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1、什么是碳化硅？能够用在哪里？ 碳化硅SiC是一种无色透明的晶体。碳化硅也将作莫桑石，其内部结构、数值、外观与钻石（单质C）非常接近，火彩颜色更加艳丽，但是价格是钻石的1/10，因此可以作为替代钻石的首饰。 除了作为首饰，碳化硅凭借其高硬度、高稳定性在磨料、高级耐火材料、冶金原料、功能陶瓷、半导体等五大领域均有应用，比如碳化硅陶瓷可以用在高温轴承、防弹板、火箭喷管等设备中，能够增加设备性能和寿命。 不过，在传统用途上，碳化硅粗料已经能够实现大规模生产。而碳化硅单晶作为第三代半导体材料目前处于国外规模化、国内加速追赶，同时需求呈现不断增长的状态，具有比较大的研究价值。 由碳化硅单晶制作的碳化硅衬底可以分为半绝缘型，可以用于微波射频器件，而导电型可以制成肖特基二极管、MOSFET、IGBT等功率器件，最终应用在新能源汽车、轨道交通及大功率输电变电领域。众所周知，新能源车正处于快速增长阶段，这将带动碳化硅功率器件的需求增长，从而推动产业的发展。 图：碳化硅衬底用途 2、碳化硅半导体器件的优势是什么？ 简单来讲，碳化硅单晶材料具备禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强高、电子饱和漂移速率高等特点，能够有效突破传统硅基半导体器件及其材料的物理极限，用其生产的半导体器件能够更好的适应高压、高温、高功率、高频等条件。 比如碳化硅的禁带宽度是Si的3倍，击穿电场为Si的10倍，导热能力是Si的3倍。 根据Wolfspeed的数据，如果将纯电动车的逆变器中的功率组件改成碳化硅器件，整车的功耗可以减少约5%～10%。 3、碳化硅的替代空间有多大？ 既然碳化硅半导体材料可以替代传统硅基半导体材料，那么它的替代空间有多大呢？目前的规模有多大？增长速度有多快？ 仅看功率器件，未来的增长动力将会是新能源汽车需求的碳化硅MOSFET驱动，根据Yole的数据，2019年碳化硅功率器件的市场规模为5.41亿美元，预计2025年将增长至25.62亿美元，年均复合增长率约30%。 图：碳化硅功率器件规模预测 4、替代的阻力在哪里？ 替代的进程不是一蹴而就的，目前主要的阻力一个是技术难度大，一个是成本高，技术难度大也间接导致了成本高。6英寸硅片的价格不到50美元/片，而6英寸碳化硅衬底价格超900美元/片，这导致下游厂家不愿意替换碳化硅器件。 技术方面，碳化硅晶体生长条件苛刻，生产速度缓慢，生产1至2米的8英寸硅晶棒需要约2天半，6英寸硅晶棒仅需要约1天。而生产6英寸碳化硅晶棒则需要7至10天，长度仅有几厘米。这就导致碳化硅放量很慢，规模化效应难以体现。大尺寸是降低成本的一个方向，但是尺寸越大，碳化硅晶体纯度控制就越难，技术难度就越高。良品率也是影响成本的重要因素，良品率越高，单位成本就越低。国内碳化硅衬底厂商的良品率有的可以做到70%以上，已经达到国际水平。 成本的降低还有赖于进一步的规模化以及技术的进步。 5、碳化硅半导体器件的生产工艺？ 简单来讲就是由碳化硅单晶体生长成为碳化硅衬底，再经过加工形成外延片，做成芯片之后再经过封装测试就形成了可以应用的模块。前面也有提高，加上一层砷化镓形成半绝缘型外延片，可以用于射频器件，而加上一层碳化硅形成导电型外延片，可以用于功率器件。 图：碳化硅生产工艺 最后，参与者有哪些，产能规划有多少？ 要做碳化硅方面的投资，最后落地的还是具体的公司，目前全球的碳化硅格局是美日欧三足鼎立，中国加紧追赶。全球80%的衬底材料来自美国，包括Cree（现在已经该名为wolfspeed）， Ⅱ-Ⅵ（二六）以及Dow Corning（道康宁），欧洲具有完备的产业链，包括Infineon（英飞凌）、ST（意法半导体）等，日本则主要专注生产设备和模块，包括Rohm（罗姆半导体）、松下、住友等。 国内目前相对较弱，在6英寸上加紧追赶，在8英寸上有所布局。Cree已经实现6英寸的量产和8英寸的生产，但是国内企业尚在追赶，比如科创板即将上市的天岳先进，仅能小批量销售6英寸衬底，尚不具备8英寸衬底的生产能力，申请上市的天科合达也只在2020年1月启动8英寸晶片研发工作。在产品结构上，半绝缘型衬底，山东天岳在2020年占到了全球的30%，但是导电型占比较低，而导电型又主要用于功率器件，是主要的增长动力，这是国内厂商需要补齐的地方。 在器件方面，二极管成熟度较高，已经实现规模化生产，包括如三安光电、泰科天润、派恩杰等，但是在碳化硅MOSFET上，还比较薄弱，目前已有公司如华润微、三安集成等有在相关产品的布局，露笑科技的一期项目已经投产，一期衬底产能2.5万片，可以生产二极管和MOSFET。整体的结构是集中在低端的二级管而不是价格更高的碳化硅MOSFET。未来的投资方向肯定是在碳化硅功率器件有产品推出并通过客户验证的公司。 而在产能投资上，存在宣称投资很大，实际投资较少的现象，需要仔细甄别。而且投资的产能产品类型、良品率等也非常关键。 $Wolfspeed Inc.(WOLF)$ $露笑科技(002617)$ $三安光电(600703)$