半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基石是芯片，制作芯片的核心材料按照歷史進(jìn)程分為：第一代半導(dǎo)體材料（大部分為目前廣泛使用的高純度硅），第二代化合物半導(dǎo)體材料（砷化鎵、磷化銦），第三代化合物半導(dǎo)體材料以碳化硅和氮化鎵為代表。

碳化硅是第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)材料，碳化硅功率器件以其優(yōu)異的耐高壓、耐高溫、低損耗等性能，能夠有效滿足電力電子系統(tǒng)的高效率、小型化和輕量化要求。

在新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢。因其優(yōu)越的物理性能：高禁帶寬度（對應(yīng)高擊穿電場和高功率密度）、高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率，有望成為未來最被廣泛使用的制作半導(dǎo)體芯片的基礎(chǔ)材料。

圖表來源：IHS Market

近年來新能源汽車驅(qū)動碳化硅行業(yè)高速成長，較傳統(tǒng)的燃油汽車相比，新能源汽車半導(dǎo)體元器件功率更大，性能要求更高，用量幾倍于傳統(tǒng)燃油汽車。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方案，每輛新能源汽車使用的功率器件價值約700美元到1000美元。

隨著新能源汽車的發(fā)展，對功率器件需求量日益增加，成為功率半導(dǎo)體器件新的增長點。使用碳化硅襯底材料，為新能源汽車節(jié)省大量成本。

半導(dǎo)體芯片分為集成電路和分立器件，但不論是集成電路還是分立器件，其基本結(jié)構(gòu)都可劃分為“襯底-外延-器件”結(jié)構(gòu)。

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈也可分為三個環(huán)節(jié)：分別是上游襯底，中游外延片和下游器件制造。

圖表來源：中信證券

碳化硅在半導(dǎo)體中存在的主要形式是作為襯底材料。碳化硅晶片作為半導(dǎo)體襯底材料，長晶難度大，技術(shù)壁壘高，毛利率可達(dá)50%左右。
已已經(jīng)過外延生長、器件制造等環(huán)節(jié)，可制成碳化硅基功率器件和微波射頻器件。晶片尺寸越大，對應(yīng)晶體的生長與加工技術(shù)難度越大。

碳化硅晶片產(chǎn)業(yè)鏈：

圖表來源：天科合達(dá)招股說明書

襯底常用Lely法制造，國際主流采用6英寸晶圓，正向8英寸晶圓過渡；國內(nèi)襯底以4英寸為主，主要用于10A以下小電流產(chǎn)品。

全球碳化硅市場呈現(xiàn)寡頭壟斷局面，歐美日企業(yè)領(lǐng)先美國全球獨大，全球SiC產(chǎn)量的70%~80%來自美國公司。

海外碳化硅單晶襯底企業(yè)主要有Cree、DowCorning、SiCrystal、II-VI、新日鐵住金、Norstel等。

其中CREE、II-VI等國際龍頭企業(yè)已開始投資建設(shè)8英寸碳化硅晶片生產(chǎn)線。

國內(nèi)企業(yè)也在積極研發(fā)和探索碳化硅器件的產(chǎn)業(yè)化，已經(jīng)形成相對完整的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈體系。

中國企業(yè)在單晶襯底方面以4英寸為主，目前已經(jīng)開發(fā)出了6英寸導(dǎo)電性SiC襯底和高純半絕緣SiC襯底。

以天科合達(dá)和山東天岳為主的SiC晶片廠商發(fā)展速度較快，市占率提升明顯。三安光電在SiC方面也在深度布局。

山東天岳、天科合達(dá)、河北同光、中科節(jié)能均已完成6英寸襯底的研發(fā)，中電科裝備研制出6英寸半絕緣襯底。

華潤微擁有3條6英寸產(chǎn)線和一條正在建設(shè)的12英寸產(chǎn)線，并擁有國內(nèi)首條實現(xiàn)商用量產(chǎn)的6英寸碳化硅晶圓生產(chǎn)線。

露笑科技2020年引進(jìn)碳化硅重磅研發(fā)團(tuán)隊并聯(lián)合合肥政府共同投資碳化硅。

外延常用PECVD法制造。國外外延片企業(yè)主要有DowCorning、II-VI、Norstel、CREE、羅姆、三菱電機(jī)、英飛凌等；器件方面相關(guān)主要企業(yè)包括英飛凌、CREE、羅姆、意法半導(dǎo)體等。

國內(nèi)從事外延片生長的企業(yè)包括廈門瀚天天成和東莞天域半導(dǎo)體等；從事碳化硅器件設(shè)計制造的企業(yè)包括泰科天潤、華潤微、綠能芯創(chuàng)、上海詹芯、基本半導(dǎo)體、中國中車等。

同時從事外延生長和器件制作的企業(yè)包括中電科五十五所、中電科十三所和三安集成等。

外延片方面，中國瀚天天成、東莞天域半導(dǎo)體、國民天成均可供應(yīng)4-6英寸外延片。模塊方面有斯達(dá)半導(dǎo)體、比亞迪電子、中車時代電氣等公司。

下游器件的制造效率越高、單位成本越低。器件領(lǐng)域國際上600-1700V碳化硅SBD、MOSFET都已量產(chǎn)，Cree已開始布局8英寸產(chǎn)線，國內(nèi)企業(yè)碳化硅MOSFET還有待突破，產(chǎn)線在向6英寸過渡。
碳化硅器件領(lǐng)域代表性的企業(yè)中，目前來看在國際上技術(shù)比較領(lǐng)先的是美國的Cree，其覆蓋了整個碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的上下游（襯底-外延-器件），具有核心的技術(shù)。

下游碳化硅器件市場，美國Cree占據(jù)最大市場份額，達(dá)26%，其次為羅姆和英飛凌，分別占據(jù)21%和16%的市場份額。

英飛凌已經(jīng)推出了采用轉(zhuǎn)模封裝的1200V碳化硅（SiC）集成功率模塊（IPM），并大規(guī)模推出了SiC解決方案。

國內(nèi)廠商主要有器件：泰科天潤、瀚薪、揚(yáng)杰科技、中電55所、中電13所、科能芯、中車時代電氣等；模組：嘉興斯達(dá)、河南森源、常州武進(jìn)科華、中車時代電氣目前碳化硅市場處于起步階段。

碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)鏈公司梳理：

資料來源：銀河證券

Yole預(yù)計2025年碳化硅射頻器件全球市場規(guī)?？蛇_(dá)250億美元，2023年碳化硅功率器件全球市場規(guī)模可達(dá)14億美元。

在未來的10年內(nèi)，碳化硅器件有望大范圍地應(yīng)用于工業(yè)及電動汽車領(lǐng)域。

資料來源：Yole, 中信建投

目前碳化硅（SiC）半導(dǎo)體仍處于發(fā)展初期，晶圓生長過程中易出現(xiàn)材料的基面位錯，以致碳化硅器件可靠性下降。

另一方面，晶圓生長難度導(dǎo)致碳化硅材料價格昂貴，預(yù)計想要大規(guī)模得到應(yīng)用仍需一段時期的技術(shù)改進(jìn)。

汽車應(yīng)用領(lǐng)域，碳化硅器件替代硅器件是確定的發(fā)展趨勢。碳化硅功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域在持續(xù)的拓展。

新能源汽車產(chǎn)業(yè)作為一個體量快速增長、技術(shù)持續(xù)革新的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，將在汽車電動化滲透率提升的過程中為多個細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域提供廣闊的舞臺，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)有望涌現(xiàn)多家技術(shù)領(lǐng)先型的黑馬企業(yè)。

特斯拉Model3是第一個集成全SiC功率模塊的車企，主要采購意法半導(dǎo)體的650V碳化硅功率器件，特斯拉逆變器由24個1-in-1功率模塊組成，這些模塊組裝在針翅式散熱器上。

比亞迪車規(guī)級的IGBT已經(jīng)走到5代，碳化硅Mosfet已經(jīng)走到3代，第4代正在開發(fā)當(dāng)中，目前在規(guī)劃自建產(chǎn)線。若如期實現(xiàn)，比亞迪將繼續(xù)維持國內(nèi)三電技術(shù)領(lǐng)先的地位，并且在續(xù)航表現(xiàn)上與其他國內(nèi)車企拉開一大截。

5G基站方面，對碳化硅襯底也有較大需求。根據(jù)Yole和CREE預(yù)測，受益5G的普及與5G基站的建設(shè)，碳化硅基氮化鎵外延功率器件市場規(guī)模將從2018年6.45億美金增長到2024年的20億美金，年均復(fù)合增速達(dá)20.76%，2027年市場規(guī)模有望達(dá)到35億美金。

與硅元器件相比，GaN具有高臨界磁場、高電子飽和速度與極高的電子遷移率的特點，是超高頻器件的極佳選擇，適用于5G通信、微波射頻等領(lǐng)域的應(yīng)用。

具體來看，氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈與碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)無較大差別，同樣分為襯底、外延片和器件環(huán)節(jié)。盡管碳化硅被更多地作為襯底材料，但國內(nèi)仍有從事氮化鎵單晶生長的企業(yè)，主要有蘇州納維、東莞中鎵、上海鎵特和芯元基等；從事氮化鎵外延片的國內(nèi)廠商主要有三安光電、賽微電子、海陸重工、晶湛半導(dǎo)體、江蘇能華等；從事氮化鎵器件的廠商主要有三安光電、聞泰科技、賽微電子、聚燦光電、乾照光電等。

氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料，有更高的禁帶寬度，是迄今理論上電光、光電轉(zhuǎn)換效率最高的材料體系，下游應(yīng)用包括微波射頻器件(通信基站等)，電力電子器件(電源等)，光電器件(LED照明等)。不過，第三代半導(dǎo)體材料中，受技術(shù)與工藝水平限制，氮化鎵材料作為襯底實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)，其應(yīng)用主要是以藍(lán)寶石、硅晶片或碳化硅晶片為襯底，通過外延生長氮化鎵以制造氮化鎵器件。

根據(jù)預(yù)測，2020年末，GaN射頻器件市場規(guī)模將達(dá)到7.5億美元，年均復(fù)合增長率20%。目前氮化鎵器件已應(yīng)用于5G通信基站射頻收發(fā)單元、消費(fèi)類電子快速充電器、電動汽車充電機(jī)OBC等領(lǐng)域。

LED領(lǐng)域

根據(jù)國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CSA）的統(tǒng)計，中國LED照明產(chǎn)品國內(nèi)市場滲透率（LED照明產(chǎn)品國內(nèi)銷售數(shù)量/照明產(chǎn)品國內(nèi)總銷售數(shù)量）由2012年的3.3%快速提升至2018年的70%，遠(yuǎn)超全球平均水平。

數(shù)據(jù)來源：國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CSA）、中商產(chǎn)業(yè)研究院整理

中國是LED照明產(chǎn)品最大的生產(chǎn)制造國，隨著國內(nèi)LED照明市場滲透率快速攀升至七成以上，LED照明已基本成為照明應(yīng)用的剛需，國內(nèi)的LED照明市場規(guī)模呈現(xiàn)出較全球平均水平更快的增長勢頭。根據(jù)高工產(chǎn)研LED研究所（GGII）的統(tǒng)計，中國LED照明市場產(chǎn)值規(guī)模由2015年的2596億元增長到2018年的4155億元，年均復(fù)合增長率達(dá)到16.97%，增速高于全球平均水平。預(yù)計到2021年，中國LED照明市場產(chǎn)值有望達(dá)到5900億元，2019-2021年仍有望能保持超過12%的年均復(fù)合增長水平。

5G基站領(lǐng)域

目前采用氮化鎵的微波射頻器件主要用于軍事領(lǐng)域、4G/5G 通訊基站等，由于涉及軍事安全，國外對高性能氮化鎵器件實行對華禁運(yùn)。因此，發(fā)展自主氮化鎵射頻功放產(chǎn)業(yè)，有助于打破國外壟斷，實現(xiàn)自主可控。2020年8月17日，在“點亮深圳，5G智慧之城”發(fā)布會上，深圳市市長陳如桂正式宣布深圳市實現(xiàn)5G獨立組網(wǎng)全覆蓋，深圳率先進(jìn)入5G時代。截至8月14日，深圳已建成46480個5G基站，截至7月26日，深圳已建成5G基站4.5萬個，提前一個月完成深圳此前8月底前完成4.5個5G基站建設(shè)的目標(biāo)。目前，深圳5G產(chǎn)業(yè)規(guī)模、5G基站和終端出貨量全球第一。

從全國各省市最新公布的5G基站建設(shè)計劃來看，據(jù)不完全統(tǒng)計，此前已有29個省市公布了2020年5G基站建設(shè)計劃。廣東5G大提速，2020年建設(shè)6萬座5G基站。從廣東省政府新聞辦舉行第49場疫情防控新聞發(fā)布會,省工業(yè)和信息化廳副廳長楊鵬飛表示，2020年將全面加速5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，爭取年內(nèi)建設(shè)6萬座5G基站，全省5G用戶數(shù)量達(dá)到2000萬。預(yù)計2020年，以5G基站和數(shù)據(jù)中心為代表的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施投資會超過500億元。以下是全國各省市2020年5G基站建設(shè)計劃情況：

數(shù)據(jù)來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院整理

光伏領(lǐng)域

GaN和SiC器件進(jìn)入光伏市場，將為小型系統(tǒng)帶來更大的競爭優(yōu)勢，主要包括：更低的均化電力成本，提升通過租賃和電力購買協(xié)議而銷售的電能利潤。此外，這些器件還能改善性能和可靠性。據(jù)北極星太陽能光伏網(wǎng)援引研究機(jī)構(gòu)Lux Research報告顯示，受太陽能模組的下游需求驅(qū)動，寬禁帶半導(dǎo)體――即碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)將引領(lǐng)太陽能逆變器隔離器市場在2020年達(dá)到14億美元。

近年來，全球光伏新增裝機(jī)容量規(guī)模持續(xù)增加。盡管中國受“531光伏新政”影響，2018年和2019年國內(nèi)的光伏新增裝機(jī)容量下滑，但得益于印度、墨西哥等新興光伏市場的快速發(fā)展，以及歐洲市場復(fù)蘇。隨著光伏技術(shù)提升，光伏發(fā)電成本不斷降低，未來光伏發(fā)電具有廣闊的增長空間。光伏支架作為光伏電站的關(guān)鍵設(shè)備之一，將隨著全球光伏電站新增裝機(jī)容量的增長而增長。2020年1-2季度全國新增光伏發(fā)電裝機(jī)1152萬千瓦。

數(shù)據(jù)來源：國家能源局、中商產(chǎn)業(yè)研究院整理

碳化硅器件代工領(lǐng)域，國內(nèi)企業(yè)有相當(dāng)競爭力。中車時代電氣建有 6 英寸雙極器件、8 英寸IGBT 和 6 英寸碳化硅的產(chǎn)業(yè)化基地，擁有芯片、模塊、組件及應(yīng)用的全套自主技術(shù)；華潤微具備碳化硅功率器件制備技術(shù)。

泰科天潤是國內(nèi)領(lǐng)先的碳化硅功率器件生產(chǎn)商，其在北京擁有一座完整的半導(dǎo)體工藝晶圓廠，可在 4/6 英寸 SiC 晶圓上實現(xiàn)半導(dǎo)體功率器件的制造工藝。

目前泰科天潤的碳化硅器件 650V/2A-100A，1200V/2A-50A，1700V/5A -50A，3300V/0.6A-50A 等系列的產(chǎn)品已經(jīng)投入批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量可以比肩國際同行業(yè)的先進(jìn)水平。在 SiC 外延的研發(fā)和量產(chǎn)方面，我國也已緊跟世界一流水平，瀚天天成的產(chǎn)品已打入國際市場；我國 SiC IDM 主要有泰科天潤、世紀(jì)金光、基本半導(dǎo)體、中電科 15 所、中電科 13所等。

國內(nèi)半導(dǎo)體廠商在積極發(fā)揮自身優(yōu)勢，大力布局第三代半導(dǎo)體行業(yè)。第三代半導(dǎo)體對我國而言意義非凡，是中國大陸半導(dǎo)體（尤其是功率和射頻器件）追趕的極佳突破口。