电子行业动态点评-第三代半导体专家十问十答：SiC-GaN路在何方？

免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 1 证券研究报告 电子 第三代半导体专家十问十答：SiC& GaN 路在何方？ 华泰研究–海外科技 电子 增持 (维持) 研究员 何翩翩 SAC No. S0570523020002 SFC No. ASI353 purdyho@htsc.com +(852) 3658 6000 2023 年 10 月 25 日│美国 动态点评 SiC 商业化进程领先 GaN 三年，预计 2026 年投资扩产或转向 GaN SiC 和 GaN 作为新型功率半导体材料，已进入快速发展阶段。2018 年特斯拉的功率器件应用加速了 SiC 应用于新能源车的进程。SiC 相较 GaN 有三年的商业化领先，全球市场由 Wolfspeed、Coherent、安森美等公司垄断。在小米推出手机快充后，GaN 产业规模迅速扩大，产业龙头有住友化学、英飞凌、三安光电等。GaN 相较 SiC 长晶速度快、成本更低，GaN 可以利用现有的硅（Si）工艺和设备，在普通的硅衬底上生长。而 SiC 则需要采用高纯度的 SiC 衬底，大幅提高了材料成本。GaN 未来的增长动能取决于能否在工业、汽车领域应用，但 GaN 上车仍处于送样测试阶段，车规级器件放量预计会在 2028 年左右。展望未来，SiC 和 GaN 或将形成各自的市场格局，预计 2026 年随着 SiC 产能饱和，大型公司可能将目光转向GaN 领域投资扩产。 SiC 领域 M&A 活跃，Coherent 通过合资子公司提前锁定日本市场 在 SiC 领域，融资并购活动主要是公司为了掌握核心技术提升良率，从而实现规模效应来降本增效，或是为了锁定产能确保衬底供应的稳定性。2008 年罗姆公司收购 SiCrystal，2019 年意法半导体收购 Norstel，以及2021 年安森美收购了 GT Advanced，在后续业务实践中都实现了双赢。2022 年 II-VI 收购 Coherent 后，新公司命名为 Coherent，并加速 SiC 业务布局。今年 10 月 11 日，三菱电机和 Denso 分别投资 5 亿美元在Coherent 子公司 Silicon Carbide LLC 各占股 12.5%，签署 6 英寸和 8 英寸 SiC 晶圆的长期供应协议，提前锁定日本市场。 国内 SiC 龙头在质量和工艺取得突破，降本增效取决于多方面因素 国内 SiC 衬底龙头在质量方面实现较大突破，但在工艺上仍有差距。1）技术来源：国内 60 余家 SiC 衬底企业，主要的技术和人才来源于天科合达和天岳先进；2）质量：我们认为国内 SiC 衬底质量能与国外巨头相媲美，具备竞争力；3）工艺：海外内龙头企业在长晶速度上距离也缩小。专家表示 ， 国 内 长 晶 速 度 在 每 周 20-30mm（ 切 20-30 片 ），Wolfspeed 和Coherent 长晶速度在每 10 余天长 40-50mm（切 40-50 片）；4）长晶设备：国内 PVT 设备国产率高，性价比较高；5）能源：由于长晶炉内温度高达 2400 摄氏度，能耗大。而国内太阳能、风电水电充足，有潜在降本可能性；6）技术人才：国外龙头企业的技术团队更加稳定。 长晶技术为大尺寸 SiC 衬底研发核心挑战，激光切割或为下一代技术主流 国内晶圆尺寸在从 4 到 6 英寸过渡，6 英寸去年开始大规模量产，8 英寸全球只有 Wolfspeed 在纽约的莫霍克谷工厂有小批量试产，良率为公司核心机密未披露。8 英寸晶圆性价比较低，面积约为 6 英寸晶圆的 1.8 倍，但价格高达 2000 美元为 6 英寸片价格的 2.5 倍。长晶技术是研发 8 英寸 SiC 衬底的核心挑战，由于长晶过程类似“黑匣子”，在高成品率和拉晶长度之间取合适平衡需要大量的工艺经验积累，还需要对材料、坩埚、热场、SiC粉末等不断进行优化和升级。后续切磨抛过程中，8 英寸由于其更大尺寸，在切割过程中出现的应力、翘曲等问题亟需技术迭代，激光切割技术或为下一代主流方案。 风险提示：SiC 长晶技术研发不达预期、SiC 器件降本不达预期、价格竞争愈演愈烈等。 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 2 电子 第三代半导体专家十问十答 2023 年 10 月 20 日，海外科技团队举办了第三代半导体专家交流会，邀请了 BelGaN 创始人周贞宏博士。会上专家主要分析了国内外衬底公司竞争格局与降本增效手段，也讨论了衬底生长和切磨抛设备的国产化替代，以及碳化硅（SiC）衬底的拉晶工艺技术难点。专家同时也展望砷化镓（GaN ）生产工艺优势所带来的高性价比，在未来或能成为 SiC 替代品。 Q1：日本的三菱电机和电装公司入股 Coherent 的 SiC 子公司，此合作意义何在？ 三菱电机（Mitsubishi Electric）和电装公司（DENSO Corporation）各自决定投资 5 亿美元，将分别取得 Coherent 旗下 SiC 业务公司 Silicon Carbide LLC 12.5%的非控股权益。与此同时，Coherent 也将与三菱电机和电装公司签订长期供应协议，以应对其 6 英寸和 8英寸晶圆和外延片的强劲需求。三菱电机一直在高速列车、高压工业应用和车规级 SiC 功率模块领域处于全球领先地位，而电装公司则是全球第二大、日本最大的汽车零部件制造商，同时也在积极推进 SiC 逆变器和电驱技术。Coherent 作为一家全球领先的材料、网络和激光公司，于 2023 年 5 月将其 SiC 业务部门分拆成 Silicon Carbide LLC，专注于 SiC晶片和外延片的生产。 我们认为，这次合作对三家企业都至关重要，实现了共赢局面。在 SiC 功率器件的生产成本中，衬底价格占据了 60%的份额。对于像三菱和电装这样的行业领军者而言，确保衬底供应的稳定性非常关键，以避免潜在的量产风险。同时，II-VI（即 Coherent 的前身）在收购 Coherent 和 Finisar 时分别投入 70 亿和 32 亿美元，急需现金流来扩大产能。在 SiC 领域，资本运作非常普遍。例如，2009 年罗姆收购了 SiCrystal，2019 年安芯收购了Norstel 后又将其出售给意法半导体，以及 2021 年安森美收购了 GT Advanced。如果企业不能克服技术难题，且赶上行业龙头高速扩张的步伐，实现良率提升和规模效应降低成本，无论是初创公司还是行业巨头，都可能面临失去客户的潜在风险。 图表1： SiC 市场并购和合作一览表 资料来源：Yole，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 3 电子 图表2： 电车和 SiC 的渗透率预测 图表3： 电车中 SiC 用量市场规模预测（百万美元） 资料来源：Wolfspeed Investor Day 2022，华泰研究 资料来源：Wolfspeed Investor Day 2022，