2022 碳化硅行业深度报告原文word.docx

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1、正文目录1.SiC碳化硅：产业化黄金时代已来；衬底为产业链核心41.1. SiC特点：第三代半导体之星，高压、高功率应用场景下性能优越41.2. 发展趋势：受益新能源车爆发，SiC产业化黄金时代将来临51.3. SiC产业链：衬底为技术壁垒最高环节，价值量占比46%92.SiC衬底：新能源车带来百亿级市场空间；国产替代可期112.1. 市场空间：新能源车带来百亿级市场空间；光伏逆变器应用前景可期112.2. 竞争格局：国内外差距逐步缩小，国产替代可期152.3. 生产工艺：较硅基半导体难度大幅增加；长晶环节是关键172.4. 行业趋势：大尺寸大势所趋，衬底是SiC产业化降本的核心203.SiC

2、衬底设备：与传统晶硅差异较小，工艺调教为核心壁垒224 .投资建议234.1. 晶盛机电：长晶设备龙头；碳化硅获23万片重大订单突破234.2. 天岳先进：半绝缘SiC衬底龙头，向导电型衬底延伸、打开成长第二曲线254.3. 露笑科技：碳化硅布局国内领先，定增扩产24万片导电型衬底产能274.4. 天科合达：国内导电型SiC衬底龙头；向8英寸衬底研发进军295 .风险提示31图目录图I:半导体3代材料发展历程，SIC为第三代半导体材料核心4图2：碳化硅功率器件较硅基功率器件性能有明显优势5图3：预计2026年SiC功率器件市场增长至45亿美元，2020-2026年CAGR=36%6图4：新能源

3、车为SiC核心下游增长点6图5：SiC功率组件可提升车辆5%-1()%的续航6图6：特斯拉Model3SiC逆变器示意图7图7：预计2025年全球新能源车SIC/GAN市场规模有望达100亿元，CAGR=132%7图8：SiC产业链梳理：包括上游衬底和外延环节、中游器件和模块制造环节，以及下游的应用环节9110:夕IJ-1*力弋110图11：SIC碳化硅器件示意图(图为WOLFSPEED器件产品)10图12：SIC碳化硅器件主要下游应用领域：新能源车、5G通信、工业等10图13：除逆变器外，碳化硅可适用于车载充电机、DC/DC转换器、高压辅驱控制器和主驱控制器11图14：碳化硅逆变器转换效率较

4、传统提升3pct12图15：碳化硅逆变器能量损耗较传统降低5()pct12图16：碳化硅功率器件在光伏逆变器中渗透率预测：目前10%,预计2025年达50%13图17：目前阳光电源、华为等光伏逆变器龙头企业已在碳化硅领域纷纷布局13图18：光伏203()装机需求量计算逻辑13图19：203()主要国家装机需求合计预测：达1246-1491GW13图20：Wolfspeed占据半绝缘SiC衬底60%以上市场份额(2018年)16图21：山东天岳占据导电型SiC衬底33%市场份额16图22：SIC碳化硅衬底制造工艺流程18图23：SIC碳化硅粉末示意18图24：SIC碳化硅PVT物理气相传输法生长

5、碳化硅晶体示意图18图25：3类SIC碳化硅衬底长晶方法示意图对比19图26：国内SiC衬底主要科研单位、院校梳理20图27：SiC器件成本构成：衬底占比成本近5成、为未来降本核心方向20图28：碳化硅衬底龙头Wolfspeed尺寸演进趋势(2018年)21图29：8时较6寸可多切近90%数量芯片、边缘浪费降低7%21图30：SiC衬底+外延设备产业链梳理：包括粉料合成、长晶炉、切片机、研磨机、抛光机、外延炉等设备22图31：公司为晶体生长设备龙头，下游覆盖光伏、半导体、蓝宝石、SiC四大领域24图32：2021前三季度实现收入4()亿元，同比增长61%24图33：2021前三季度归母净利润1

6、1.1亿元，同比+112%24图34：在手订单充沛，为公司未来业绩提供提供保障(单位：亿元)25图35：公司国内3家工厂、及2家海外研发中心布局情况26图36：2018-2020年公司营业收入CAGR=76.8%26图37：预计2021年归母净利润约0.651.05亿元26图38：公司导电型SiC衬底上海工厂顺利开工27图39：上海工厂将形成导电型SiC衬底30万片年产能27图4()：公司的战略布局三大板块：电磁线、碳化硅、光伏27图41：公司碳化硅衬底发展历史29图42：公司年产12万片碳化硅衬底项目于2020年8月正式开工30表目录表1：相比传统的硅材料(Si),碳化硅(SiC)各项性能指

7、标优势明显5表2：各大车企布局碳化硅情况梳理8表3：预计2025年6英寸SiC衬底需求达581万片/年，市场空间达231亿元(基于60%渗透率假设)12表4：预计2021-2025年，碳化硅衬底市场空间由8亿元提升至3()亿元，CAGR=39%14表5：中国主要SiC衬底项目布局情况统计15表6：国内企业起步时间较晚，但差距在逐渐缩小16表7：市场主要碳化硅衬底公司尺寸进展、及订单情况17表8：碳化硅衬底可分为半绝缘型衬底和导电型衬底17表9：天岳先进碳化硅晶棒+衬底良率情况21表10：碳化硅产业链：相关公司盈利预测与估值23表11：拟57亿定增加码碳化硅材料、半导体设备业务25表12：公司S

8、iC核心人才储备28表13：拟29亿定增加码碳化硅项目29表14：公司与主要竞争对手在碳化硅晶片产品迭代情况对比301.SiC碳化硅：产业化黄金时代已来；衬底为产业链核心1.1.SiC特点：第三代半导体之星，高压、高功率应用场景下性能优越半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料。核心分为以下三代：1）第一代元素半导体材料：硅（Si）和错（Ge）;为半导体最常用的材料，起源于20世纪50年代，奠定了微电子产业的基础。2）第二代化合物半导体材料：珅化镇（GaAs）、磷化锢（InP）等；是4G时代的大部分通信设备的材料，起源于20世纪90年代，奠定了信息产业的基础。3）第三代宽禁带材料：碳化硅

9、（SiC）、氮化俅（GaN）、氨化铝（ALN）、氧化僚（Ga203）等，近10年世界各国陆续布局、产业化进程快速崛起。 其中，碳化硅（SiC）为第三代半导体材料核心。核心用于功率+射频器件，适用于600V以上高压场景，包括光伏、风电、轨道交通、新能源汽车、充电桩等电力电子领域。图1：半导体3代材料发展历程,SIC为第三代半导体材料核心第一代4Si以大槐伐集成电路为I1主要技术的计算札I电子产品日向市场I 份注：90%以上） 120世圮50年代第三代硬化球Si氯化体GaN21世纪I也力电子（快|充充电头|资料来源：公开资料，浙商证券研究所整理 SiC碳化硅是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想

10、材料之一：由碳元素和硅元素组成的一种化合物半导体材料。相比传统的硅材料（Si）,碳化硅（SiC）的禁带宽度是硅的3倍：导热率为硅的4-5倍：击穿电压为硅的870倍：电子饱和漂移速率为硅的2-3倍。核心优势体现在：1） 耐高压特性：更低的阻抗、禁带宽度更宽，能承受更大的电流和电压，带来更小尺寸的产品设计和更高的效率；2） 耐高频特性：SiC器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，能有效提高元件的开关速度（大约是Si的370倍），适用于更高频率和更快的开关速度；3） 耐高温特性：SiC相较硅拥有更高的热导率，能在更高温度下工作。表1：相比传统的硅材料（Si）,碳化硅（SiC）各项性能指标优势明显半导体

11、材料SiGeGaAsGaN4H-SiC6H-SiC3C-SiCALN禁带宽度（eV）1.120.671.433.373.2632.26.2能带类型间接间接直接直接间接间接间接间接击穿场强（MV/cm）0.30.10.0653531.4电子迁移率（cm2/Vs）1350390085001250800400800300空穴迁移率（cm2/Vs）48019004002001159032014热导率(W/cm*K)1.30.580.5524.94.93.62.85资料来源：今日半导体，浙商证券研究所第一代半导体第二代半导体第三代半导体 相同规格的碳化硅基MOSFET与硅基MOSFET相比，其尺寸可大幅

12、减小至原来的1/10,导通电阻可至少降低至原来的1/100。相同规格的碳化硅基MOSFET较硅基IGBT的总能量损耗可大大降低70明o 碳化硅功率器件具有高电压、大电流、高温、高频率、低损耗等独特优势，将极大提高现有使用硅基功率器件的能源转换效率，未来将主要应用领域有电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通、智能电网等。图2：碳化硅功率器件较硅基功率器件性能有明显优势硅基与碳化硅基MOSFET对比（1000V电压）硅基IGBT与碳化硅MOSFET对比（40kHz开关频率）-lOOpmSiMOSEETSiCMOSFETSiIGB ISiCMOSFET资料来源：科锐公司官网、天岳先进招股书，浙商证券

13、研究所1.2. 发展趋势：受益新能源车爆发，SiC产业化黄金时代将来临市场空间：据Yole统计，2020年SiC碳化硅功率器件市场规模约7.1亿美元，预计2026年将增长至45亿美元，2020-2026年CAGR近见其中，新能源汽车是SiC功率器件下游最重要的应用市场，预计需求于2023年开始快速爆发。图3：预计2026年SiC功率器件市场增长至45亿美元，2020-2026年CAGR=36%资料来源：Yole,浙商证券研究所新能源汽车是碳化硅功率器件市场的主要增长驱动。SiC功率器件主要应用于新能源车逆变器、DC/DC转换器、电机驱动器和车载充电器（OBC）等核心电控领域，以完成较Si更高效

14、的电能转换。预计随着新能源车需求快速爆发，以及SiC衬底工艺成熟、带来产业链降本增效，产业化进程有望提速。1） 应用端：解决电动车续航痛点。据WoIfspeed测算，将纯电动汽车逆变器中的功率组件改成SiC时，可显著降低电力电子系统的体积、重量和成本，提升车插5悻-10的续航。据英飞凌测算，SiC器件整体损耗相比Si基器件修低80以上，导通及开关损耗减小，有助于增加电动车续航里程。2） 成本端：单车可节省400-800美元的电池成本，与新增200美元的SiC器件成本抵消后，能够实现至少200-600美元的单车成本下降。3） 客户端：特斯拉等车企已相继布局。Model3是行业第一家采用SiC逆变器的车型,开启了电动汽车使用SiC先河，单车总共有48个SiCMOSFET裸片，由意法半导体和英飞凌提供。其他车企包括比亚迪汉、丰田Mirai等也相继开始采用SiC逆变器。图4；新能源车为SiC核心下游增长