一、碳化硅行业发展概况
1、三代半导体材料对比
碳化硅属于第三代半导体材料，在低功耗、小型化、高压、高频的应用场景有极大优势。第三代半导体材料以碳化硅、氮化镓为代表，与前两代半导体材料相比最大的优势是较宽的禁带宽度，保证了其可击穿更高的电场强度，适合制备耐高压、高频的功率器件。
三代半导体材料的指标参数对比
资料来源：公开资料整理
2、产业链
碳化硅产业链分为衬底材料制备、外延层生长、器件制造以及下游应用。通常采用物理气相传输法（PVT法）制备碳化硅单晶，再在衬底上使用化学气相沉积法（CVD法）等生成外延片，最后制成相关器件。在SiC器件的产业链中，由于衬底制造工艺难度大，产业链价值量主要集中于上游衬底环节。
碳化硅衬底的产业链
资料来源：公开资料整理
3、分类
碳化硅衬底可分为两类：一类是具有高电阻率（电阻率≥105Ω·cm）的半绝缘型碳化硅衬底，另一类是低电阻率（电阻率区间为15～30mΩ·cm）的导电型碳化硅衬底。
碳化硅衬底的分类
资料来源：华经产业研究院整理
二、碳化硅衬底行业发展现状分析
2018到2019年，全球电力电子碳化硅（SiC）市场规模由4.3亿美元增至5.64亿美元，2020年其市场规模估计在6亿美元左右。
2018-2020年全球电力电子碳化硅（SiC）市场规模及预测
资料来源：YOLE，华经产业研究院整理
国内供需仍存缺口，有效产能不足。我国2020年碳化硅导电型衬底产能约40万片/年（约当4英寸）、外延片折合6英寸22万片/年、器件26万片/年；半绝缘型衬底折算4英寸产能近18万片/年。受限于良率及技术影响，目前国内实际项目投产较为有限，实际产能开出率较低。随着新能源汽车、5G等下游应用市场的快速起量，国内现有产品供给无法满足需求，目前第三代半导体主要环节国产化率仍然较低，超过80%的产品要靠进口。
2020年我国第三代半导体产能统计
资料来源：CASA，华经产业研究院整理
相关报告：华经产业研究院发布的《2021-2026年中国碳化硅衬底行业市场供需格局及行业前景展望报告》
三、碳化硅衬底市场竞争格局
碳化硅是技术密集型行业，对研发人员操作经验、资金投入有较高要求。国际巨头半导体公司研发早于国内公司数十年，提前完成了技术积累工作。因此，国内企业存在人才匮乏、技术水平较低的困难，制约了半导体行业的产业化进程发展。而在碳化硅第三代半导体产业中，行业整体处于产业化初期，中国企业与海外企业的差距明显缩小。受益于中国5G通讯、新能源等新兴产业的技术水平、产业化规模的世界领先地位，国内碳化硅器件巨大的应用市场空间驱动上游半导体行业快速发展，国内碳化硅厂商具有自身优势。在全球半导体材料供应不足的背景下，国际龙头企业纷纷提出碳化硅产能扩张计划并保持高研发投入。同时，国内本土SiC厂家加速碳化硅领域布局，把握发展机会，追赶国际龙头企业。
国内碳化硅衬底厂商产品及产能情况
资料来源：公开资料整理
目前碳化硅衬底市场以海外厂商为主导，国内企业市场份额较小。碳化硅衬底产品的制造涉及设备研制、原料合成、晶体生长、晶体切割、晶片加工、清洗检测等诸多环节，需要长期的工艺技术积累，存在较高的技术及人才壁垒。根据Yole数据，2020年上半年，Wolfspeed（Cree全资子公司）市占率达到45%以上，国内龙头天科合达和山东天岳的合计市场份额不到10%。山东天岳、烁科晶体（中电科孵化）、河北同光（中科院半导体所孵化）现有主要产品为高纯半绝缘衬底，而天科合达（中科院物理所孵化）、世纪金光主要产品为导电型衬底。
2020年H1碳化硅衬底市场份额占比
资料来源：YOLE，华经产业研究院整理
从衬底的下游晶圆与器件来看，大量生产厂家仍然位于日本、欧洲与美国；但国内生产厂家在衬底领域已经拥有了一定的市场份额。根据Yole数据，在2020年半绝缘型碳化硅衬底市场中，贰陆公司（II-IV）、科锐公司（Cree）以及天岳先进依次占据前三甲的位置，市场份额分别为35%、33%和30%，市场高度集中。
2020年全球半绝缘型碳化硅衬底市场份额
资料来源：YOLE，华经产业研究院整理
从资金来看，国内第三代半导体投资力度高企，力争追赶国际厂商。根据CASA披露的数据显示，2018年至今，国内厂商始终加强布局第三代半导体产业，2020年共有24笔投资扩产项目，增产投资金额超过694亿元，其中碳化硅领域共17笔、投资550亿元。
2020年国内主要碳化硅企业投资扩产情况
资料来源：CASA Research，华经产业研究院整理
四、碳化硅衬底行业生产流程
碳化硅衬底的制作流程一般包括原料合成、晶体生长、晶锭加工、晶棒切割、晶片研磨、抛光、清洗等环节。其中晶体生长阶段为整个流程的核心，决定了碳化硅衬底的电学性质。
碳化硅衬底生产流程
资料来源：公开资料整理
五、碳化硅衬底行业发展方向
为提高生产效率并降低成本，大尺寸是碳化硅衬底制备技术的重要发展方向。衬底尺寸越大，单位衬底可制造的芯片数量越多，单位芯片成本越低。衬底的尺寸越大，边缘的浪费就越小，有利于进一步降低芯片的成本。在半绝缘型碳化硅市场，目前主流的衬底产品规格为4英寸。在导电型碳化硅市场，目前主流的衬底产品规格为6英寸。在8英寸方面，与硅材料芯片相比，8英寸和6英寸SiC生产的主要差别在高温工艺上，例如高温离子注入，高温氧化，高温激活等，以及这些高温工艺所需求的硬掩模工艺等。根据中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟的预测，预计2020～2025年国内市场的需求，4英寸逐步从10万片市场减少到5万片，6英寸晶圆将从8万片增长到20万片；2025～2030年：4英寸晶圆将逐渐退出市场，6英寸晶圆将增长至40万片。
华经产业研究院对中国碳化硅衬底行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析，对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析，最大限度地降低企业投资风险与经营成本，提高企业竞争力；并运用多种数据分析技术，对行业发展趋势进行预测，以便企业能及时抢占市场先机；更多详细内容，请关注华经产业研究院出版的《2021-2026年中国碳化硅内衬行业发展监测及投资战略规划研究报告》。
