电子行业化合物半导体系列报告之三：碳化硅，国内弯道超车趋势已现

证 券 研 究 报 告碳化硅：国内弯道超车趋势已现——化合物半导体系列报告之三证券分析师：杨海晏 A0230518070003杨紫璇 A0230524070005 联系人：杨紫璇 A0230524070005 ..主要内容1. 海外大厂收缩，SiC竞争格局或收敛2. 国内厂商在各环节打破垄断3. 标的梳理4. 风险提示2www.swsresearch.com证券研究报告3投资要点投资要点◼碳化硅具有耐高温、高压等优势，渗透率提升空间大。随着应用场景提出更高的要求，以碳化硅、氮化镓等为代表的第三代半导体材料发展迅速。与第一代半导体材料硅相比，碳化硅具备更高的击穿电场强度、饱和电子漂移速率、热导性和热稳定性，更适合在高压、高频、高功率等领域中应用，并且能实现器件小型化、轻量化。根据Yole数据，2024年SiC材料渗透率从2020年4%提升到15%。◼海外大厂发生较多变动，SiC竞争格局或收敛。Wolfspeed在2024年关闭达勒姆6英寸工厂，2025年5月正式启动破产保护申请程序，近期宣布将依据重组协议申请破产；瑞萨电子终止原定2025年量产的群马县SiC工厂计划，解散业务团队；罗姆为应对财务压力，已将其位于宫崎县的新SiC工厂的生产时间从2024年推迟到2025年。◼各个环节我们竞争力如何？1）衬底、外延环节国产厂商弯道超车趋势已现。2）器件环节，国产厂商竞速发展。以比亚迪半导体代表的国产碳化硅模块企业表现出了强劲的增长态势，如芯联集成、斯达半导、基本半导体等不仅具备模块的供应能力，还可自主供应碳化硅芯片。◼未来需要关注什么？1）衬底端，AR眼镜打开碳化硅衬底的第二增长曲线。2）价格端，外延+衬底在产业链制造成本占比；3）器件端，国内新能源车上碳化硅节奏。◼投资分析意见：建议关注国产衬底厂商天科合达（未上市）等；外延环节的天域半导体等；器件环节的芯联集成、基本半导体，以及国内最早具备SiC全产业链一体化布局的三安光电；士兰微、斯达半导、华润微、时代电气、扬杰科技等均有器件相关布局。◼风险提示：1）碳化硅渗透率提升不及预期；2）国产厂商产能及良率提升不及预期。www.swsresearch.com证券研究报告4◼与第一代半导体材料Si相比，碳化硅具备更高的击穿电场强度、饱和电子漂移速率、热导性和热稳定性。碳化硅器件更高效节能、更能实现系统小型化。根据Yole数据，2024年全球第三代半导体材料SiC渗透率为15%。•1）宽禁带：高稳定性+高击穿电场强度。碳化硅的禁带宽度是硅的3倍，使得其具有更好的稳定性，宽禁带同时也有助于提高击穿电场强度（击穿电场是硅的10倍），使其具有更好的耐热性和耐高压性、高频性。•2）热导率：散热性能好。SiC热导率是Si的2-3倍，热阻更低，更耐高温（工作结温更高可达200℃以上，极限工作结可达600℃，而Si的工作极限温度为150℃），产生的热量更容易传输到散热器和环境中。•3）高饱和电子漂移速率：能量损耗更低。碳化硅的饱和电子漂移速率为硅的2-3倍，导通电阻更低，能够大幅度降低导通损耗，同时有更高的切换频率。在1kV电压等级下，SiC基单极性器件的导通电阻是Si基器件的1/60。全球主要半导体材料的渗透率（按设备收入百分比划分）资料来源：弗若斯特沙利文，Yole，申万宏源研究第三代半导体目前主要应用场景比较0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%硅碳化硅氮化镓www.swsresearch.com证券研究报告51.1.2 2 海外大厂收缩收缩，SiCSiC竞争格竞争格局或收局或收敛◼Wolfspeed：2024年关闭达勒姆6英寸工厂，2025年5月正式启动破产保护申请程序，6月宣布将依据重组协议申请破产。◼瑞萨电子：终止原定2025年量产的群马县SiC工厂计划，解散业务团队。近期海外大厂发生变化资料来源: 全球半导体观察，彭博社，申万宏源研究时间公司具体时间2024年Wolfspeed 因成本过高，拟关闭美国北卡罗来纳州达勒姆的6英寸SiC晶圆厂；与采埃孚合作的德国恩斯多夫200mm SiC工厂推迟至2025年建设，原计划2024年动工2025年1月罗姆半导体为应对财务压力，已将其位于宫崎县的新SiC工厂的生产时间从2024年推迟到2025年2025年1月意法半导体据彭博社报道，格芯与意法半导体在法国新建晶圆厂项目已陷入停滞2025年1月住友电工取消总投资300亿日元的SiC晶圆新厂计划（原定2027年投产），放弃年产18万片产能目标2025年1月Wolfspeed 拟将旗下的德克萨斯州碳化硅外延工厂挂牌出售；Wolfspeed在德国萨尔州建设设备工厂的计划也被无限期暂停2025年3月Wolfspeed 3月27日，公司宣布任命Robert Feurle为新任首席执行官（CEO），任命自5月1日起正式生效2025年3月意法半导体业绩持续低迷，将碳化硅转移到意大利卡塔尼亚的200毫米晶圆上，以提高生产效率和降低成本2025年5月Wolfspeed Wolfspeed正式启动破产保护申请程序2025年5月瑞萨电子据《Electronics Weekly》报道，瑞萨电子已决定终止其碳化硅业务计划，原定于2025年量产的产品将不再推进；据集邦化合物半导体报道，瑞萨电子正准备出售其位于群马县高崎工厂的全新碳化硅设备，而其群马县高崎工厂或改回做传统的硅基市场、部分SiC设计小产线，以及为其未来氮化镓器件研发和生产做准备主要内容1. 海外大厂收缩，SiC竞争格局或收敛2. 国内厂商在各环节打破垄断3. 标的梳理4. 风险提示6www.swsresearch.com证券研究报告72.2.1 衬底：晶体生体生长是核长是核心难点心难点◼晶体生长是核心难点：•1）SiC晶棒生长速度慢。长度约2cm的SiC晶棒大约需要7-10天的生长时间，生长速度仅为Si晶棒的几十分之一；•2）晶体生长对各种参数要求高，工艺复杂。在晶体生长过程中需要精确控制硅碳比、生长温度梯度等参数，并且生长过程不可见。◼碳化硅衬底分为导电型和半绝缘型衬底：•在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层，可制成二极管、MOSFET等功率器件，主要应用于新能源汽车、光伏发电等领域；•在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层，可制成HEMT等微波射频器件，主要应用于5G通讯、卫星等领域。碳化硅衬底分为导电型衬底和半绝缘型衬底资料来源: 天科合达招股书，申万宏源研究www.swsresearch.com证券研究报告8◼衬底与外延占据70%的碳化硅器件成本。•碳化硅产业链主要分为衬底、外延、器件和应用四大环节。根据中商产业研究院数据，碳化硅器件的成本构成中，衬底、外延、前段、研发费用和其他分别占比为47%，23%，19%，6%，5%，衬底+外延合计约70%，是碳化硅产业链制造的重要组成部分，衬底和外延层的缺陷水平的降低、掺杂的精准控制及掺杂的均匀性对碳化硅器件的应用至关重要。◼近几年衬底价格快速下降，外延+衬底占制造成本比例下降，我们预计最终占比在40%以内。2020年碳化硅产业链制造成本占比（%）资料来源: 中商产业研究院，灼识咨询，申万宏源研究47%23%19%6%5%衬底外延前段研发费用其