模块，由 Si 的 IGBT 和 FRD 组合而成的 IGBT 模块已得到广泛应用。 SiC MOSFET 高温、高压特性使其能够更好的应用于大功率设备，在 600V 以 上具有较强优势，最高可应用于 6500V 高压，相较于传统的 Si-IGBT 体积缩 小了 50%，效率提升了 2%，器件的使用寿命得到延长，并且在相同功率下损耗 小，散热需求低，在电流密度、工作频率、可靠性、漏电流等性能指标方面优势 明显。实际使用中，通过优化 SiC MOSFET 器件结构和布局，可以提升 SiC 体二极管通流能力，不需要额外并联二极管，有效降低系统成本、减小体积。

200V SiC MOSFET 新品增多, 国际企业加速布局汽车领域 SiC MOSFET。 根据 Mouser 数据，2022 年上半年 12 家主流厂商推出的 179 款 SiC 晶体管新 产品中，SiC MOSFET 占比较大。其中，1200V 的新品推出速度明显加快， 2022 年上半年，II-VI、PI、KEC 等分别推出车规级 SiC MOSEFT，电压集中 在 1200V、1700V。国际领先厂商 GeneSiC、英飞凌、ROHM、Wolfspeed 的 1200V 以上的新产品均已经超过一半。

高压 SiC 模块产品增多。2022 年上半年，Wolfspeed、TDSC（东芝电子元件 及存储装置株式会社）、英飞凌、三菱电机等国际厂商推出新款高压 SiC 功率模 块，产品额定电压多在 1200V、1700V；并在积极推进与标准 IGBT 兼容，模 块目标解决更小尺寸、更好扩展性和更高功率密度。

多种因素推动 SiC 器件价格下降。第一，上游衬底产能持续释放，供货能力提 升，量产技术趋于稳定，良品率提升，器件制造成本降低；第二，规格由 4 英寸 转向 6 英寸、制造技术进一步提升，单片晶圆产芯片量大幅提升，成本大幅下降； 第三，随着更多量产企业加入，竞争加剧，导致价格进一步下降。第四，SiC MOSFET 产品较硅基产品 DieSize 更小，未来 Wafer Cost 下降情况下将进一 步推动 SiC 技术产业化。第五，主流豪华电动车品牌中全 SiC 逆变器预计从 2022-23 年量产，终端需求逐步释放将提升厂商产能利用率，摊薄 SiC 器件生 产成本。

供应链紧缺情况缓解，单种器件价格呈下降趋势。2022 上半年，供应链紧缺得 到缓解，供不应求的情况好转，根据材料深一度，SiC MOSFET 产品价格回落 至 2020 年底水平，650V、900V、1200V、1700V 的产品均价分别为 1.88 元 /A、2.94 元/A、2.88 元/A、5.78 元/A；较 2021 年底分别下降了-7.13%、 56.49%、-7.25%、-5.33%。 SiC、GaN 器件与 Si 器件价差缩小，价差收窄长期趋势不改。据 Mouser， 2022 年上半年，650V SiC、GaN 功率晶体管均价分别为 1.88 元/A、2.78 元 /A，与 650V 的 Si IGBT（0.36 元/A）的价差缩小到 7.8 倍、5.3 倍，较上年底 缩小了 69%、42%。随着 SiC、GaN 资源持续投入，技术产品不断改良及各家 厂商大力推进，SiC、GaN 材料、芯片、器件、模组均有大量新增产能，成本显 著下滑，SiC、GaN 产品价格进一步下降，价差收窄长期趋势不改。

SiC 器件预计 2023-25 年可达到合理性价比。根据 CASA 的跟踪，SiC 产品 价格近几年来快速下降，较 2017 年下降了 50%以上，而主流产品与 Si 产品的 价差也在持续缩小，已经基本达到 4 倍以内，部分产品已经缩小至 2 倍，已经达 到了甜蜜点。加上考虑系统成本（包括周边的散热、基板等成本）和能耗等因素， SiC 模组已经有一定竞争力。

3.3.2. 模块及单管双路线同时存在，模块亟需新的封装材料和工艺

电机控制器中硅基 IGBT 上车方案可以分为模块和单管并联两种，两者主要的 区别是封装形式的不同： （1）电控厂商外采 IGBT 模块（斯达半导、时代电气提供），然后集成电机、变速器做“三合一/多合一”方案上车，典型厂商如“央腾”。目前 IGBT 模块仍然 是主要的应用路线，在国内主要造车新势力以及部分自主品牌中渗透率较高。 （2）单管并联技术主要使用 MOS 管，主要应用在低速电动车如 60～72V 或者 是 96V 等电压平台系统。而涉及高电压、大电流平台 IGBT 单管并联方案主要 的使用者包括特斯拉和英搏尔。 中长期内 IGBT 模块和单管并联两种方案仍将并存，IGBT 单管并联方案主要应 用在 A00、A0 车型上；IGBT 模块方案将广泛应用在 A 级别车型上。单管并联 方案具有低成本、设计开发周期短的特性，因此主要用在 A00、A0 车型上，主 要电控供应商为英搏尔、阳光电源和奥斯伟尔；模块方案产品线相比 10 年前丰 富程度更高，因为 IGBT 芯片经过了模块制造商的筛选，参数一致性更好，有更 高的安全性与可靠性，因此 IGBT 模块方案在 A 级以上车型中搭载的场景更多。

SiC MOS 在主驱上车预计和 IGBT 方式类似，模块及单管并联同时存在： 国外特斯拉 model3 主逆变器选用 SiC MOS 单管并联方案。特斯拉的 Model3 是第一个应用碳化硅（SiC）功率元器件的电动车型，供应商选用来自 ST 的 650v SiC MOSFET。Tesla 的 TPAK（TeslaPack）用在主驱逆变器电力模块上共 24 颗，采用单管并联方式排布，拆开封装每颗 TPAK 有 2 个 SiC 裸晶(Die)， 共 48 颗 SiC MOSFET。

国内碳化硅供应商更多采用模块技术路线作为电控中功率模块解决方案。2021 年 12 月，基本半导体位于无锡市新吴区的汽车级碳化硅功率模块制造基地正式 通线运行，首批碳化硅模块产品成功下线。上汽大众与臻驱科技共同开发 SiC 功 率模块及电控搭载“三合一”电桥亮相大众 IVET 创新技术论坛，这款搭载臻驱 科技碳化硅电控的“三合一”电驱动系统可提升 ID4X 车型至少 4.5%的续航里 程。

现 SiC 封装技术大多沿用硅基器件封装方式，基于传统封装结构，碳化硅模块 封装主要会带来以下两方面问题： 1）引线键合，复杂内部互联结构会产生较大的寄生电容/电感。SiC 器件由于具 有高频特性、栅极电荷低、开关速度块等因素，在开关过程中电压/电流随时间的 变化率会变得很大（dv/dt；di/dt）。因此极易产生电压过冲和振荡现象，造成器 件电压应力以及电磁干扰问题。 2）高工作电压以及电流下的器件散热问题。SiC 器件可以在更高的温度下工作， 但在相同功率等级下，SiC 功率模块较 Si 在体积上大幅降低，因此 SiC 器件对 散热的要求更高。如果工作温度过高会引起器件性能下降，不同封装材料热膨胀 系数失配，进而出现可靠性问题。这意味功率模块需要更多地依赖封装工艺和散 热材料来进行散热。 当前传统的封装工艺达到了应用极限，亟需新的封装工艺和材料进行替代。

未来 SiC 模块封装有以下演进趋势：

1）在互联、烧结技术方面

内部互联技术将从铝线键合/超声焊接将改用铜线方式形式，芯片/衬板烧结方式 将采用银烧结技术代替传统 pb/Sn 合金焊。 银烧结工艺烧结体具有优异的导电性、导热性、高粘接强度和高稳定性等特点。 用该工艺烧结的纳米银烧模块可长期工作在高温环境；另外银烧结工艺会在芯片 烧结层形成可靠的机械连接和电连接，半导体模块的热阻和内阻均会降低，提升 模块性能及可靠性。银烧结技术可使模块使用寿命提高 5-10 倍，烧结层厚度较 焊接层厚度薄 60-70%，热传导率提升 3 倍。

2）在材料方面

衬板从氧化铝升级到氮化硅、氮化铝、AMB 厚铜衬板，塑封取代传统灌胶。 传统的 HPD 使用氧化铝材料，优点在于价格便宜、供应量充足，缺点在于散热 能力较差。新型基材主要是氮化硅、氮化铝材料、AMB 厚铜衬板。氮化铝一般 用于工业领域，氮化硅常用于汽车领域，AMB 厚铜衬板用在车载 SiC 领域。 对于模块的散热结构来说，衬板的选择尤为重要，目前主流的功率半导体模块封 装主要还是用 DBC（直接键合铜）陶瓷基板， AMB 的热导率比 DBC 氧化铝 高 3 倍，且机械强度及机械性能更好。随着碳化硅功率模块的应用逐渐成熟， AMB 有望逐渐成为电子模块封装的新趋势。此外，塑封模块相较于 hybridpack 模块的优势具有低杂散电感、高可靠等特性。

3.4.专用设备研发和产业化加速

SiC 产业链主要区别在长晶以及外延环节，加工设备切割/研磨/抛光都是通用设 备，因此国产替代重点主要集中在 SiC 长晶设备以及 SiC 外延设备。SiC 长晶 炉方面，因长晶难点不在设备本身而是在工艺，大部分 SiC 衬底公司选择自研 SiC 长晶设备，也有一些厂商作为第三方单独供应 SiC 长晶设备，如北方华创、 晶升装备、晶盛机电实现量产突破，国产单价 60-110 万。SiC 外延炉方面，壁 垒更多来自于设备资本开支及对设备的工艺控制，目前外延设备供不应求。ASM 预计 2021-25 年对 SiC 外延设备的需求将以超过 25% 的 CAGR 增长。国内 北方华创、晶盛机电、恒普股份、纳设智能、中微公司、中电科 46 等，正在研 发布局该领域，产品单价 800-1000 万。

3.4.1. SiC 长晶设备：北方华创及晶升装备占据国内 77%市场份额

SiC 长晶炉与传统硅基设备相比原理具有相通性，但 SiC 衬底生长工艺难度更 高；为了保证工艺一致性，大部分 SiC 衬底公司选择自研 SiC 长晶设备。SiC 长晶环节主要采用 PVT（物理气相传输）的技术路线，温度高、不可实施监控， 且长晶难点不在设备本身而是在工艺。因此基本每家衬底厂商工艺不一样，也是 各家的核心 know-how，衬底制造企业往往会选择自研“设备+工艺”模式效率 会更高。 1）天科合达：选择自研 SiC 长晶设备（沈阳设有分公司），长晶设备大部分自产 自销； 2）天岳先进：选择自研长晶设备并找北方华创代工，但天岳先进拥有长晶炉的知识产权。 国内采用自研/自产 SiC 长晶设备的碳化硅厂商还包括晶盛机电、河北同光、山 西烁科等。上述碳化硅厂商自研/自产晶体生长设备主要用于其自身碳化硅衬底 的生产制造，不存在大批量对外销售设备的情形。

国内碳化硅单晶炉设备供应商目前可分为三个梯队： 第一梯队，晶升装备及北方华创为国内碳化硅单晶炉主要供应商，具备国内领先 的碳化硅单晶炉产业技术能力，产品已大批量交付多家国内下游碳化硅材料主流 厂商。 第二梯队，宁波恒普真空科技股份有限公司已实现向下游碳化硅厂商的小批量交 付，沈阳中科汉达科技有限公司主要根据自产/自研设备碳化硅厂商的设计及技 术要求，配套生产供应碳化硅单晶炉主要部件。 第三梯队，国内其他碳化硅单晶炉厂商包括连城数控、哈尔滨科友半导体产业装 备与技术研究院有限公司、山东力冠微电子装备有限公司、厦门天三半导体有限 公司、上海汉虹精密机械有限公司、苏州优晶光电科技有限公司、磐石创新（江 苏）电子装备有限公司及江苏卓远半导体有限公司等，其中多数设备厂商处于样 机开发及验证阶段，未实现设备批量供应。

北方华创及晶升装备目前约占国内 SiC 长晶炉市场份额 77%。国内对外采购晶 体生长设备的主要碳化硅厂商包括天岳先进、三安光电、东尼电子及中电化合物 半导体有限公司，其主要向晶升装备及北方华创采购碳化硅晶体生长设备。根据 北方华创公开披露资料，北方华创碳化硅单晶硅炉已累计出货千余台，预计 2022 年销售 480 台至 500 台。晶升装备因进入 SiC 长晶设备时间相对较晚，故晶升 装备碳化硅单晶炉累计销售数量及市场占有率低于北方华创。 根据国内主要碳化硅厂商公开披露的现有产能、晶体生长设备主要供应商信息、 主要客户设备数量、已供应设备数量等信息进行测算。北方华创主要向天岳先进 供应长晶设备，预计占国内碳化硅厂商采购份额的比重为 50%以上；晶升装备 SiC 长晶炉市场占有率约为 27.47%-29.01%。

未来 2-5 年国内 SiC 长晶设备市场规模约为 36.38-88.94 亿元。随着下游器 件/模块应用的放量，我国本土企业也积极投入碳化硅衬底国产化的进程中。天岳 先进、三安光电、露笑科技、东尼电子等上市公司公司，天科合达、比亚迪半导 体、河北同光等拟上市公司，均规划在 2022-25 年间扩张 SiC 衬底产能，衬底 尺寸以 4 英寸、6 英寸为主，少数包括 8 英寸产线。参考晶升装备公告中的假 设，以单台碳化硅单晶炉产量为 375 或 500 片/年进行测算，假设每台单价为 60 万元-110 万元（含税），预计未来 2 至 5 年内，国内主要外购 SiC 长晶设备市 场需求约为 36.38-88.94 亿元。

3.4.2. 碳化硅外延设备：被海外四大企业垄断，瓶颈突破需重视

与衬底环节所需“设备+长晶工艺”的 know-how 不同，SiC 外延技术成熟度 相对较高，该环节的更多壁垒来自于设备资本开支及对设备的工艺控制，目前全 球主要有四家 CVD 设备玩家，其 SiC 外延设备具有各自的优势： 1）Axitron 的外延设备生长能力最强（10*100mm&6*150mm），因此其产能 相对更大。2）LPE 的外延设备的生长速率最高（＞90um/h）。 3）日企 TEL 的外延设备为双腔体结构，有助于提高产量。 4）nuflare 的旋转速率更高，每分钟可达 1000 转，因此均匀性更强，同时他的 气流方向可以避免一些颗粒物的产生，减少颗粒物落到片子上的概率。

目前整个碳化硅产业链的瓶颈在外延环节。近两年资本市场更关注价值量更高的 SiC 衬底环节和以及上车最快的模块环节，却疏忽了外延的环节。目前外延环节 成为整个 SiC 产业链产业化的瓶颈，主要问题在于以下两点： 1）外延设备供不应求。到目前为止，主要 6 寸外延设备集中在国外 4 家厂商手 中，他们的产能有限且交期极长，而国内 SiC 外延设备厂商的产品还需验证。现 在国内主要有两大 SiC 外延厂，一个是厦门的瀚天天成，还有一个是东莞的天域 半导体。2022 年上半年的二者的外延设备数量在 20 多台，到年底可以超过 30 台左右。2）外延炉在验证过程中还主要面临几大问题：a）主要零配件能否满足供给；b） 本身设备的稳定性、操作方便性；c）生产出来的外延片能否满足市场需求。 预计未来 5 年全球 SiC 外延设备增速为 25%：2022 年 7 月，ASM International N.V.（ASM）宣布收购位于意大利的碳化硅(SiC)和硅外延设备制造商 LPE S.p.A.的所有流通股。ASM 内部预计从 2021-25 年，对 SiC 外延设备的需求 将以超过 25%的复合年增长率增长。国内做 SiC 外延设备厂商有北方华创、晶 盛机电、恒普股份等，目前也在逐步进入到客户验证阶段。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。

天岳先进研究报告：全球半绝缘SiC衬底巨头，6英寸导电型加速扩产

（报告出品方/作者：招商证券，鄢凡、曹辉）

一、全球半绝缘型碳化硅衬底巨头，加速导电型碳化硅衬底布局

1、公司概况：全球半绝缘型碳化硅衬底巨头，扩张 6 英寸导电型碳化硅衬底产能

专注碳化硅衬底研发和生产十余年，已具备 6 英寸导电型、半绝缘型碳化硅衬底量产能力。公司前身天岳有限成立于 2010 年，创始人为宗艳民。公司成立之初，曾探索过蓝宝石衬底领域，自 2011 年至今，公司专注于碳化硅衬底的研 发、生产和销售。2012 年，公司具备 2 英寸半绝缘型、导电型碳化硅衬底量产能力。2013 年，公司具备 3 英寸半绝 缘型、4 英寸导电型碳化硅衬底量产能力。2013 年，公司开始进行 6 英寸导电型碳化硅衬底的研发，并于 2017 年具 备量产能力。2015 年，公司开始研发 6 英寸半绝缘型碳化硅衬底，并于 2019 年具备量产能力。目前，公司正在进 行 8 英寸导电型碳化硅衬底的研发。

受《瓦森纳协定》制约，半绝缘碳化硅衬底难以进口，为满足国产替代需求，公司将主要产能分配到半绝缘产品。2008 年《瓦森纳协定》对半绝缘型碳化硅衬底进行明确的限制，部分西方发达国家作为协定成员国对我国停止销售该产品， 制约了我国国防和新一代信息通信的发展，对国家发展、产业链安全造成严重威胁。在此背景下，公司自主研发出半 绝缘型碳化硅衬底技术，将主要产能分配到半绝缘产品，实现我国核心战略材料的自主可控，有力保障了国内产品的 供应，确保我国宽禁带半导体产业链的平稳发展。

实际控制人宗艳民持股 33.43%，哈勃投资和深创投分别持有 7%和 1.44%的股份。截至 2021 年 12 月 15 日，①公 司方面，宗艳民先生对公司的控制权合计可达 42.75%，包括直接持有公司 33.43%股份，担任持股分别为 5.98%、 3.34%的员工持股平台上海麦明和上海铸傲 GP；②海通系合计持有公司 12.05%股份，其中海通新能源私募基金担任 GP 的辽宁中德持股 8.81%，海通开元投资控股的辽宁海通新能源持股2.74%，海通证券全资子公司海通创新持有0.49% 的股权；③济南国材为新疆国新股权投资公司下的私募基金，持有公司 10%的股权；④华为通过哈勃投资间接持有公 司股份 7.05%，深创投持有 1.44%，中微公司持有 0.99%。

天岳先进下设数家子公司承担碳化硅衬底的研发、销售、设备材料购买等。公司下设数家子公司承担碳化硅衬底的研 发、销售、设备材料购买等工作，子公司上海天岳为本次募投项目 6 英寸碳化硅衬底的实施主体；济宁天岳负责碳化 硅晶体材料的生产；上海越服负责碳化硅生产相关原材料及设备的采购；天岳新材料尚未实际开展生产经营，未来拟 作为公司济南高新区“山东省碳化硅材料重点实验室项目”的运营主体；SICC GLOBAL 和 Sakura Technologies 为 位于日本的全资子公司，负责产品在日销售和研发。

2、主营业务：半绝缘型碳化硅衬底为主导产品，客户来自无线电探测及通信行业

天岳先进采用物理气相传输法（PVT 法）生产碳化硅晶锭，再经多道衬底加工环节生产成品。①原料合成环节：公 司以高纯碳粉、高纯硅粉为原料合成碳化硅粉；②晶体生长环节：采用 PVT 法制备碳化硅单晶，单晶生长系统中极 易发生不同晶型的转化，导致目标晶型杂乱以及各种结晶缺陷等严重质量问题，是碳化硅衬底生产的核心环节；③衬 底加工环节：包括晶棒切割和晶片的研磨、抛光、清洗，该环节决定了单个半导体级晶棒经切片加工后产出合格衬底 的占比。

天岳先进主要产品为半绝缘型碳化硅衬底，2021H1 营收比例近 78%，导电型衬底已形成小批量销售。

1）半绝缘型碳化硅衬底：需要在全真空环境下生长，对设备真空度和物料纯度有较高要求，主要用于 HEMT 等微波 射频器件的制作。公司主要产品为 4 英寸半绝缘型碳化硅衬底，2021 年上半年，半绝缘型衬底销售占公司主营业务 收入的 77.64%；

2）导电型碳化硅衬底：采用 N 掺杂来调控晶体中 n 型载流子浓度，实现导电型产品电阻率的控制，主要用于功率器 件的制作。目前已形成小批量销售；

3）生产过程中无法达到要求的晶棒、不合格衬底等其他业务产品：可作为宝石晶棒用于加工制成莫桑钻等珠宝首饰， 进入消费品市场，或用于设备研发与测试等领域。

天岳先进碳化硅衬底产品终端为无线电探测及通信行业，目前已通过国内下游领先公司验证并实现批量供货。公司产 能有限，主要供给下游领先客户，2018~2021H1 来自前两大客户的营收占比分别为 55.68%/65.96%/78.75%/65.74%。

1）客户 A：无线电探测行业领先厂商，2018 年开始批量向公司采购半绝缘型碳化硅衬底，2018~2020 年对公司半 绝缘型碳化硅衬底的采购额从 0.68 亿元上升至 1.9 亿元；

2）客户 B：通信行业领先企业，近年对半绝缘型碳化硅衬底需求量迅增，2018~2020 年对公司半绝缘型碳化硅衬底 采购额从 148.21 万元上升至 1.4 亿元，2021H1 来自客户 B 的销售收入比例达 49.31%。

3、财务概况：订单放量驱动营收快速增长，工艺改进及规模效应带来毛利率大幅提升

天岳先进近三年营收增长主要系国内厂商订单放量，注册稿预计 2021 全年营收区间为 4.65~5.05 亿元。2018~2020 年公司营收分别为 1.36/2.69/4.25 亿元，2018~2020 年 CAGR 达 76.78%，21Q1~Q3 营收 3.7 亿元，根据注册稿全 年经营情况预计，2021 全年预计营收区间为 4.65~5.05 亿元，主要系国际碳化硅衬底供应链安全背景下，下游通讯 等行业需求加剧，通过大客户验证后订单放量。

天岳先进主要营收来源为半绝缘型碳化硅衬底，2021H1 占比 77.64%，导电型衬底营收占比不大，2021H1 为 0.25%。

1）半绝缘型衬底：以 4 英寸产品为主，贡献主要营收。2018~2021H1，公司半绝缘型衬底营收占比分别为 57.2%/68%/81.6%/77.6%，是公司主要营收来源。其中，半绝缘型碳化硅衬底产品以 4 英寸为主，2021H1 占比达 99%，2、3 英寸占比逐年减小，6 英寸占比呈上升态势，但总比例不足 1%；

2）导电型衬底：小批量销售，近年来营收占比收窄，2021H1 占比不足 1%。2018~2021H1，公司导电型碳化硅衬 底营收占比分别为 5.24%/1.37%/0.58%/0.25%，呈收窄态势。其中，导电型碳化硅衬底产品以 4 英寸为主，2、3、6 英寸占比不断下降，2021H1 占比减至 0；

3）其他业务：包括非半导体级别晶棒、不合格衬底的销售，2020H1 占比 22.12%。2018~2021H1，公司其他业务 的营收占比分别为 37.55%/30.61%/17.8%/22.12%，整体呈下降态势，也间接表明公司不合格衬底产品的下降。

天岳先进毛利率从 2018 年的 25.14%提升至 2021H1 的 40.01%以上，主要系半绝缘型衬底生产成本下降， 2019~2020 净利率大幅下降系高额股利支付费用。

1）2018~2019 年：公司 2019 年毛利率同比+12.11pcts，主要系半绝缘型衬底价格上涨，同时生产成本有所下降。 ①半绝缘型衬底：2019 年毛利率同比+16.78pcts，系单位价格上升 5.89%，单位成本降低 13.97%。受国外供应链 安全影响，国内厂商产生大量需求，2019 年国内市场参与者较少，供给量不足，结合公司产品品质不断提升的背景， 公司产品单价有所提高。此外，公司生产工艺不断改进，半导体晶体及衬底的合格率提升，单位成本降低；②导电型 衬底：毛利率为负，呈上升态势，但占比极小；③ 其他业务：晶棒毛利率呈下降趋势，主要系价格下降。不合格衬 底毛利率维持 100%，系客户采购不合格衬底仅作为陪片等特殊用途，且不合格衬底是否能实现销售具有不确定性， 因此公司对不合格衬底不分摊成本，其成本由合格衬底承担；

2）2020~2021H1：公司 2020 年毛利率同比-2.4pcts，系其他业务中晶棒单价同比下降 55.41%， 21Q1~Q3 毛利率 增长至 39.31%，系半绝缘衬底成本下降幅度较价格下降幅度更大。①半绝缘型衬底：2020 年、2021H1 毛利率同比 分别为+7.83pcts/+5.04pcts，系单位成本降低的幅度大于价格下降的幅度。2020 年单位成本同比下降 20.37%，主 要原因为随着公司生产工艺的改进，合格率和产出效率持续提升；同时公司在扩产中陆续使用国产长晶炉，使得单位 成本中的机器设备的折旧费用也下降，产能扩大的规模效应也进一步带动了成本下降。2020 年和 2021H1，衬底市场 供应有所增加，整体市场价格下降，公司对产品售价进行了下调，有利于推动市场渗透率的提升；②其他业务：2020 年受晶棒市场售价下降的影响，晶棒毛利率同比-34.05pcts，带动整体毛利率下滑 2.4pcts，2021H1 晶棒毛利率小 幅上升，系单个碳化硅晶体克重增加，单位成本下降幅度大于单位价格下降幅度。

天岳先进2019~2021H1直接材料费用占成本的比例上涨系原材料价格上涨，特别是石墨件和石墨毡的价格涨幅较大。 2018~2021H1 公司直接材料费用占主营业务成本的比例分别为 20.46%/19.38%/29.22%/39.73%，2018~2019 年占 比基本保持稳定，2020~2021H1 占比上升的原因主要如下：

1）部分原材料单位耗用有所提高：为持续提高长晶环节产品合格率，公司加强了石墨件提纯等控制，单个石墨件坩 埚的使用寿命缩短，导致石墨件和石墨毡的单位耗用呈上升态势，21H1 公司继续优化原料合成工艺，降低了碳粉单 耗，同时碳化硅粉纯度提高导致硅粉单耗有所增加；

2）部分原材料价格上涨：石墨件和石墨毡在碳化硅衬底的直接材料成本占比达一半以上，一般可以重复使用多次， 多向国外供应商采购，价格偏高。公司石墨件和石墨毡原材料包含多种品类，以主要品类的平均单价来看，2021H1 石墨件和石墨毡的价格涨幅分别为 56%和 35%。另外，碳粉全部向国产厂商购买，价格呈下降态势，硅粉国产厂商 供应比例也较高，采购价相对波动不大。

天岳先进 2019~2021H1 设备折旧费用占成本比例下降，系 2019 年以来公司设备的国内采购比例上升，国内供应价 格较外资供应价格低。2018~2021H1 公司设备折旧费用占主营业务成本的比例分别为 52.64%/48.39%/34%/30.13%， 其中 2018 年、2019 年占比基本保持稳定，2020 年、2021H1 占比持续下降系公司核心设备长晶炉完全实现了国产 替代，单台成本大幅降低，折旧增加额降低。此外，切割机、研磨机、抛光机、检测设备的国内采购比例均有所上升， 21H1 分别为 10%/99%/30%/18%。

2018~2020 年管理费用率大幅上升系高股利支付费用所致，剔除股利支付后，期间费用率平稳下降。2018~2020 年， 公司期间费用率分别为 66.42%/121.80%/179.01%，逐年上升。1）销售费用：公司销售费用金额较低，占总营收的 比例 2%及以下，主要为赠送样品产生的业务经营费用及销售人员薪酬；2）管理费用：公司 2019 年、2020 年分别 支付股利 2.36/6.58 亿元，导致管理费用大幅增加。此外，2020 年度公司咨询费及中介费增幅较大；3）财务费用： 公司财务费用主要为银行借款的利息支出，2018~21Q3 财务费用持续降低，主要系公司进行了股权融资，偿还借款 所致；4）研发费用：公司研发费用和研发费用率均不断上升，2018~21Q3，研发费用分别为 1231/1873/4550/7107 万元，研发费用率分别为 9.05%/6.97%/10.71%/19.21%，保障了公司产品和技术的升级。

2019~2020 年归母净利润大幅减少系哈勃投资入股、股权激励产生的股份支付费用所致，2019、2020 年的股份支付 费用分别为 2.36/6.58 亿元，注册稿预计 2021 年归母净利润区间 0.65~1.05 亿元，扣非归母净利润区间 0.12~0.25 亿元。①2019 年合计股利支付费用为 2.36 亿元：哈勃投资入股，增资入股价格为 12.23 元/注册资本，公司按后续 PE 投资价格（19.81 元/注册资本)，一次性确认股份支付费用 0.69 亿元；上海麦明将所持公司股权的 89%用于对 50 名员工实施股权激励计划，不设置等待期，按最近一次 PE 入股价格(单价 24 元）计算，一次性确认股份支付费用人 民币 1.67 亿元；②2020 年合计股利支付费用 6.58 亿元：上海麦明实施两次股权激励计划，合计确认股份支付费用 2611.12 万元；上海铸傲以所持公司股权的 100%用于对 47 名员工实施股权激励，确认股份支付费用 6.32 亿元。持 股平台实施股权激励员工包括公司的管理人员、销售人员、生产人员和技术研发人员等。此外，非经常性损益中， 2018~2021H1政府补助分别为 1271/3262/4299/2892 万元，维持在较高水平。（报告来源：未来智库）

4、研发实力：碳化硅衬底专利数国内领先，多个科研项目持续推进

天岳先进核心研发人员具备多年研发及实践经验，技术研发人员占比达 17%。公司董事长兼总经理宗艳民为硅酸盐 工程专业出身，正高级工程师，享受国务院特殊津贴，同时是齐鲁工业大学特聘教授。首席技术官高超先生为材料物 理与化学专业博士，高级工程师，享受国务院特殊津贴，2014 年开始在天岳先进就职，现主持公司的产品和技术研 发工作，具体负责碳化硅单晶制备技术。截至 21H1，公司共有员工 470 人，其中研发人员占比 17.23%，硕士及以 上学历者占比达 9.57%。

天岳先进已掌握涉及衬底制造流程的各项技术，碳化硅专利数处于国内领先水平。公司已掌握涵盖了设备设计、热场 设计、粉料合成、晶体生长、衬底加工等各类核心技术。截至 2021H1，公司拥有授权专利 332 项，其中与碳化硅衬 底相关的境内和境外发明专利分别为 86 项和 3 项。截至 2020 年 3 月末，国内可比公司天科合达拥有 34 项专利， 公司碳化硅专利处于国内领先水平，具有一定的技术优势。

天岳先进承担多个国家级和省部级三代半导体研发项目，并与下游开展合作研究。公司承担了国家科技部、国家发改 委等国家级及省部级主要三代半导体相关科研项目。同时，公司还自主进行大尺寸衬底、衬底生长及缺陷控制技术研 发，并积极与下游客户、中科院电工研究所等展开合作研究。

天岳先进成立初期曾与山东大学有所合作，后续合作暂停，于 2020 年终止合作。2011 年 12 月，公司与山东大学签 署了《SiC 单晶生长和加工技术产业化研究合同书》，前期该合同正常履行，为早期研发提供了技术支持，后因高校 研究成果和企业产业化存在差距，后续几年公司与山东大学的产业化合作暂停，公司自主研发了碳化硅生产相关技术 并形成自有专利。2020 年 10 月，公司与山东大学终止本项目合作。

5、募投计划：拟募资 25 亿元用于导电型碳化硅衬底产能扩张和技术升级

天岳先进拟募资 25 亿元用于生产 6 英寸碳化硅衬底，具体资金用途包括购置土地、新厂房建设和国内外先进生产设 备的引入。募投项目资金概算中，设备硬件投资资金占用额最大为 120820 万元，占比 48.33%，机电安装投资和基 础设施建设投资次之，金额分别为 33000 万元和 30000 万元，占比分别为 13.2%和 12%。

6 英寸碳化硅衬底项目预计 2026 年 100%达产，新增导电型碳化硅衬底产能 30 万片/年，增加公司的竞争优势。本 项目主要用于生产 6 英寸导电型碳化硅衬底材料，建设期为 6 年，自 2020 年 10 月开始前期准备进行工厂研究、设 计，计划于 2022 年试生产，预计 2026 年 100%达产。达产后，将新增导电型碳化硅衬底产能 30 万片/年，为未来碳 化硅市场扩展提供产能支持，将主要业务扩展至 6 英寸半绝缘型、导电型碳化硅衬底。

二、第三代半导体市场规模远期空间大增速快，美日欧企业主导竞争格局

1、碳化硅应用于功率和射频器件，衬底是影响渗透率提升的关键因素

（1）第三代半导体主要为碳化硅和氮化镓，分别应用于功率器件和射频器件

半导体按照研究和规模化应用的时间通常被分为三代：第一代（Si、Ge）、第二代（GaAs）、第三代（SiC、GaN）。 ①第一代半导体材料：以硅（Si）和锗（Ge）等元素半导体为代表，其典型应用是集成电路，主要应用于低压、低 频、低功率的晶体管和探测器中；②第二代半导体材料：以砷化镓（GaAs）为代表，被广泛应用于光电子和微电子 领域，是制作半导体发光二极管和通信器件的关键衬底材料；③第三代半导体材料：以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN） 为代表，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。采用第三代半导体材料 制备的半导体器件适用于高电压、高频率场景，能以较少的电能消耗，获得更高的运行能力。

相比于 Si 衬底，第三代半导体 SiC 衬底具有更好的电气特性，耐高压、耐高温，可实现高频和低能量损耗，大幅减 小器件尺寸。①耐高压：击穿电场强度大，是 Si 的 10 倍，可极大提高耐压容量、工作频率和电流密度，大大降低器 件的导通损耗；②耐高温：SiC 相较 Si 拥有更高的热导率，使得器件散热更容易，极限工作温度更高，带来功率密 度的显著提升，降低对散热系统的要求，使终端更轻量小型化；③高频和低能耗：相比于 Si 基器件，SiC 器件具有 低导通损耗、低功率损耗、低开关损耗的优势。

根据电阻率的不同，碳化硅衬底可以分为半绝缘型和导电型衬底，分别适用于不同的应用场景：

1）导电型衬底：主要应用于制造功率器件。与传统硅功率器件制作工艺不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化 硅衬底上，需在导电型衬底上生长碳化硅外延层得到碳化硅外延片，并在外延层上制造各类功率器件，包括肖特基二 极管、MOSFET、IGBT 等，应用在新能源汽车、轨道交通和大功率输电变电等领域；

2）半绝缘型衬底：主要应用于制造氮化镓射频器件。通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层，制得碳化硅 基氮化镓外延片，可进一步制成 HEMT 等微波射频器件，应用于信息通讯、无线电探测等领域。

（2）碳化硅衬底高制备难度导致高成本，尺寸和电学性能等是未来技术发展着力点

目前商用碳化硅单晶生长均采用 PVT 法，具备生产成本相对较低、温度场调节灵活等优势。PVT 法在高温区将材料 升华，后输送到冷凝区使其成为饱和蒸气，经过冷凝成核而长成晶体。PVT 法是目前生长碳化硅晶体较为成熟的方法， 生长出的碳化硅产品种类较多，在尺寸上分类有 2、3、4、6、8 英寸等规格，具备温度场调节灵活等优势。此外， PVT 法生长碳化硅晶体所用关键石墨部件可重复使用 20 次以上，极大降低了成本，这是 PVT 法生长的碳化硅晶体能 够成功进入市场的基础。

对比传统硅材，碳化硅衬底制备具有晶棒生长缓慢、对环境要求高等特点，导致价格居高不下。①晶棒生长缓慢： PVT 法生长碳化硅的速度缓慢，7 天才能生长不到 5 厘米，产能极为受限，而传统硅材一般生产 2~3 米的硅晶棒仅 需 3~4 天；②单晶生长环境要求高：单晶生长对温度和压力的要求苛刻，一般而言，碳化硅气相生长温度在 2000℃ ~2500℃之间，而传统硅材仅需 1600℃左右，碳化硅单晶对设备和工艺控制带来了极高的要求，温度和压力控制稍 有失误，就会导致产品生长失败；③晶型要求高、良率低：碳化硅有约 220 种晶型，其中六方结构的 4H 型（4H-SiC） 碳化硅才是所需材料，在晶体生长过程中需要精确控制硅碳比、生长温度梯度、晶体生长速率以及气流气压等；④ 碳化硅硬度极高，加工困难，切割磨损高：碳化硅硬度与金刚石接近，莫氏硬度分布在 9.2~9.6，切割、研磨、抛光 技术难度大且磨损多，工艺水平的提高需长期积累。

第三代半导体衬底和外延加工技术难度极大，故第三代半导体器件成本结构中衬底和外延占据主要部分。相比于成熟的硅基半导体加工工艺，第三代半导体器件由于其原料的独特物理性质，在制备过程中需要多道工艺，同时对厂商的 技术要求极高，需要长时间的积累和先进的设备才能够生产出高品质的碳化硅衬底及器件。由于碳化硅衬底制备难度 最高，同时需要外延工艺来满足下一步器件生产要求，衬底和外延在碳化硅功率器件成本结构中占比分别可达 47% 和 23%，二者合计占比高达 70%，是碳化硅器件的主要成本来源。

在尺寸方面，碳化硅衬底正不断向大尺寸的方向发展。碳化硅衬底的尺寸主要有 2 英寸（50mm）、3 英寸（75mm）、 4 英寸（100mm）、6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm）等规格。衬底尺寸越大，单位芯片成本越低。在最新技术 研发储备上，行业领先者 Wolfspeed 已成功研发 8 英寸产品。在半绝缘型碳化硅市场，目前主流的衬底产品规格为 4 英寸；在导电型碳化硅市场，目前主流的衬底产品规格为 6 英寸。

在电学性能方面，其中半绝缘型碳化硅衬底向高电阻率提升，导电型碳化硅衬底向低电阻率发展。

1）半绝缘型碳化硅衬底：半绝缘衬底制备工艺通过去除晶体中的各种杂质，特别是浅能级杂质，实现晶体本征高电 阻率。PVT 法在高温条件下制备碳化硅衬底时，生长反应腔室内的碳化硅粉料、石墨材料等都会释放出杂质并生长进 入晶体，影响晶体纯度和电学性能。目前，半绝缘型碳化硅衬底领先企业已普遍将电阻率稳定控制在108Ω·cm 以上；

2）导电型碳化硅衬底：导电型衬底要求实现更低的电阻率，可通过在晶体生长过程中引入氮元素，呈现低阻电学性 能。目前，国际领先企业 6 英寸导电型碳化硅衬底电阻率在 0.015~0.028Ω·cm 之间，器件性能提升对衬底电阻率 提出更严苛的要求。导电型碳化硅晶体的电阻率会存在分布不均匀的情况，电阻率直接影响器件的导通特性，因此， 获得低阻值、衬底面内电阻率径向分布均匀、不同衬底电阻率值一致的导电衬底是实现功率器件性能优异的技术需求。

在微管密度方面，因其直接决定外延层结晶质量，降低微管密度是重要的技术发展方向。碳化硅晶体中最重要的结晶 缺陷之一是微管，微管是延伸并贯穿整个晶棒的中空管道。微管的存在对器件的应用是致命的，衬底中的微管存在的 密度将直接决定外延层的结晶质量，器件区存在微管时将导致器件过高的漏电流，甚至器件击穿失效。随着微管缺陷 改进技术的不断进步，国际领先的碳化硅企业可以将微管密度稳定地控制在 1?2以下。

2、需求侧：氮化镓射频器件和碳化硅功率器件带动全球碳化硅衬底市场高速增长

（1）碳化硅功率器件可提高能源转换效率，新能源车和充电桩驱动快速成长

常见的碳化硅功率器件主要是碳化硅功率二极管、碳化硅 MOSFET 及碳化硅功率模块，未来有望分别替代快恢复二 极管和硅基 IGBT。

1）碳化硅功率二极管：SiC SBD（肖特基二极管）可替换 FRD（快恢复二极管）。碳化硅功率二极管可显著降低开 通损耗，在开关频率较高的应用中具有明显优势，目前成熟度最高的是 SiC SBD。用 SiC SBD 替换现在主流产品 FRD， 可减少恢复损耗，有利于电源的高效率化，终端应用有空调、电源、光伏发电系统的功率调节器、电动汽车的快速充 电器等；

2）碳化硅 MOSFET：未来有望替代硅基 IGBT。用 SiC MOSFET 替代 IGBT，能有效减少开关损耗，实现散热部件 的小型化。另外，碳化硅 MOSFET 能够在高频条件下驱动，满足严苛应用场景需求。碳化硅 MOSFET 主要应用于 工业机器电源、高效率功率调节器的逆变器或转换器中；

3）碳化硅功率模块：可分为混合碳化硅功率模块和全碳化硅功率模块。①混合碳化硅功率模块用 SiC SBD 替换 Si FRD，可显著提高工作频率，与同等额定电流的 Si IGBT 模块相比，开关损耗大幅降低。②全碳化硅功率模块采用 SiC SBD 和 SiC MOSFET 一体化封装，解决了 Si IGBT 及 FRD 导致的功率转换损耗较大问题，在高频范围中推动 了外围部件向小型化发展。

预计 2025 年全球碳化硅功率器件市场规模为 25.62 亿美元，新能源汽车、光伏和储能、充电桩为主要应用领域。据 Yole 数据，2019 年全球碳化硅市场规模为 5.41 亿美元，其中主要应用场景及占比分别为：新能源汽车（42%）、光 伏和储能系统（23%）、PFC/电源供应（20%）。全球碳化硅市场规模预计将以 30%的 CAGR 增长至 2025 年的 25.62 亿美元。预计 2025 年新能源汽车、光伏和储能、充电桩市场规模分别为 15.53/3.14/2.25 亿美元，新能源汽车占比扩 大至 61%。此外，新能源汽车充电桩将成为碳化硅下游增长最快的应用，2019-2025 年 CAGR 有望达到 90%。此外， 碳化硅功率器件在智能电网、风力发电、工业电源、航空航天等领域也已经实现成熟应用，伴随着各类产业的快速发 展，碳化硅功率器件的需求将不断增加。

新能源汽车和充电桩设施：2019~2025 年，新能源汽车和充电桩带来的功率碳化硅器件市场规模 CAGR 可达 40.62%， 增速最快。新能源汽车主要包括逆变器、OBC（车载充电器）和 DC/DC 变流器，2019 年新能源汽车和充电桩设施 带来的功率 SiC 器件市场规模 2.3 亿美元，预计 2019~2025 将以 40.62%的 CAGR 增长至 17.78 亿美元，二者合计 占比达到 69%，是 SiC 下游最大的应用，也是增长最快的应用。

新能源汽车和充电桩设施是碳化硅功率器件的主要应用领域，使用于汽车逆变器、OBC 和电流转换系统，可提升汽 车主逆变器的功率密度和系统效率，提高充电桩的充电速度。①电机驱动系统的主逆变器：SiC 功率器件能显著降低 电力电子系统的体积、重量和成本，提高功率密度，特斯拉上海工厂和比亚迪在其电机控制器的逆变器中已经采用了 SiC MOSFET 的芯片作为核心功率器件，其中特斯拉 Model 3 车型采用了 24 个 SiC MOSFET 为功率模块的逆变器。 ②车载充电系统和电源转换系统：SiC 功率器件能够有效降低开关损耗、提高极限工作温度、提升系统效率，目前全 球已有超过 20 家汽车厂商在车载充电系统中使用碳化硅功率器件。③新能源汽车充电桩：SiC 功率器件可减小充电 桩体积，提高充电速度。

SiC 基产品在汽车领域不是对 Si 基产品的全面替代，其优势主要体现在高功率场景下。四驱大功率高级轿车和高级 SUV 等续航里程长、电池容量大的车型，通常需要大功率支持，使用碳化硅做主驱设计有助于提升功率密度，有效 降低电池装载量。但对于普通城市家用小型电动车，电池装机量较小，SiC 基器件的综合优势相比 Si 基 IGBT 不太明 显，主机厂更倾向于选择综合性价比更好的 Si 基器件。

2021 年 1~10 月全球新能源汽车销量达 485 万辆，预计渗透率将稳步提升，2021 年 1~11 月国内新能源汽车销量为 299 万辆，国内新能源车占总销量的比例达 12.73%。1）根据 Frost&Sullivan 数据，2020 年全球新能源汽车销量达 295 万辆，占全年汽车销量比例为 3.31%，cleantechnica 统计 2021 年 1~10 月全球新能源汽车销量为 485 万辆。根 据英飞凌数据，预计 2023 年全球新能源汽车渗透率将超过 25%，预计 2027 年全球新能源汽车渗透率将超过 50%； 2）根据中国汽车工业协会数据，近年来中国汽车年销量处于 2500~3000 万辆之间，2020 年新能源汽车销量 136.7 万辆，占全年汽车销量比例超 5%，2021 年 1~11 月新能源汽车销量为 299 万辆，同比增长 170%，占汽车总销量比 例达 12.73%，大幅增长。

新能源汽车用 SiC 晶圆需求不断提升，预计 2025 年中国 SiC 晶圆需求量占全球的比例可达到 46%。对于 SiC 晶圆， 2021 年预计全球折合 6 英寸 SiC-on-SiC 晶圆需求超过 10 万片，其中中国超过 7 万片，预计到 2025 年全球和中国 折合 6 英寸 SiC 晶圆需求将分别达到 62.4 万片和 28.6 万片，中国占全球的比例达到 46%。预计 2021~2025 年全球 和中国折合 6 英寸 SiC 晶圆需求 CAGR 分别可达 57.27%和 41.67%，全球增速高于国内增速。

光伏和储能系统：2019 年光伏和储能带来的 SiC 功率器件市场规模为 1.25 亿美元，预计 2019~2025 年将以 17%的 CAGR 增长至 3.14 亿美元，占碳化硅市场比例达 12.3%。

光伏和储能系统是碳化硅器件的重要应用领域之一，采用碳化硅功率器件的光伏逆变器可以提高转换效率、降低损耗。 在光伏发电应用中，基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统 10%左右，但却是系统能量损耗的主要来源之一。光伏 逆变器使用 SiC MOSFET 和 SiC SBD 结合的功率模块后，转换效率可以提升至 99%以上，能量损耗降低 50%以上， 设备循环寿命提升 50 倍，能够缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命、降低生产成本。在组串式和集中 式光伏逆变器中，碳化硅器件预计会逐步替代硅基器件。

预计 2020~2030 年全球光伏年度新增装机规模 CAGR 为 9.1%，到 2025 年光伏逆变器中的碳化硅功率器件占比有 望达到 50%。根据 CPIA 数据，2020 年全球光伏新增装机规模预计达 130GW，创历史新高，在光伏发电成本持续下 降和全球绿色复苏等有利因素的推动下，全球光伏市场将快速增长，预计 2023 年以后全球每年新增装机规模将超过 200GW。根据 CASA 的预测，预计到 2025 年光伏逆变器中的碳化硅功率器件占比有望达到 50%，维持稳健增长。

轨道交通：2019 年光轨道交通带来的 SiC 功率器件市场规模为 0.09 亿美元，预计 2019~2025 年将以 55%的 CAGR 增长至 1.18 亿美元，占碳化硅市场比例达 4.6%，增速较高。

碳化硅高温高频耐高压的特性可满足轨道交通大功率和节能需求，轨道交通中 SiC 功率器件占比 2030 年有望提高到 30%。轨道交通中的牵引变流器、辅助变流器、主辅一体变流器、电力电子变压器、电源充电机都对碳化硅器件有需 求。牵引变流器是机车大功率交流传动系统的核心设备，使用碳化硅器件能提高牵引变流器装置效率，满足轨道交通 大容量、轻量化和节能型牵引变流装置的应用需求，提升系统的整体效能。2014 年，日本小田急电铁新型通勤车配 备了三菱电机 3300V/1500A 全碳化硅功率模块逆变器，开关损耗降低 55%，体积和重量减少 65%。根据 CASA 数 据，目前轨道交通中仍然以硅基功率器件为主，未来 SiC 功率器件的占比有望逐步提高。

（2）氮化镓射频器件有望大量替代 LDMOS，国防和 5G 基站需求量巨大

射频器件在无线通讯中扮演信号转换的角色，是无线通信设备的基础性零部件，半绝缘型碳化硅衬底制备的氮化镓射 频器件主要应用于面向通信基站及雷达应用的功率放大器。射频器件主要包括功率放大器、滤波器、开关、低噪声放 大器、双工器等，目前主流的射频器件有砷化镓、硅基 LDMOS、碳化硅基氮化镓等不同类型。

碳化硅基氮化镓射频器件具有良好的导热性能、高频率、高功率等优势，主要应用于面向通信基站及雷达应用的功率 放大器。碳化硅基氮化镓射频器件是迄今为止最为理想的微波射频器件，是 4G/5G 移动通讯系统、新一代有源相控 阵雷达等系统的核心微波射频器件。随着信息技术产业对数据流量、更高工作频率和带宽等需求的不断增长，氮化镓 器件在基站中应用越来越广泛。

1）砷化镓器件、硅基 LDMOS、碳化硅基氮化镓器件的比较：到 2025 年，功率在 3W 以上的射频器件市场中，氮 化镓射频器件有望占据约 50%的市场份额。根据 Analog Dialogue：①砷化镓器件：已在功率放大器上得到广泛应用； ②硅基 LDMOS 器件：已在通讯领域应用多年，但其主要应用于 4GHz 以下的低频率领域；③碳化硅基氮化镓射频 器件：目前正在取代 LDMOS 在通信宏基站、雷达及其他宽带领域的应用。根据 Yole 预测，至 2025 年，功率在 3W以上的射频器件市场中，氮化镓射频器件有望替代大部分硅基 LDMOS 份额，占据射频器件市场约 50%的份额；

2）碳化硅基和硅基氮化镓器件的比较：碳化硅基氮化镓外延主要优势在其材料缺陷和位错密度低，碳化硅基氮化镓 射频器件是目前市场的主流。目前，氮化镓射频器件主要是基于碳化硅、硅等异质衬底外延材料制备的，并在未来一 段时期也是主要选择。相较于硅基氮化镓，碳化硅基氮化镓外延主要优势在其材料缺陷和位错密度低。碳化硅基氮化 镓材料外延生长技术相对成熟，且碳化硅衬底导热性好，适合于大功率应用，同时衬底电阻率高降低了射频损耗，因 此碳化硅基氮化镓射频器件成为目前市场的主流。

预计 2026年全球碳化硅基氮化镓射频器件市场规模将增长至 22.22亿美元，2020~2026市场规模 CAGR可达 17%。 根据 Yole 数据，2020 年全球碳化硅基氮化镓射频器件市场规模为 8.91 亿美元，占比近 100%，预计 2020~2026 年 将以 17%的 CAGR 增长至 22.22 亿美元，份额会被硅基氮化镓射频器件挤占不足 10%。2020 年全球硅基氮化镓射 频器件市场规模不足 500 万美元，预计 2020~2026 年将以 86%的 CAGR 增长至 1.73 亿美元，份额有望扩张至 7%。

碳化硅基氮化镓射频器件已成功应用于众多领域，国防应用和无线通信基础设施为主要驱动。国防军事与航天应用市 场是拉动我国 GaN 微波射频器件市场规模的主要驱动力，根据 CASA 数据，2020 年市场规模为 34.8 亿元，未来 5 年将以25.4%的CAGR增长至100亿元。我国GaN微波射频器件在国防军事与航天应用市场已经100%实现国产化。 2020 年无线基础设施建设和移动终端设备占比分别达到 36%和 10%。此外，GaN 射频器件在无线宽带、射频能量、 商业雷达等市场均呈现增长态势。

国防应用：国防应用是 GaN 射频器件市场的最重要驱动力量，据 Yole 数据，2020~2025 年全球市场规模将以 22％ 的 CAGR 从 3.4 亿美元增长至超过 11.1 亿美元。在国防军工领域，碳化硅基氮化镓射频器件已经代替了大部分砷化 镓和部分硅基 LDMOS 器件，占据了大部分市场。根据 Strategy Analytics 统计，国防和航天应用中的雷达和电子战 系统是射频氮化镓的最大应用市场。我国 GaN 微波射频器件在国防军事与航天应用市场已经 100%实现国产化，此 外，对于需要高频高输出的卫星通信应用，氮化镓器件也有望逐步取代砷化镓的解决方案。

5G 基站：5G 基站建设是 GaN 射频器件市场的另一关键驱动力量，预计 2020~2025 年 5G 基站建设驱动全球 GaN 射频器件市场规模以 15％的 CAGR 从 3.7 亿美元增长至超过 7.3 亿美元。

以碳化硅为衬底的氮化镓射频器件以其良好导热性和大功率输出的优势，成为 5G 基站功率放大器的主流选择。5G 具有大容量、低时延、低功耗、高可靠性等特点，要求射频器件拥有更高的线性和更高的效率。相比砷化镓和硅基 LDMOS 射频器件，以碳化硅为衬底的氮化镓射频器件同时具有碳化硅良好的导热性能和氮化镓在高频段下大功率射 频输出的优势，能够提供高频电信网络所需要的功率和效能，成为 5G 基站功率放大器的主流选择。

预计 2022 年将迎来国内 5G 建设的高峰期，2023 年后毫米波基站将有望大规模部署，拉动 GaN 微波射频器件市场 规模成倍数增长。根据 2020 年 12 月的中国信通院 ICT+深度观察报告会上的数据，彼时中国已累计建成 5G 基站 71.8 万个，推动共建共享 5G 基站 33 万个。根据 Frost&Sullivan 数据，预计 2022 年将迎来中国新建 5G 基站高峰， 2022 年新建 5G 基站数量预计达 110 万个，对应投资规模约为 1500 亿元，2022 年后中国 5G 基站建设将逐步放缓。 但 2023 年开始，毫米波基站将有望开始大规模部署，成为拉动市场的主要力量，带动国内 GaN 微波射频器件市场 规模成倍数增长。

5G 宏基站、微基站及毫米波基站带来的国内 GaN 射频器件市场规模预计将超过 1000 亿元，为 GaN 晶圆带来大量 需求。2020 年我国 5G 宏基站 GaN 射频器件市场规模 73 亿元，到 2022 年市场规模接近 100 亿元，CAGR 达 17.5%。 2023 年毫米波基站将开始部署，预计射频器件市场规模将有 5-10 倍的增长需求。整体来看，5G 宏基站、微基站及 毫米波基站带来的 GaN 射频器件市场规模将超过 1000 亿元。折算成晶圆来看，我国 5G 宏基站 4 英寸 GaN 晶圆 2020 年需求量为 6.4 万片，2022 年需求量进一步增长至 10 万片。若毫米波基站开始部署，其 4 英寸 GaN 晶圆总需求量 约为 200~400 万片。

基于以上应用驱动，2020 年全球半绝缘型碳化硅衬底市场规模为 1.82 亿美元，预计 2020~2025 全球半绝缘型碳化 硅衬底出货量 CAGR 可达 21.5%。根据 Yole 预测，得益于国防应用、5G 基站建设和雷达下游市场的大量需求，用 于氮化镓外延的半绝缘型碳化硅衬底市场规模取得较快增长，2020 年全球市场规模达 1.82 亿美元。预计半绝缘型碳 化硅衬底市场出货量（折算为 4 英寸）将由 2020 年的 16.56 万片增长至 2025 年的 43.84 万片，CAGR 达 21.5%。（报告来源：未来智库）

3、供给侧：美日欧厂商占据碳化硅衬底市场主要份额，国内企业产线布局加快

碳化硅厂商主要可以分为两种商业模式。①覆盖较全的产业链环节：同时从事碳化硅衬底、外延及器件的制作，例如 科锐公司等；②只从事产业链的单个或者部分环节，例如 II-VI 公司等。

全球半绝缘型碳化硅衬底市场中，Wolfspeed、II-VI、天岳先进三家几乎占据全部市场份额，全球导电型碳化硅衬底 市场中，Wolfpeed 份额最大达 62%。根据 Yole 数据，全球半绝缘型碳化硅衬底市场中，Wolfspeed、II-VI、天岳先 进几乎占据全部份额，2020 年占比分别为 33%/35%/30%，形成三足鼎立的态势。全球导电型碳化硅晶圆市场中， Wolfspeed 遥遥领先其他厂商，2018 年市场份额达 62%，II-VI 和 SiCrystal 次之，份额分别为 16%和 12%，三家合 计占比高达 90%，陶氏、昭和电工、Norstel 等厂商分配剩余 10%的份额，国内厂商天科合达和天岳先进占比分别为 1.7%和 0.5%，相对较低。

国际大厂方面，以 Wolfspeed、II-VI 为首的国际厂商已实现 6 英寸碳化硅衬底商用，开始布局 8 英寸产线。国际大 厂目前已经实现 6 英寸碳化硅衬底商用化，Wolfspeed、II-VI 等国际龙头企业已经开始投资建设 8 英寸碳化硅晶片生 产线，Wolfspeed 预计在 2022 年上半年开始量产 8 英寸碳化硅晶片。

国内第三代半导体供应链开始逐步成型，产线建设加快，产能不断增加，但供给仍然不足，大尺寸晶圆渐成主流。

1）国内供应链逐步成形。据 CASA 不完全统计，截至 2020 年底，国内有超过 170 家从事第三代半导体电力电子和 微波射频的企业，覆盖了从上游材料制备、中游器件设计、制造、封测到下游应用，基本形成完整的产业链结构。

2）国内碳化硅量产产品以 4 英寸为主，逐步向 6 英寸过渡。我国碳化硅产线从 4 英寸向 6 英寸发展，2020 年国内投产 3 条 6 英寸 SiC 晶圆产线，截至 2020 年底，国内至少已有 8 条 6 英寸 SiC 晶圆制造产线（包括中试线），另有 约 10 条 SiC 生产线正在建设。预计“十四五”时期我国将逐步推进 6 英寸衬底量产，并逐步突破 8 英寸衬底技术。

3）产能不断增加，但供给缺口仍存在。据 CASA 数据，2020 年我国 SiC 导电型衬底折合 4 英寸产能约 40 万片/年， 同比增加 150%，2020 年我国 SiC 半绝缘型衬底折合 4 英寸产能约 18 万片/年，同比增加 80%。

4、本土厂商迎第三代半导体国产替代机遇，综合成本优势驱动渗透率提升

宽禁带半导体的军事用途使得国外对中国实行技术禁运和封锁，近年来从国家到地方相继制定了一系列产业政策来推 动发展，本土厂商迎来前所未有的国产替代机遇期。国内碳化硅产业的持续发展对核心技术国产自主化、实现供应链 安全可控提出了迫切的需求，下游应用企业已在调整供应链，数家国内宽禁带半导体企业的上中游产品陆续获得了下 游用户验证机会，进入了多个关键厂商供应链，逐步开始了以销促产的良性发展。2021 年 3 月，“十四五”年规划中 提出要大力发展碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体产业。此外，上海、广东、湖南、山东等多省市均出台了相关政策支 持碳化硅等半导体产业发展。

碳化硅器件市场需求增长迅速，碳化硅产能呈供不应求态势。根据 CASA 数据，2020 年我国 SiC、GaN 电力电子器 件应用中，新能源汽车占比最大，达到 38%，光伏逆变器、消费类电源、工业及商业电源比例分别为 15%/22%/6%。 随着碳化硅衬底器件在 5G 通信、电动汽车、光伏新能源、轨道交通、智能电网等行业的应用，碳化硅器件市场需求 迅速增长，全球碳化硅行业呈现产能供给不足的情况，产业链的景气程度有望持续向好。

碳化硅基器件价格较同类硅基产品仍较高，但由于其优越性能及价格持续走低，综合成本优势逐渐显现，客户认可度 持续提高。根据 CASA 数据，SiC、GaN 产品的价格近几年来呈下降态势，主流产品与 Si 产品的价差在持续缩小，已经基本达到 4 倍以内，部分产品已经缩小至 2 倍。考虑系统成本（包括周边的散热、基板等成本）和能耗等因素， SiC、GaN 产品具备一定竞争力。行业通过多种措施降低成本，包括增大碳化硅衬底尺寸、升级制备技术、扩大衬底 产能等。此外，主要的产品供应商与大客户通过签订长期合作合同对市场进行锁定，供需双方共同推进市场渗透并形 成良性循环。

三、良率提升驱动毛利率和出货量增长，6英寸导电型衬底拓宽成长空间

作为国内首家上市的碳化硅衬底厂商，天岳先进未来发展主要受益于终端需求的拉动和产能的扩充。1）行业层面来 看，在国产替代背景下，新能源汽车加速渗透，充电桩、光伏、轨道交通等建设持续推进，国防和 5G 基站需求量较 大，整体拉动碳化硅衬底市场迅速成长。2）公司层面来看，新募投的 6 英寸导电型碳化硅衬底项目 22Q3 开始投产， 2026 年达产时将新增产能 30 万片/年，产能将得到极大扩充；半绝缘型碳化硅衬底通过优化工艺、提升良率来实现 产能的上升和成本的下降，助力公司稳健增长。

1、工艺和良率提升带来单位成本大幅下降，毛利率与国际龙头处于同等水平

天岳先进在碳化硅衬底技术方面积累了丰富经验，并积极与产业需求融合。①产品开发：公司完成了 4 英寸导电型和 半绝缘型碳化硅衬底技术的开发并成功实现了产业化，同时也完成了 6 英寸半绝缘和导电型碳化硅单晶衬底制备技术 的开发。②电学性能：公司半绝缘碳化硅衬底电阻率可以实现108Ω·cm 以上，电学性能达到较高水平；公司 6 英寸 导电型衬底电阻率典型值为 0.015~0.025Ω·cm，同时还实现了衬底面内径向分布的均匀性，有利于下游外延获得方 阻均匀的外延层和高导通特性、高一致性的芯片产品。③微管缺陷控制：公司持续开展技术研发和工艺改进，规模化 生产的碳化硅衬底微管密度持续降低，接近零微管水平，不断满足下游用户对高品质产品的需求。

综合对比同业公司技术参数，天岳先进产品与全球行业龙头的碳化硅衬底差距较小。对于碳化硅衬底而言，微管密度、 多型面积、电阻率范围、总厚度变化、弯曲度、翘曲度、表面粗糙度均为越低越好。① 4 英寸半绝缘型碳化硅衬底： 微管密度高于贰陆的产品；电阻率范围仅次于科锐公司（Wolfspeed）；总厚度变化、弯曲度和翘曲度与科锐、天科合 达有微小差距。②6 英寸半绝缘型碳化硅衬底：微管密度高于贰陆的产品；电阻率范围仅次于科锐公司（Wolfspeed）； 总厚度变化与科锐处于同一水平，与天科合达有微小差距；其他指标均达到同业相同或领先水平。③ 6 英寸导电型 碳化硅衬底：微管密度和电阻率范围仅次于贰陆，总厚度变化仅次于天科合达，其他参数均达到同业相同或领先水平。 综合来看，公司产品技术参数与国际龙头企业差距较小。

天岳先进工艺改进助力良率提升，2021H1 晶棒和衬底良率分别为 49.9%和 75.47%。受材料、技术等影响，在长晶 环节和衬底加工环节中，会产生一定数量的非半导体级晶棒、不合格衬底，同行业不同厂商内部产品指标及判定、计 算方式等存在不同，对主要生产环节良率的计算方式也有不同。根据招股书，公司晶棒良率=半导体级晶棒产量/（半 导体级晶棒产量+非半导体级晶棒产量）；衬底良率=合格衬底产量/（合格衬底产量+不合格衬底产量），分别计算了每 个环节的良率。公司工艺改进促进了良率的提升，晶棒良率从 2018 年的 41%提升至 21H1 的 49.9%，衬底良率从 2018 年的 73%提升至 21H1 的 75%。

天岳先进受益于工艺提升和规模效应，成本逐年下降，为产品价格调整提供了空间。受益于良率提升，单个衬底分摊 的成本下降，2018~2021H1 公司半绝缘碳化硅衬底单片成本分别为 8709/7492/5966/4684 元， 2021H1 单位成本较 2018 年下降了 46%，其中单位直接人工成本和单位制造费用降幅较大，分别较 2018 年下降 41%和 64%，分担了部 分原材料上涨的压力。

半绝缘型碳化硅衬底单价比同尺寸导电型衬底高 2-3 倍，天岳先进碳化硅衬底价格均呈下降态势，有助于销量提升。 ①半绝缘型碳化硅衬底制备的技术难度更大，同时半绝缘型衬底单片平均厚度较导电型衬底更高，意味着同样厚度的 晶棒，导电型衬底的产出率较半绝缘型衬底的产出率高约 40~50%，叠加技术难度等因素，导致半绝缘型衬底价格较 同尺寸导电型价格高 2~3 倍；②半绝缘型碳化硅衬底价格：公司的主要产品 4 英寸半绝缘型碳化硅衬底单价从 2018 年的 9682 元下降至 2021H1 的 7837 元，降幅达 19%，2、3、6 英寸产品价格也均有不同程度的下降，2、3 英寸较 2018 年分别下降 33%和 31%，6 英寸较 2019 年下降 23%；③导电型碳化硅衬底价格：公司 6 英寸导电型碳化硅衬 底价格 2020 年同比下降 20%，2、3、4 英寸导电型碳化硅衬底价格 21H1 较 2020 年分别下降 9%/30%/30%。

自 2019 年以来，公司主营业务毛利率逐年攀升，与全球龙头企业毛利率水平相当。2018 年公司碳化硅衬底相关技 术及生产工艺尚处于改良优化过程，产能较小且生产效率尚未明显提高，因此成本较高，毛利率较低。2019 年起， 随着主营产品半绝缘衬底产能提升和技术突破带动的成本下降，半绝缘型衬底毛利率大幅提升，与境内外可比公司差 距逐渐缩小。2020 年和 2021H1 公司主营业务毛利率与境外可比公司相当。

2、长晶炉台均产能稳步上升，半绝缘型衬底以 30%的市占率进入全球第一梯队

天岳先进受益于产能扩张的保障，在半绝缘型衬底市场份额大幅提升，2020 年全球市占率达 30%，同比增长 12pcts。 近年来公司在半绝缘型碳化硅衬底领域市占率大幅提升，已进入行业第一梯队，直接与国外巨头竞争。根据 Yole 数 据，在按销售额统计的市场份额中，公司从 2019 年的 18%上升至 2020 年的 30%，位列全球第三。预计随着下游需 求的增长和国产替代进程的推进，公司未来市场份额仍有一步的提升空间。

天岳先进各类生产设备数量逐年上升，大部分设备可同时兼容 4、6 英寸碳化硅衬底的生产。公司主要生产设备长晶 炉的数量从 2018 年的 147 台增长至 2021H1 的 584 台，有效保障了产能的扩张。此外，公司大部分设备可以同时兼 容 4、6 英寸生产，4 英寸、6 英寸碳化硅衬底的生产环节均包括粉料合成、晶体生长和加工及检测等环节，生产方式 无显著差异，公司除 10 台长晶炉最大仅支持 4 英寸产品生产外，大部分生产设备兼容 4 英寸、6 英寸产品的生产。

天岳先进优化工艺，长晶周期缩短，生产周期缩短，长晶炉台均产能上升。目前公司 4 英寸半绝缘型衬底的生产周期 通常为 20 天左右，其中合成环节约为 3 天，长晶环节约为 7-8 天，加工环节约为 10 天。2018 年、2019 年公司每炉 次的平均长晶周期约为 8 天，随着工艺的改进，2020 年每炉次的平均长晶周期缩短至约 7 天。长晶周期缩短使得长 晶炉台均产能从 2018 年的 78 片/年上升至 2020 年的 111 片/年，使公司总产能从 2018 年的 1.16 万片/年上升至 2020 年的 4.8 万片/年。

天岳先进 2020 年销量同比+99%，目前在手订单金额充足，2021H1 末订单覆盖率达 296%。随着公司产能的扩张和 下游需求的提升，公司碳化硅衬底销量逐年上升，2020 年销量为 3.89 万片，同比增长了 99%，21H1 销量达 2.59 万片。2021 年 6 月末，公司在手订单金额 9479 万元，订单覆盖率 296%。同时，2021 年初公司与主要客户签订数 量合计约为 3.2 万片的年度采购框架协议，未来的业务合作量和在手订单将有望保持良好态势。

天岳先进长晶炉设备自主设计、委外加工，2019 年 9 月与北方华创签订长晶炉合作协议，目前仍在履行。公司 2018 年长晶炉均向国外厂商购买，2019 年以来长晶炉均采购自国内厂商，北方华创为公司长晶炉设备的主要供应商。此 外，国内公司中，天科合达沈阳分公司可生产长晶炉设备，2020 年产能为 25 台/月，2019 年长晶炉营收占比 15%； 晶盛机电、露笑科技全资子公司露笑蓝宝石也可制造长晶炉设备。

3、6 英寸导电型碳化硅衬底为未来业务最大增量，预计 2026 年 100%达产

预计 2023 年全球 6 英寸碳化硅衬底收入占比达 55%，导电型碳化硅衬底比例将远高于半绝缘型衬底。根据 Yole 数 据，2020 年全球 6 英寸半绝缘型碳化硅衬底的收入占比为 15%，预计 2023 年将达到 55%。此外，预计 2030 年中 国 6 英寸导电型碳化硅衬底市场规模将达到 40 万片，相比 2020 年增加 400%。2030 年 6 英寸导电型碳化硅市场规 模为 6 英寸半绝缘型碳化硅衬底市场规模的 2 倍，蕴含市场机会巨大。

天岳先进 6 英寸导电型碳化硅衬底项目拟投入长晶炉 800 台，到 2026 年导电型碳化硅衬底台均产能达 375 片/年， 导电型产品中标国家电网采购计划。公司本次募投项目拟投入生产设备 1000 余台，其中用于晶体生长的长晶炉 800 台，2022 年一期项目投产，至 2026 年达产时，单台长晶炉导电型碳化硅衬底产能约为 375 片/年，将新增产能 30 万片/年。此外，公司目前大规模量产的半绝缘型衬底单片平均厚度为 500 微米，导电型衬底单片平均厚度为 350 微 米，这意味着同样厚度的晶棒，导电型衬底的产出率较半绝缘型衬底的产出率高约 40~50%。公司 6 英寸导电型碳化 硅衬底已送样至多家国内外知名客户，并于 2019 年中标国家电网采购计划。

四、盈利预测

4 英寸半绝缘型衬底业务：①量：鉴于国内特种需求未来有望持续增长、通信需求进一步提升和半绝缘型衬底国产化 进程的加速，同时由于公司生产工艺有望持续改进，半绝缘型衬底良率有望进一步提升，公司 4 英寸半绝缘型衬底产 能充足，未来几年出货量有望逐步上升，预计 2021-2023 年出货量为 48500/60000/70000 片；②价：公司 4 英寸半 绝缘型衬底 ASP 受下游需求和整体供给关系影响较大，随着全球半绝缘型衬底产能释放的逐步稳定，预计 4 英寸半 绝缘型衬底 ASP 逐年低个位百分数下降，预计 2021-2023 年 ASP 为 8500/8075/7833 元；③毛利率：公司生产工艺 逐步改善，良率提升，4 英寸半绝缘型衬底毛利率逐步提升，预计 2021-2023 年毛利率为 40.2%/42.0%/44.0%。

6 英寸导电型衬底业务：①量：公司计划投资 25 亿元在上海临港新建工厂，预计 2022 年 Q2 完工，2022 年 Q3 投 产，一期达产 30 万片 6 英寸导电型衬底，公司可根据下游需求程度灵活调整投产节奏，鉴于新能源汽车和光伏等新 能源领域对于高效低耗的功率器件需求旺盛，预计 2021-2023 年出货量为 400/40000/85000 片；②价：由于导电型 生产工艺相对低于半绝缘型衬底，导电型衬底 ASP 通常为同尺寸半绝缘型衬底的 1/3-1/2，同时随着导电型衬底供给 的增加，预计 ASP 逐年会有中到高个位百分数的下降，预计 2021-2023 年 ASP 为 5700/5415/5144 元；③毛利率： 公司导电型产品随着放量的逐步增大，同时制造工艺和良率有望逐步改善，预计公司导电型衬底毛利率将逐步上升， 预计 2021-2023 年毛利率为-39.3%/25%/30%。

其他业务：公司其他业务主要包括销售生产中无法达到半导体级要求的晶棒、不合格衬底等产品，预计 2021-2023 年其他业务收入为 0.7/0.8/0.9 亿元，毛利率为 40.1%/45%/50%。

三费率及其他：剔除公司历史上由于股利支付等因素，公司三费率变动主要系营业收入增长造成，假设后续三费率随 着营收体量的增加呈现小幅下滑趋势。假设以政府补助为主的其他收益 2021-2023 年均保持为 6650 万元。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站