电子元器件行业：半导体系列报告之二，碳化硅，能量转换链的材料变革

请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野本土智慧 行业研究 Page1 行业研究 Page1 证券研究报告—深度报告 电子元器件 [Table_IndustryInfo] 半导体系列报告之二 超配 2021 年 12 月 30 日 一年该行业与上证综指走势比较 行业深度 碳化硅：能量转换链的材料变革  碳化硅是功率器件材料端的技术演进 随着终端应用电子架构复杂程度提升，硅基器件物理极限无法满足部分高压、高温、高频及低功耗的应用要求，具备热导率高、临界击穿场强高、电子饱和漂移速率高等特点的碳化硅（SiC）器件作为功率器件材料端的技术迭代产品出现，应用于新能源汽车、光伏、工控等领域，在电力电子设备中实现对电能的高效管理。以逆变器为例，碳化硅模块代替硅基 IGBT 后，逆变器输出功率可增至硅基系统的 2.5 倍，体积缩小 1.5倍，功率密度为原有 3.6 倍，最终实现系统成本整体降低。  碳化硅技术壁垒高，技术演进空间大 一方面，由于碳化硅长晶速度慢，每小时仅生长 0.2-0.3mm，在 200 多种晶型中仅一种可用（SiC-4H），且晶棒切割难度大，因此碳化硅衬底从样品到稳定批量供货大约需要 5 年；另一方面，作为碳化硅器件性能及可靠性的关键，高压器件用、低缺陷密度且均匀掺杂的碳化硅外延工艺难度大；叠加离子注入、栅氧可靠性及客户验证等器件端挑战，碳化硅市场进入壁垒高，技术挑战大。未来，碳化硅将继续向衬底大尺寸化、切割高效化及器件模块化等低成本高可靠性方向发展。  上游产能不断扩充，产业垂直整合加速 碳化硅衬底成本占比为 46%，外延成本占比为 23%，产业链价值量倒挂，衬底供应商掌握了产业链的核心话语权。以 Wolfspeed 为例，其衬底产能全球第一，已获 13 亿美元长期协议，在车规级器件端扩展迅速。目前， ST、英飞凌、安森美等传统功率器件商均在上游材料进行扩产，同时基于多年客户积累与汽车等终端建立合作，产业垂直整合加速。我国目前在衬底端已开始占据一定市场份额，如山东天岳 2020 年半绝缘衬底全球市占率已至 30%；而器件端，目前全球意法半导体一家独大，国内公司尚属发展早期，但已有部分企业如斯达半导、比亚迪半导体等碳化硅模块已实现上车应用。  新能源汽车驱动市场加速，国内 SiC 产业链蓄势待发 根据 Yolé 预测，碳化硅器件市场将从 2019 年 5 亿美元增至 2025 年 25亿美元，复合增速达 30%。其中，新能源汽车作为主驱动力，从 2019年 2.25 亿增至 2025 年 15 亿美元，占整个市场 60%，对应复合增速 38%。随着快充需求增加，电动汽车逐步向 800V 架构过渡，碳化硅渗透加速。目前，国内企业在衬底端已有开始占据少量份额，器件端仍属发展早期。未来，考虑产业链价值量分布及客户优势等因素，我们认为上游拥有衬底量产技术、外延能力的企业及拥有功率半导体经验、下游客户或具备大量上车数据的功率半导体公司有望脱颖而出。 国内 SiC 产业链上市或 IPO 阶段相关公司：天岳先进（衬底）、凤凰光学（外延）、斯达半导（器件）、比亚迪半导体（器件）、中车时代电气（器件）、华润微（器件）等。  风险提示：新能源汽车销量不及预期；碳化硅器件渗透不及预期等。 相关研究报告： 《电子行业 2022 年投资策略：关注量变引起质变的 3C 创新及国产替代》 ——2021-12-27 《电子行业周报：多品牌折叠机纷至沓来，关注铰链及 UTG》 ——2021-12-27 《电子行业周报：2021 年全球半导体资本支出创新高》 ——2021-12-20 《电子行业周报：Meta 元宇宙生态再进阶，OPPO 折叠机将面市》 ——2021-12-15 《电子行业周报：大厂增产 MLCC，4Q 折叠新机频发》 ——2021-12-06 证券分析师：胡剑 电话：02160893306 E-MAIL：hujian1@guosen.com.cn 证券投资咨询执业资格证书编码：S0980521080001 证券分析师：胡慧 电话：021-60871321 E-MAIL：huhui2@guosen.com.cn 证券投资咨询执业资格证书编码：S0980521080002 独立性声明： 作者保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于本人的职业理解，通过合理判断并得出结论，力求客观、公正，其结论不受其它任何第三方的授意、影响，特此声明 0.60.70.80.91.01.1J/21M/21M/21J/21S/21N/21上证综指电子元器件 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野本土智慧 Page2 内容目录 碳化硅：能量转换链的材料变革 .................................................................................. 5 为什么要用碳化硅？ ............................................................................................ 6 碳化硅材料：发挥碳化硅优势的最关键环节 ........................................................ 7 碳化硅器件：电能转换的载体 .............................................................................. 9 碳化硅壁垒：长晶、外延及器件 ........................................................................ 12 碳化硅发展趋势：衬底大尺寸化，切割高效化、器件模块化 ............................. 14 碳化硅的竞与合：以 Wolfspeed 为例 ....................................................................... 15 从 Cree 到 Wolfspeed：碳化硅龙头的转型之路 ................................................ 15 Wolfspeed：转型影响短期盈利，成长性带来市值新高 ..................................... 18 由 Wolfspeed 看碳化硅市场的竞与合 ................................................................ 21 应用驱动下的碳化硅行业 ........................................................................................... 24 新能源时代开启，碳化硅加速渗透 .......................................