新材料行业第三代半导体系列一丨2023.3.6

中信证券研究部

李超
新材料行业首席
分析师
S1010520010001

陈旺新材料分析师S1010520090003

核心观点

SiC 器件性能优势显著，下游应用环节广阔，在高功率应用上替代硅基产品具有强确定性，预计未来几年行业将保持高增速。当前时间点，国内龙头企业不断扩张产能，抢占市场份额，有望打破海外垄断，投资价值凸现。建议关注衬底、外延环节具有技术优势且持续获得下游订单的龙头企业。

第三代半导体适用于高压、高频、高温、高功率领域。第三代半导体材料具有更宽的禁带、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率，在高压、高频、高温、高功率等领域具有更强的适用性。2021年GaN全球渗透率约0.2%，SiC 渗透率近2%。SiC商用更加成熟，在高功率应用中优势地位凸显，在光伏新能源、轨道交通、智能电网、新能源汽车及充电桩等领域均具有广泛应用。

SiC产业链材料环节至关重要，衬底技术密集，外延承上启下。SiC产业链包含单晶生长、衬底制备、外延生长、芯片制造、器件制造、模块封装和终端应用等环节。在材料端，衬底制备难度大，需解决生产速率慢、缺陷控制不易、产品良率低等问题，是产业链中技术密集型和资金密集型的环节；外延生长是承上启下的关键一环，外延可以大幅优化衬底形貌，有效减弱晶体生长与加工中引入的缺陷所造成的不利影响，进而显著提升SiC器件的性能与可靠性。

海外占据SiC市场主流，国内龙头快速追赶。当前美欧日占据全球SiC产业主要市场，其中美国一家便占有全球70%-80%的SiC产量，但行业尚处于发展早期，国内企业有望在快速成长中做大做强，挑战海外巨头垄断地位。衬底方面，2021年半绝缘型SiC厂商天岳先进市占率30%，2018年导电型SiC厂商天科合达市占率1.7%，两家扩产规划持续推进。外延方面，国内龙头公司东莞天域、瀚天天成近年亦在快速扩张产能，有望大幅提升市占率。

多领域驱动SiC需求，同质外延片2025年国内市场规模有望超百亿。我们测算：（1）新能源车方面，电机驱动系统、车载充电系统、电源转换系统构成 SiC 最大市场，我们预计2025年SiC需求118万片（对应6英寸，下同）；（2）充电桩方面，高压充电桩解决充电速度+里程焦虑问题，我们预计2025年SiC 需求 33万片；（3）光伏方面，SiC大幅改善光伏逆变器性能，我们预计2025年SiC 需求16万片。综上，预计2025年中国导电型碳化硅需求量将达202万片，对应未来三年CAGR为65.53%，对应导电型 SiC 衬底市场需求约100 亿元，对应 SiC同质外延片市场需求约191亿元。

新材料行业

风险因素：下游需求放量不及预期；技术渗透率提升速度不及预期；产能扩张速度不及预期；其他技术创新对SiC 的影响。

强于大市 (维持)

投资策略：SiC器件性能优势显著，下游应用环节广阔，在高功率应用上替代硅基产品具有强确定性，预计未来几年行业将保持高增速。在当前时间点，国内龙头企业不断扩张产能，抢占市场份额，有望打破海外垄断，投资价值凸现。建议关注衬底环节具有技术优势且持续获得下游订单的天科合达、天岳先进、东尼电子、南砂晶圆，以及在外延环节持续扩张产能的龙头公司东莞天域、瀚天天成。

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第三代半导体适用于高压、高频、高温、高功率领域
SiC产业链全景：衬底技术密集，外延承上启下... 8
SiC 格局：海外占据市场主流，国内龙头快速追赶 ..12
美欧日占据全球产业链主要市场，各环节国内快速成长， ..12
衬底环节美国全球领先，行业大踏步迈进扩产步伐 ..12
外延环节美日两强局面，国内龙头企业发展提速.. ..14
SiC 需求：多领域驱动，同质外延片国内市场望达百亿， ...15
新能源车电驱系统主逆变器增长强劲，预计2025年SiC需求约118万片！ ..15
高压充电桩解决充电速度+里程焦虑问题，预计2025年SiC需求约33万片， ..18
SiC 大幅改善光伏逆变器性能，预计2025年 SiC需求约16万片 ..22
SiC 在其他众多领域均有巨大市场前景，预计2025年需求量约36万片 .24
总结：2025年中国导电型 SiC衬底100亿元，SiC同质外延片191亿元 .25
重点公司. ...25
天岳先进：半绝缘SiC衬底领先企业，募投项目持续扩张产能， ..25
天科合达：导电型SiC 衬底领先企业，8英寸产品有望23年量产 ..26
东尼电子：导电型SiC衬底已量产交货，研发团队功底深厚， ..26
同光晶体：布局导电型SiC衬底，承担多项重大项目 .27
山西烁科：4英寸半绝缘 SiC已产业化，持续向大尺寸迈进 ..27
南砂晶圆：与山东大学开展产学研合作，SiC衬底产品系列丰富 .27
天域半导体：SiC 外延片领军企业，规模体量国内领先.. .28
瀚天天成：中美合资高新技术企业，产能规模扩张迅速 .28
风险因素.. .29
投资策略 .29

插图目录

图1：三代半导体材料. 5
图2：不同电压下SiC、GaN、Si各自的优势领域. .7
图3：不同频率下SiC，GaN，Si各自的优势领域 .7
图4：碳化硅半导体器件生产工序.. ..8
图5：PVT法生长碳化硅晶体示意图. .10
图6：SiC JBS 成本构成.. .. 10
图7：SiC-CVD外延5种典型反应室结构示意图 .11
图8：碳化硅产业链全景... .. 12
图9：2018年全球导电型SiC衬底市场占有率 .13
图10：2020年全球半绝缘型SiC衬底市场占有率 .13
图11：2021年全球SiC衬底市场格局， ..13
图12：我国SiC衬底已公布规划产能分布 .14
图13：SiC在新能源车中的应用. ..15
图14：Si IGBT与 SiC MOSFET器件功耗对比 ..16
图15：Si IGBT与 SiC MOSFET器件效率对比 ..16
图16：2017-2020年650VSiC和Si器件价格比较 .16
图17：SiC MOSFET2019-2020 年平均价格.. .16
图18：直流快速充电桩由一级AC-DC 和一级 DC-DC 组成. .18
图19：400KM里程续航所需充电时间.. .19
图20：中国充电桩行业SiC 渗透率预测. .20
图21：中国新能源充电桩行业市场规模 .20
图22：光伏逆变器原理图 .22
图23：SiC器件改善光伏逆变器性能 ..23
图24：光伏逆变器中SiC 功率器件占比. .23
图25：轨道交通领域碳化硅功率器件占比 .24

表格目录

表1：三代半导体材料的指标参数对比！ 6
表2：不同SiC单晶制备方法比较. .9
表3：碳化硅企业不同尺寸产品量产时间线.. ..14
表4：国内SiC相关产品产能统计. ..15
表5：采用SiC基OBC 系统的节约成本比较. ...17
表6：中国新能源车领域 SiC 晶片市场需求测算 ..17
表7：不同AC/DC 拓扑结构所需 SiC 器件数量. ..18
表8：20-30 kW范围内不同DC/DC 拓扑结构所需 SiC 器件数量 ..19
表9：50kW+不同DC/DC拓扑结构所需 SiC器件数量 ..19
表10：中国直流充电桩数量预测.. ..21
表11：中国充电桩领域 SiC晶片市场需求测算 .21
表12：中国光伏领域 SiC晶片市场需求测算 ..24
表13：中国其他领域 SiC 晶片市场需求测算 ..25
表14：中国导电型SiC市场规模测算 .25

第三代半导体适用于高压、高频、高温、高功率领域

材料是半导体产业发展基石，不断涌现新的材料体系。第一代半导体兴起于20世纪50 年代，是以Si、Ge为代表的单质半导体。其中，硅基半导体材料发展时间长、制备工艺复杂度低、技术成熟度高，在电子信息、新能源、光伏等领域运用广泛。但是，这类材料带隙较窄、电子迁移率和击穿电场较低，在光电子领域、高频高功率器件方面应用受到明显限制。第二代半导体兴起于20世纪90年代，移动通信的飞速发展推动了以砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）为代表的化合物半导体材料的发展。这类材料相较第一代半导体材料，更适合制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，在微波通讯、光通讯等领域有广泛应用。但是，第二代半导体材料存在资源稀缺、价格高昂、材料本身具有毒性，以及可能造成环境污染等问题，使其在应用上同样具有局限性。第三代半导体兴起于21世纪，与前两代半导体材料相比，以SiC与GaN为代表的第三代半导体材料具有更宽的禁带(>2.3eV)、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力。同时，SiC材料更有效克服了资源稀缺、毒性、环境污染等问题，在高压、高频、高温、高功率等领域具有更强的适用性。

图1：三代半导体材料

资料来源：天岳先进官网，中信证券研究部

三代半导体材料在特定的应用场景中存在各自比较优势。硅基半导体材料由于储量丰富、价格低的特点，目前是产量最大、应用最广的半导体材料，90%以上的半导体产品为硅基，主要应用于低压、低频、低功率的晶体管和探测器中；砷化镓半导体材料广泛应用于光电子和微电子领域，是制作半导体发光二极管的关键衬底材料；对于工作频段更高、输出功率要求更高的器件，第三代半导体是更好的选择，主要应用于5G通信、国防和新能源汽车领域。第三代半导体主要包括SiC、氮化物、氧化物和金刚石等。其中，SiC 和GaN是第三代半导体中应用最广的两类材料，两者工艺最为成熟，且在产业化上推进最快。

表1：三代半导体材料的指标参数对比

指标参数	硅（第一代）	砷化镓（第二代）	碳化硅（第三代）	氮化镓（第三代）	备注
指标参数	硅（第一代）	砷化镓（第二代）	碳化硅（第三代）	氮化镓（第三代）	备注
禁带宽度 (eV)	1.12	1.43	3.2	3.4	数值越大，耐高压性能最好
饱和漂移速率(107 cm/s)	1.0	1.0	2.0	2.5	数值越大，高频性能越好
热导率（W·cm-1·K-1)	1.5	0.54	4.0	1.3	数值越大，耐高温性能越好
击穿电场强度（MV/cm）	0.3	0.4	3.5	3.3	数值越大，耐高压性能越好

资料来源：天岳先进招股说明书，《宽禁带半导体高频及微波功率器件与电路》(赵正平)，中信证券研究部

GaN与SiC这两种宽禁带半导体材料间也存在明显差异。（1）二者的适用电压不同因而目标应用也不同：SiC适用的电压范围为650V-3.3kV，是1200V以上的高频器件，同时兼有功率密度高的特点。因此，SiC在太阳能逆变器、新能源汽车充电、轨道交通、燃料电池中的高速空气压缩机、DCDC、电动汽车电机驱动、数字化趋势下的数据中心等领域都有着广泛应用。相比SiC，GaN的适用电压范围更低，一般从中压80V到650V。（2）二者在热导率上的较大差异，使得SiC在高功率应用中几乎占据统治地位：由于SiC的热导率是GaN 的近4倍，高热导率有助于功率器件的散热，在同样的输出功率下可以保持更低的温度，从而有效避免半导体器件在高温下因出现载流子的本征激发，而导致器件失效。而且，材料更高的热导率会使得器件对散热设计的要求更低，从而助力设备的小型化。（3）高电子迁移率和电子饱和速度让GaN在高频率应用中更占优：GaN相比Si和 SiC更高的电子迁移率和电子饱和速度另其具有更高的开关速度（可达MHz级)，因而在开关频率最高的中等功率应用（如快充等）中更具优势。此外，在光电子领域，GaN 在Micro-LED、深紫外LED等热门赛道同样表现优异。当然，SiC和GaN在应用端各具优势的同时，亦能有效合作：在微波射频领域，通过在半绝缘SiC衬底上外延生长氮化镓，可以制备SiC基GaN-HEMT。这是现今制造5G基站功率放大器最重要的材料。

整体上SiC的商用更加成熟，而GaN市场则处于起步阶段。从2010年IR发布业界第一款硅基GaN开关器件到现在，业界对GaN的研究已经深入了很多，但真正大规模的应用仍局限于最近数年。相比GaN市场，从1970 年代便开始功率器件的研发，1980 年代晶体质量和制造工艺获得大幅改进，90 年代末开始加速发展的SiC 市场，运行的时间要长得多，现存器件数量要大得多，也因而更为成熟。根据Yole的测算（转引自新材料在线)，截至2021年，全球半导体材料市场，GaN的渗透率仅0.17%，而SiC的渗透率为1.98%。本文的后续研究将聚焦于SiC行业。

图2：不同电压下SiC、GaN、Si各自的优势领域

资料来源：《宽禁带半导体行业深度 SiC与GaN的兴起与未来》（刘翔，刘尚），中信证券研究部

图3：不同频率下SiC，GaN，Si各自的优势领域

资料来源：英飞凌官网，《第三代半导体与硅器件将长期共存》（英飞凌科技著），中信证券研究部

一 SiC 产业链全景：衬底技术密集，外延承上启下

碳化硅半导体器件生产工序主要包括碳化硅高纯粉料、单晶衬底、外延片、功率器件、模块封装和终端应用等环节。碳化硅高纯粉料是采用PVT 法生长碳化硅单晶的原料，其产品纯度直接影响碳化硅单晶的生长质量以及电学性能。单晶衬底是半导体的支撑材料、导电材料和外延生长基片。外延是指在碳化硅衬底上生长了一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶薄膜的碳化硅片或者氮化镓外延层。

图4：碳化硅半导体器件生产工序

资料来源：《简析碳化硅在半导体行业中的发展潜力》（杨玺，苏丹，茹毅等），新能源汽车网，罗姆官网，瀚天天成公司官网，中信证券研究部

（1）衬底环节：PVT法是SiC晶体生长主流方法，且对应的SiC衬底可分为半绝缘型和导电型两类。高纯SiC粉体生产主要是在高温下（2000C以上）反应合成能满足晶体生长要求的高纯 SiC 微粉原料。粉体的纯度将直接影响SiC单晶的生长质量及电学性能。SiC 晶体生长方法主要有物理气相传输法（PVT法）、高温化学气相沉积法（CVD法）、顶部籽晶溶液生长法（TSSG 法）等。其中，目前大规模产业化中主要采用PVT法。单晶衬底是半导体的支撑材料、导电材料和外延生长基片。单晶衬底加工是通过对SiC晶体整形加工、切片加工、晶片研磨、抛光、检测、清洗等一系列机加工工序，制得透明或半透明、无损伤层、低粗糙度的SiC衬底的过程。SiC衬底可分为半绝缘型和导电型两类。半绝缘型衬底主要通过去除晶体中的各种杂质（尤其是浅能级杂质)，来实现晶体本征高电阻率，而导电型衬底则是通过在晶体生长过程中引入氮元素，来实现低晶体电阻率。

表2：不同SiC单晶制备方法比较

制备方法	物理气相传输法（PVT)		高温化学气相沉积法（CVD）
重要参数	典型生长速率：200-400um/h; 生长温度：2200-2500℃; 晶型：4H&6H；		典型生长速率：300+um/h; 典型生长速率：500um/h; 生长温度：2200℃；晶型：4H&6H；
工艺方法示意图	石墨坩埚				生长温度：1460-1800℃；晶型：4H&6H；

			1．制备出的 SiC 纯度高于 PVT法；
	优点	晶体生长方法，占据主流； 2．设备成本低，结构简单； 3．耗材成本低 1.半绝缘型制造困难，生长厚度受限，没有一体化设备；		2.Si/C 原子比例能够控制； 1．位错密度低于 PVT法； 3.生长原料供应的连续性好； 2.可以获得p型晶体； 4.一体化设备，且参数可调控； 3.生长成本低 5．晶体缺陷少，且生长过程掺杂方便 1.反应缓慢； 1.金属杂质难以控制；
缺点应用厂商	2．晶体缺陷密度高、成品率低,扩径困难，成本高； 3.生长速率慢； 4.长晶过程可监控生长参数少 Wolfspeed/ll-V/DowCorning/Sicrystal		2.设备昂贵、耗材/原料成本高，且维 2.Si在溶液中溶解度有限，制得晶体尺寸护困难；小，目前主要用于实验研究； 3．可监控生长参数较少； 3．晶体生长缓慢； 4.生长过程中，进气口和排气口易堵 4．对材料要求高塞，因而设备稳定性较低
	等		Norstel/日本电装等住友金属等

资料来源：粉体网，《高温溶液法生长SiC单晶的研究进展》（王国宾，李辉，盛达等)，《第三代半导体SiC芯片关键装备现状及发展趋势》（杨金，巩小亮，何永平)，中信证券研究部

难点上看：生产碳化硅单晶衬底的关键步骤是单晶的生长，也是碳化硅半导体材料应用的主要技术难点，是产业链中技术密集型和资金密集型的环节。影响碳化硅衬底成本的制约性因素在于生产速率慢、缺陷控制难度大、产品良率低。硅单晶的生长速度约为300mm/h，碳化硅单晶的生长速度约为 400um/h，两者相差近 800 倍。举例来说，五六厘米的晶锭形成，需连续稳定生长200-300小时，碳化硅晶锭制备速率十分缓慢，这使得晶锭造价高昂。碳化硅单晶在2300C以上的密闭腔室内完成“固-气-固”的转化重结晶过程，生产周期长、控制难度大。此外，碳化硅单晶包括200多种不同晶型，生产过程中单一特定晶型难以稳定控制。

图5：PVT法生长碳化硅晶体示意图

资料来源：天科合达招股说明书，中信证券研究部

图6：SiCJBS 成本构成

资料来源：CASA测算，基本半导体公司官网，中信证券研究部

（2）外延环节：外延层厚度影响SiC器件耐压等级，不同外延方式可用于制备不同器件。SiC外延环节是在SiC衬底上，通过化学气相沉积、液相外延、分子束外延、或升华外延等方法，生长一层具有特定要求且晶体取向与衬底相同的单晶薄膜的过程。目前大规模生产中主要采用化学气相沉积法。外延过程可以使表面晶格排列整齐，大幅优化衬底形貌，从而有效减弱晶体生长与加工中引入的缺陷所造成的不利影响，进而显著提升SiC器件的性能与可靠性。不同外延层厚度对应不同耐压等级的器件规格，因而对应不同系列的产品。通常，1um 对应100V左右的耐压。因此，耐压在600V左右时，需要6um 左右的外延层。若耐压高于10000V，则相应的外延层厚度也需要在100um以上。通过在半绝缘型SiC衬底上生长GaN外延层，可以制得用于制备GaN射频器件的SiC基GaN外延片。若在导电型SiC衬底上生长SiC外延层，则可制得用于制备各类功率器件的SiC外延片。

难点上来看：一方面，SiC外延生长的参数要求很高，包括设备密闭性、反应室气压、气体通入时间、气体配比情况、沉积温度控制等。一方面，厚度、掺杂浓度均匀性作为外延片的核心参数，在器件耐压等级不断提升下，难度随之大幅提升。随着外延层厚度的增加，控制厚度和电阻率均匀性以及缺陷密度的难度越来越大。

图7：SiC-CVD外延5种典型反应室结构示意图

资料来源：《化学气相沉积法碳化硅外延设备技术进展》 (韩跃斌，蒲勇，施建新)

（3）器件环节：器件制造环节以IDM模式最为常见。SiC器件环节主要负责芯片的制造，整体涉及的流程较长，以集合芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一体的 IDM（Integrated DeviceManufacture）模式最为常见。SiC 器件封装环节主要包括芯片固定、引线封装等步骤，用以解决散热和可靠性等问题。SiC功率器件主要包括 SiC二极管、SiC开关管、SiC功率模块等，以直插式（TO）封装为主。相比上游，SiC下游工艺制程具有更高的包容性和宽容度。下游制造环节对设备的要求也相对较低，投资额相对较小。

（4）应用环节：能源转换和射频通讯是下游应用的主要方向。终端应用环节，功能为电力设备电能变换和控制电路的SiC功率器件，包括MOSFET、IGBT、晶闸管、功率二极管、功率三极管等，主要应用于光伏新能源、轨道交通、智能电网、新能源汽车及充电桩等。功能为无线通信中的信号转换的SiC射频器件，包括滤波器、低噪声放大器、功率放大器、射频开关等，则主要被运用于5G通信基站、雷达等。

图8：碳化硅产业链全景

资料来源：天岳先进招股说明书，Yole（转引自天岳先进招股说明书），中信证券研究部

SiC 格局：海外占据市场主流，国内龙头快速追赶

美欧日占据全球产业链主要市场，各环节国内快速成长

美、欧、日占据全球SiC产业主要市场，国内厂商各环节快速成长。全球SiC市场中，美国一家独大，占有全球 70%-80%的 SiC 产量，典型公司包括Wolfspeed（CREE）、I-VI、Microsemi等。欧洲拥有从衬底、外延、器件到应用的完整SiC产业链，典型公司包括英飞凌（Infineon）、意法半导体（ST）等。日本在设备与模块开发方面领先，典型公司有罗姆半导体（ROHM)、三菱电机（Mitsubishi)、富士电机（Fuji)、瑞萨（Renesas）等。根据 Yole 数据（转引自天岳先进招股说明书)，2021年 SiC 基功率器件市占率约为5%，行业处于发展早期，格局尚未定型，国内企业在快速发展中有望做大做强，挑战海外巨头垄断地位。在衬底环节，国内涌现出天科合达、天岳先进、同光晶体、山西烁科、东尼电子、南砂晶圆等优秀企业；外延环节，国内厂商包括东莞天域、瀚天天成等；设计厂商包括飞锂半导体、上海瀚薪等；IDM厂商包括泰科天润、瞻芯电子、中科汉韵、三安集成、华润微等。国内供应链在各个环节均有布局，有望在巨大需求拉动下实现快速成长。

衬底环节美国全球领先，行业大踏步迈进扩产步伐

衬底方面，Wolfspeed是全球最大SiC衬底生产商，美国占据全球SiC衬底市场最大份额。美国Wolfspeed因布局较早，衬底良率及产能均全球领先。又由于下游芯片制造商在衬底选择上的谨慎性，Wolfspeed衬底的市场份额在半绝缘型和导电型两块都领先全球。根据Yole数据（转引自天岳先进招股书)，半绝缘型SiC衬底市场方面，2020 年，Wolfspeed以33%的市占率，与II-VI、天岳先进形成三足鼎立的格局，天岳先进市占率为30%。导电型 SiC 衬底市场方面，2018年，Wolfspeed 以62%的市占率领先于其他生产商，国内厂商天科合达市占率为1.7%。从地域上看，美国占据了全球约76%的SiC 衬底的市场份额，远超其他地区市场份额的总和。

图9：2018年全球导电型SiC衬底市场占有率

资料来源：Yole（转引自天岳先进招股书），中信证券研究部

图10：2020年全球半绝缘型SiC衬底市场占有率

资料来源：Yole（转引自天科合达招股书），中信证券研究部

图11：2021年全球SiC衬底市场格局

资料来源：Wolfspeed官网，ROHM公司年报，半导体行业观察，新材料在线，中信证券研究部

从技术方面考虑，由于全球行业龙头企业在碳化硅领域起步较早，因此在碳化硅衬底各尺寸量产推出时间方面，天科合达、天岳先进仍扮演追赶者角色。在4英寸衬底量产时间上，天科合达晚于龙头企业科锐公司12年，天岳先进晚于科锐公司16年；在6英寸衬底的量产时间上，天科合达、天岳先进分别晚于科锐公司5年和10年之久；在8英寸衬底方面，两家国内企业尚不具备量产能力。

表3：碳化硅企业不同尺寸产品量产时间线

公司名称	4英寸		6英寸		8英寸
公司名称	具备量产能力时间	早于天科合达/天岳先进年数	具备量产能力时间	早于天科合达/天岳先进年数	具备量产能力时间
科锐公司	1999年	12年/16年	2009年	5年/10年	2015年
贰陆公司	2005年	6年/10年	2012年	2年7年	2019年
天科合达	2011年	/	2014年	1	2020年启动研发
天岳先进	2015年	/	2019年	/	尚不具备量产能力

资料来源：天岳先进招股书，天科合达招股书，中信证券研究部

从产能方面看，全球碳化硅半导体市场快速发展并已经迎来爆发期，国际巨头纷纷加大投入实施扩产计划。其中，碳化硅国际标杆企业科锐公司于2019 年宣布投资10亿美元计划扩产30 倍，以满足未来市场需求；此外，美国贰陆、日本罗姆也陆续公布相应扩产计划。国内企业天岳先进、天科合达、山西烁科、三安光电、露笑科技等企业也纷纷公布扩产计划，进一步实现国产化替代，大大缩短与国外企业在第三代半导体行业的差距。根据各公司公告，我们计算国内SiC衬底年产能远期规划超420万片，考虑受衬底良率及质量等因素影响，并预计实际产出会打折扣。

图12：我国SiC衬底已公布规划产能分布

资料来源：各公司公告，新材料在线，中信证券研究部

外延环节美日两强局面，国内龙头企业发展提速

SiC 外延设备由于价格昂贵且交期长，行业由WoIfspeed 和昭和电工双寡头垄断。此外 SiC 外延企业还有 II-VI、ROHM、Dow Corning、三菱电机、ST、Infineon 等。国内主要厂商为东莞天域、瀚天天成，此外普兴电子、55所、三安光电、中电化合物、启迪半导体等亦有布局。从产能上来看，2020年国内SiC同质外延片产能折合6英寸为22万片，SiC 异质外延片产能折合6英寸为48万片。而国内SiC外延领域龙头公司近年正快速扩张其产能，有望大幅提升市占率。

（1）瀚天天成：碳化硅产业园项目一期于2019 年年底投产；二期项目于2020 年开工，2022年竣工，6英寸SiC外延片年产能达20万片；三期项目规划产能140万片。

（2）东莞天域：已实现4、6英寸SiC外延片全系列产品的批量生产，2022年新增100 万片/年的6英寸/8英寸碳化硅外延晶片产能，公司预计 2025 年竣工并投产。

表4：国内SiC相关产品产能统计

应用方向	产业环节	2020年产能(万片/年)
SiC 电力电子	SiC 导电型衬底 (折合4英寸)	40
	SiC-on-SiC外延(折合6英寸）	22
	SiC-on-SiC 器件/模块(折合6英寸）	26
GaN电力电子	GaN-on-SiC 外延(折合6英寸）	28
GaN电力电子	GaN-on-SiC 器件/模块 (折合6英寸)	22
	SiC 半绝缘型衬底 (折合4英寸)	18
	GaN-on-SiC 外延 (折合6英寸)	20
GaN射频微波	GaN-on-SiC 器件/模块 (折合6英寸)	16

资料来源：CASA，新材料在线，中信证券研究部

SiC 需求：多领域驱动，同质外延片国内市场望达百亿

新能源车电驱系统主逆变器增长强劲，预计2025年SiC需求约118万片

新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括：电机驱动系统、车载充电系统（OBC)、电源转换系统（车载DC/DC）和非车载充电桩。碳化硅器件应用于电机驱动系统中的主逆变器、车载充电系统和电源转换系统，能够有效降低开关损耗、提高极限工作温度、提升系统效率。2020年，特斯拉Model3以及比亚迪汉已经采用碳化硅功率模块，特斯拉Model3是第一个集成全SiC功率模块的车企，主要采购意法半导体的650V碳化硅功率器件，特斯拉逆变器由24个1-in-1功率模块组成。预计随着成本下降，未来越来越多的电动汽车将采用碳化硅模块。

图13：SiC在新能源车中的应用

资料来源：新材料在线

对比SiIGBT和SiCMOSFET在电动车领域的应用，相同规格的碳化硅基MOSFET较硅基IGBT的功率损耗降低了70%以上，效率提升了1-3%。此外，SiC 器件的工作结温在200℃以上，工作频率在100kHz以上，耐压可达20kV，这些性能都优于传统硅器件；碳化硅器件体积可减小到IGBT整机的1/3-1/5，重量可减小到40-60%。随着新能源汽车的发展，对功率器件需求量日益增加，成为功率半导体器件新的增长点。

图14：SiIGBT与SiCMOSFET器件功耗对比（单位：瓦）

资料来源：《Benefits of new CoolSiCTM MOSFET》（Waldemar.Jakobi，Andre Uhlemann，Christian Schweikert），中信证券研究部

图15：SiIGBT与SiCMOSFET器件效率对比

资料来源：《Benefits of new CoolSiCTM MOSFET》（Waldemar.Jakobi，Andre Uhlemann，Christian Schweikert），中信证券研究部

制约碳化硅器件替代速度的主要原因是成本，然而碳化硅器件与传统硅基器件差价正在持续缩小。SiC SBD 产品价格由2017年的4.1元/A下降到了2020 年的1.58元/A，与硅基器件的差价在3.8倍左右。从2019年到2020年，1200V和1700V的SiCMOSFET的平均价格跌幅达到30%-40%，有助于加速碳化硅MOS器件的市场渗透。

图16：2017-2020年650VSiC和Si器件价格比较（单位：元/A)

资料来源：Mouser，Digi-Key，CSA，中信证券研究部

图17：SiCMOSFET2019-2020年平均价格（单位：元/A）

资料来源：Mouser，Digi-Key，CSA，中信证券研究部

碳化硅器件的优良性能加速碳化硅在电动车功率模块领域的渗透。碳化硅功率器件应用于电机驱动系统中的主逆变器，能够显著降低电力电子系统的体积、重量和成本，提高功率密度。相比Si基IGBT器件，主逆变器搭载 SiC基MOSFET之后，提升系统的效率，节电5%-10%，至少5000 元的节省空间。特斯拉的 Model3 的主逆变器采用了共48 颗

SiC MOSFET，总成本约为5000元，相较于SiIGBT单车功率半导体价值为3000元对比，仅节电角度考虑，碳化硅功率器件带来至少2000 元的节省空间。

此外，Wolfspeed 测算，在11kWOBC 系统中，相较于硅基功率半导体方案，碳化硅基OBC的成本更低，可带来约435美元的节约。2018年全球已有超过20家的汽车厂商在 OBC 中使用了 SiC 肖特基二极管或 SiC MOSFET。

表5：采用SiC基OBC系统的节约成本比较

系统优势	11 kW OBC系统
系统优势	Si	SiC
半导体器件成本	40$	18$
系统成本节约	100%	90%
(外壳、热学、磁性元件、电容器)		16$
功率密度	~2kW/L	~3kW/L
系统效率 (运行节约)	95%	97%
系统效率 (运行节约)		$26/year
由 SiC 推动的CO2减排节约		$31
使用碳化硅基OBC 系统的总节约		~$435

资料来源：Wolfspeed公司官网（含测算)，中信证券研究部

SiC在新能源车领域渗透率及用量持续提升，预计2025年国内新能源车需要的SiC晶圆片数量将达118万片左右。新能源汽车领域，2021年使用碳化硅MOSFET的车型主要为特斯拉Model3和比亚迪汉，根据电动汽车销量跟踪机构CleanTechnica数据，2021年Model3和比亚迪汉市场份额占比约9%，即2021年电动车的碳化硅MOSFET渗透率约9%，我们预计渗透率未来以每年3%的速度增长，到2025年约为21%。Model3主逆变器电力模块使用共48颗SiCMOSFET，加上车载充电系统（OBC)、电源转换系统（车载 DC/DC)，我们估算一辆车所用 SiC 芯片数量在60 颗以上，一片6寸 SiC 对应4-5台电动汽车所需的MOSFET，即2021年每辆电动车所需要的SiC晶片数量约0.24片。未来，一方面随着双电机电动车占比增加，对SiC需求量仍有提升空间；一方面，特斯拉提出在新一代产品上减少SiC器件用量，可能在远期对新车型上SiC用量有影响，现有车型影响不大。以三年维度看，我们假设该数字将以每年0.03的数额缓慢增加。我们预测，到2025年国内新能源车需要的SiC晶圆片数量将达117.94万片。

表6：中国新能源车领域 SiC晶片市场需求测算

	2021	2022	2023E	2024E	2025E
中国新能源汽车销量	351	689	900	1140	1560
碳化硅MOSFET渗透率	9%	12%	15%	18%	21%
每台车需要的 SiC 晶片数量（折合成6寸片）	0.24	0.27	0.30	0.33	0.36
需要SiC片数（万片）	7.58	22.31	40.50	67.72	117.94

资料来源：中汽协，CleanTechnica，中信证券研究部预测

高压充电桩解决充电速度+里程焦虑问题，预计2025年SiC需求约33万片

充电桩的充电方式主要分为交流充电和直流充电。（1）交流充电桩的本质是一个带控制的插座，主要包含交流电表、控制主板、显示屏、急停旋钮、交流接触器、充电枪线等结构，结构较为简单，需要车载充电机自己进行变压整流，几乎不涉及功率器件。（2）直流充电桩的结构更为复杂，包括充电模块、主控制器、绝缘检测模块、通信模块、主继电器等部分，其中充电模块又称功率模块，是充电桩行业具有技术门槛的核心部件，约占据充电桩总成本的50%。当下消费者最感兴趣的是直流快充模式，但是直流快充模式的充电桩需要非常大的充电功率以及非常高的充电效率，这些都需要通过高电压来实现。

充电模块是直流充电桩的核心部件。一个充电桩通常采用多个充电模块并联而成，比如120kW充电桩可由8个15kW充电模块组成，也可由4个30kW充电模块组成。单个充电模块输出功率越大，功率密度越高，能有效优化桩内空间。充电模块的组成部分包括半导体功率器件、集成电路、磁性元件、PCB、电容、机箱风扇等，其中半导体功率器件成本约占充电模块总成本的30%，是充电模块的关键组成部分，也是电子装置中电能转换与电路控制的核心。

图18：直流快速充电桩由一级AC-DC和一级DC-DC组成

资料来源：Wolfspeed官网

当前SiC应用于充电桩的主要部位就是充电模块中的功率器件，尤其是AC/DC变换器和DC-DC变换器。根据Wolfspeed数据,25kW功率的充电桩模块，大约需要用到16-20个1200V碳化硅MOSFET单管。市面上主流的15kW充电桩模块一般会用到4个或8个碳化硅MOSFET，具体使用数量取决于所选器件的导通电阻值和输出电流。

表7：不同AC/DC 拓扑结构所需 SiC 器件数量

AC/DC拓扑结构	两电平AFE	T-Type	NPC/ANPC
SiC MOSFET	6	12	12
SiC 二极管	0	0	6

资料来源：Wolfspeed官网，中信证券研究部

表8：20-30 kW范围内不同DC/DC 拓扑结构所需SiC 器件数量

DC/DC拓扑结构	两电平LLC	两电平LLC级联	双有源桥
SiC MOSFET	10	12	8
SiC 二极管	0	0	0

资料来源：Wolfspeed官网，中信证券研究部

表9：50kW+不同DC/DC 拓扑结构所需 SiC 器件数量

DC/DC拓扑结构	3相LLC	LLC谐振变换器
SiC MOSFET	6	4
SiC 二极管	24	8

资料来源：Wolfspeed官网，中信证券研究部

新能源汽车行业一个亟待解决的问题就是“里程焦虑”，提升充电速度就需要提升充电桩的输出功率，则需要提升充电电压或电流。根据Wolfspeed数据，当前我国商用的主流快充充电桩的功率为100\~150KW，电动汽车充电400KM里程所需的时间为40\~27分钟。若充电桩采用350KW大功率快充系统，400KM里程所需充电时间可大大缩短至12\~15分钟。提升充电功率可以通过提高电流或者电压两种方式来实现。然而，如果通过提升电流来增大充电功率，会带来许多问题。因此提升电压以实现大功率快充成为行业的多数选择。

图19：400KM里程续航所需充电时间（min）

资料来源：Wolfspeed官网，中信证券研究部

为了提升电动汽车充电速度、缓解里程焦虑，越来越多的整车厂布局800V高压平台。800V高压系统通常指整车高压电气系统电压范围达到550-930V的系统，统称800V系统。保时捷Taycan是全球首款量产的800V高压平台车型，并将最大充电功率提升至350KW。此外，奥迪e-tronGT、现代loniq5 和起亚EV6 都采用了800V高压平台。与此同时，国内的车企亦纷纷向800V高压平台迈进。2021年，比亚迪、吉利、极狐、广汽、小鹏等都陆续发布了搭载 800V平台的车型。

对于直流快速充电桩来说，充电电压升级至800V会带来充电桩中的SiC功率器件需求大增。原因在于，采用 SiC 模块可将充电模块功率提高至 60KW以上，而采用MOSFET/IGBT单管的设计还是在15-30kW水平。同时，和硅基功率器件相比，SiC功率器件可以大幅降低模块数量。因此，SiC的小体积优势在城市大功率充电站、充电桩的应用场景中具有独特优势。随着超充、快充需求的增加，全SiC模块开始在充电桩上大量采用，根据各公司官网参数，800V架构的高性能充电桩大部分采用全SiC模块。目前，SiC在充电桩中渗透率并不高。以直流充电桩为例，据CASA测算，电动汽车充电桩中的 SiC功率器件的平均渗透率在2018年仅达到10%。但随着800V电压时代的到来，SiC渗透率会不断上升，中国充电联盟预计到2025年，中国充电桩行业的SiC渗透率可达到35%。

图20：中国充电桩行业SiC渗透率预测

资料来源：北理工能源与环境政策研究中心，中国充电联盟（含预测），中信证券研究部

近年来，中国新能源充电桩行业市场规模一直保持增长趋势，市场规模从2017年的72亿元增长至2021年的418.7亿元，复合年均增长率高达42.2%。随着新能源汽车的超预期增长，充电桩产业链有望迎来风口，根据充电联盟数据，预计2023年中国充电桩市场规模将突破千亿元。

图21：中国新能源充电桩行业市场规模 (亿元）

资料来源：中国充电联盟（含预测），中信证券研究部

截至目前，中国主流的直流充电桩仍是400V标准。根据中国充电联盟预测，国内直流充电桩数量有望从2021年的47万台增长至2025年的219万台。考虑高压直流快充在产业端应用逐步铺开，我们预计800V直流充电桩铺设数量有望从2021年的0.3万台发展至2025年的8万台，400V直流充电桩铺设数量有望从2021年的46.7万台发展至2025年的211万台。400V直流充电桩功率在60KW居多，120KW及以上的直流充电桩仍占比较少。与此同时，目前较为主流的充电模块是20kW和30kW，其中20kW模块占据市场容量大部分。

表10：中国直流充电桩数量预测

	2021	2022	2023E	2024E	2025E
中国新能源汽车公共充电桩数量(万台）	114.62	179.75	276.98	407.33	521.36
直流充电桩占公共充电桩比	41%	42%	42%	42%	42%
直流充电桩数量(万台)	47	76.1	117.1	171.1	219
-800V直流充电桩数量（万台）	0.3	0.6	1.0	4.0	8.0
-400V直流充电桩数量（万台）	46.7	75.5	116.1	167.1	211.0

资料来源：中国充电联盟，中信证券研究部预测

（1）假设当前所有的400V直流充电桩功率均为60kW，800V直流充电桩功率均为120kW。

(2)假设所有400V充电桩均使用Wolfspeed的20kW充电模块型号CGD15HB62LP，该模块使用了1200V/62mΩ第三代SiCMOSFET（C3M0065100K）和驱动器。根据该模块的技术规格，每个模块需要使用10 个 SiC MOSFET。而由于该 SiC MOSFET产品所采用的是单芯片结构，因此每个SiCMOSFET只包含1个SiC芯片。

（3)假设所有800V充电桩均使用Wolfspeed的30kW充电模块型号C3M0075120K，该型号使用的是1200V/75mΩ第三代SiCMOSFET，需要约12个SiCMOSFET，且它采用的是多芯片结构，每个芯片尺寸为3.3mmx3.3mm。根据Wolfspeed 数据，每个MOSFET包含96个并联的 SiC芯片。

（4）假设1个6寸晶圆大概对应600个SiC芯片。

我们测算，到2025年国内充电桩需要的 SiC 晶圆片数量将达32.9万片。

表11：中国充电桩领域 SiC 晶片市场需求测算

2021 2022 2023E 2024E 2025E

800V直流充电桩

800V直流充电桩数量（万台） 0.3 0.6 1.0 4.0 8.0

800V直流充电桩增量（万台） 0.3 0.4 3.0 4.0

平均每台800V直流充电桩所需充电模块数 4.0

每个充电模块所需SiCMOSFET数 12.0

800V直流充电桩所需SiCMOSFET数（万个） 14.4 19.2 144.0 192.0

所需 SiC芯片数（万个） 1,382.4 1,843.2 13,824.0 18,432.0

需6寸SiC晶圆数（万片） 2.3 3.1 23.0 30.7

400V直流充电桩

400V直流充电桩数量（万台） 46.7 75.5 116.1 167.1 211.0

400V直流充电桩增量（万台） 28.8 40.6 51.0 43.9

平均每台400V直流充电桩所需充电模块数 3.0

每个充电模块所需SiCMOSFET数 10.0

	2021 2022	2023E	2024E	2025E
400V直流充电桩所需SiCMOSFET数（万个）	864.0	1,218.0	1,530.0	1,317.0
所需SiC芯片数（万个）	864.0	1,218.0	1,530.0	1,317.0
所需6寸SiC晶圆数（万片）	1.4	2.0	2.6	2.2
合计
SiC 需求合计（万片）	3.7	5.1	25.6	32.9

资料来源：Wolfspeed官网，中国充电联盟，中信证券研究部预测

SiC 大幅改善光伏逆变器性能，预计 2025年SiC需求约16万片

SiC在光伏领域主要用于光伏逆变器。光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、光伏逆变器等部分构成，并根据应用场景需要配备能量通信器、关断器、配电柜、储能系统等设备。其中，光伏逆变器是光伏发电系统的核心设备，将光伏发电系统所发的直流电转化成交流电，并跟踪光伏组件阵列的最大输出功率，将其能量以最小的变换损耗、最佳的电能质量用于电器设备应用或馈入电网。SiC主要应用于光伏逆变器中，当前光伏逆变器龙头企业已开始采用碳化硅MOSFET功率器件替代硅器件。

图22：光伏逆变器原理图

资料来源：禾迈股份招股书

SiC可提升逆变器转换效率，减少能量损耗。相较于Si基IGBT，适用SiCMOSFET功率模块的光伏逆变器，其转换效率可从98.8%提升至99%以上，能量损耗降低8%，相同条件下输出功率提升27%，推动发电系统在体积、寿命及成本上实现突破。行业内，光伏逆变器龙头企业已开始采用碳化硅MOSFET功率器件替代硅器件。

图23：SiC器件改善光伏逆变器性能

资料来源：英飞凌官网，新材料在线

预计2025年SiC功率器件在光伏逆变器中占比可达50%。高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器未来的发展趋势，基于SiC功率器件能够有效缩小系统体积、增加功率密度、延长器件适用寿命、降低生产成本，在组串式和集中式光伏逆变器中，预计碳化硅产品会逐渐替代硅基器件。根据CASA数据，2020年SiC功率器件在光伏逆变器中占比为10%，且该机构预计到2025年占比可提升至50%。

图24：光伏逆变器中SiC功率器件占比

资料来源：CASA（含预测），天科合达招股书，中信证券研究部

新增+更换需求双重驱动，预计2025年中国光伏领域SiC需求量约16万片。一方面，国内光伏装机量持续增长，拉动光伏逆变器产品新增市场需求。另一方面，光伏组件的寿命一般在20-25年，而逆变器中的IGBT等部件寿命在10-15年左右，在组件的寿命周期中，至少需要更换一次逆变器，逆变器更换需求市场较大。在此基础上，假设每GW新增光伏装机需要1500片SiC（折合成6寸片)，预计中国光伏领域碳化硅需求量2025年将达到15.81万片。

表12：中国光伏领域 SiC 晶片市场需求测算

	2021	2022E	2023E	2024E	2025E
中国光伏装机量（GW)	54.88	87.41	130	160	200
中国光伏更换市场（GW)	0.16	0.5	2.5	3.5	10.84
碳化硅渗透率	15%	26%	34%	42%	50%
碳化硅用量(片/GW)	1500	1500	1500	1500	1500
光伏所需碳化硅片数(万片）	1.24	3.43	6.76	10.30	15.81

资料来源：IEAPVPS，CASA，中信证券研究部预测

SiC 在其他众多领域均有巨大市场前景，预计 2025年需求量约36万片

同质外延SiC除了在上述的新能源车、充电桩、光伏领域应用以外，在储能、风电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域，均有巨大的市场潜力。例如轨道交通方面，牵引变流器是机车大功率交流传动系统的核心装备，将碳化硅器件应用于轨道交通牵引变流器，能极大发挥碳化硅器件高温、高频和低损耗特性，提高牵引变流器装置效率，符合轨道交通大容量、轻量化和节能型牵引变流装置的应用需求，提升系统的整体效能。2012年，包含碳化硅SBD的混合碳化硅功率模块在东京地铁银座线37列车辆中商业化应用，实现了列车牵引系统节能效果的明显提升、电动机能量损耗的大幅下降和冷却单元的小型化；2014年，日本小田急电铁新型通勤车辆配备了三菱电机3300V/1500A全碳化硅功率模块逆变器，开关损耗降低55%、体积和重量减少65%，电能损耗降低20%至36%。

图25：轨道交通领域碳化硅功率器件占比

资料来源：CASA（含预测），天科合达招股书，中信证券研究部

市场潜力广阔，预计2025年中国其他领域SiC需求量约36万片。储能领域，假设每GW新增储能装机需要1500片SiC（折合成6寸片)；其他领域，SiC市场占比及增速基于Yole统计及预测数据(转引自天科合达招股书),其他导电型市场2021-2025年CAGR约为31%。预计中国其他领域碳化硅需求量2025年将达到35.54万片。

表13：中国其他领域 SiC 晶片市场需求测算

	2021	2022E	2023E	2024E	2025E
中国电化学储能装机量（GW)	5.1	7.9	12.3	19.0	29.4
碳化硅渗透率	15%	26%	34%	42%	50%
碳化硅用量 (片/GW)	1500	1500	1500	1500	1500
电化学储能所需碳化硅片数（万片）	0.11	0.31	0.62	1.20	2.21
其他领域所需碳化硅片数(万片)	11.32	14.83	19.42	25.45	33.33
合计所需碳化硅片数 (万片)	11.43	15.14	20.05	26.64	35.54

资料来源：Wind，Yole（转引自天科合达招股书，其他领域所需碳化硅测算基于YOLE统计及预测数据)，中信证券研究部预测

总结：2025年中国导电型SiC衬底100亿元，SiC同质外延片191亿元

根据我们的测算，到2025年，中国导电型碳化硅需求量将达202万片，未来三年CAGR为 65.53%，对应导电型SiC衬底市场需求约为100亿元，对应SiC同质外延片市场需求约为191亿元。

表14：中国导电型SiC市场规模测算

	2022E	2023E	2024E	2025E
新能源车碳化硅片数（万片）	22.31	40.50	67.72	117.94
充电桩碳化硅片数（万片）	3.70	5.10	25.60	32.90
光伏碳化硅片数（万片）	3.43	6.76	10.30	15.81
储能碳化硅片数（万片）	0.31	0.62	1.20	2.21
其他碳化硅片数（万片）	14.83	19.42	25.45	33.33
合计（万片）	44.58	72.41	130.26	202.19
		62.43%	79.89%	55.22%
导电性SiC衬底价格（元/片）	5964	5606	5270	4954
同质外延 SiC 价格（元/片）	11000	10450	9928	9431
导电性SiC 衬底市场规模（亿元）	26.59	40.59	68.65	100.16
SiC 同质外延片市场规模（亿元）	49.04	75.67	129.31	190.69

资料来源：中信证券研究部预测

重点公司

天岳先进：半绝缘SiC衬底领先企业，募投项目持续扩张产能

多年深耕衬底领域，客户覆盖国内外知名客户。公司主要产品包括半绝缘型和导电型碳化硅衬底，自2011年以来专注于碳化硅衬底的研发、生产和销售，2013年启动4英寸半绝缘型碳化硅衬底的研发工作，通过持续的技术研究和产品开发，于2015年实现4英寸半绝缘型碳化硅衬底的量产能力。此后，公司继续改进工艺并不断开发新工艺，以持续提高该类产品的品质。2017年，公司开始向下游行业主要的领先客户小批量发货并验证，2018年1月通过其验证并开始批量下单。根据公司公告，目前，公司已批量供应国内碳化硅半导体行业的下游核心客户，同时已被国外知名的半导体公司使用。在导电型碳化硅衬底领域，公司6英寸产品已送样至多家国内外知名客户，并于2019年中标国家电网的采购计划。

技术实力领先，承担多项国家重点项目。公司设有碳化硅半导体材料研发技术国家地方联合工程研究中心、国家级博士后科研工作站等国家和省级研发平台，拥有一批高素质的研发人员，承担了国家核高基重大专项（01专项）项目、国家新一代宽带无线移动通信网重大专项（03专项）项目、国家新材料专项、国家高技术研究发展计划（863计划）项目、国家重大科技成果转化专项等多项国家和省部级项目。自设立以来，公司获得了多项国家级和省级荣誉，于2019年获得了国家科学技术进步一等奖。

持续扩张衬底产能，满足市场增长需求。截至2021年上半年，公司拥有长晶炉585台，2021年公司全年碳化硅衬底产量约6.7万片，产能处于饱和状态。公司通过募投资金建设碳化硅半导体材料项目，公司预计2026 年完全达产，扩大碳化硅单晶衬底的生产能力，满足公司产品日益增长的市场需求。

天科合达：导电型SiC衬底领先企业，8英寸产品有望23年量产

国内最早实现碳化硅晶片产业化企业，导电型SiC市场领先。公司是国内领先的碳化硅晶片生产企业，也是全球主要碳化硅晶片生产企业之一。公司自2006 年成立以来，一直专注于碳化硅晶体生长和晶片生产领域，公司建立了国内第一条碳化硅晶片中试生产线，先后研制出2英寸、3英寸、4英寸碳化硅衬底，于2014年在国内首次研制出6英寸碳化硅晶片，并已形成规模化生产能力，工艺技术水平处于国内领先地位。根据 YoleDevelopment统计，2018年公司导电型晶片的全球市场占有率为1.7%，排名全球第六、国内第一。

产能规模持续增长，布局8英寸导电型SiC。截至2019年，公司拥有长晶炉300台，具备碳化硅晶片产能37525片。公司经过多年发展已分别在北京、江苏和新疆建有3个生产基地，可以为客户稳定供应2英寸至6英寸的高品质碳化硅晶片，同时在经营规模不断提升的背景下，公司有效产能也在持续增加。2022年，天科合达举办了8英寸导电型碳化硅衬底新产品发布会，公司预计将于2023年实现8英寸导电型碳化硅衬底小规模量产。

东尼电子：导电型SiC衬底已量产交货，研发团队功底深厚

募投项目布局导电型SiC，产品已处于量产交货阶段。2021年，公司通过募投项目建设年产12万片碳化硅半导体材料项目，产品为导电型。2022年9月，公司子公司东尼半导体与下游客户签订《采购合同》，约定东尼半导体向该客户交付6寸碳化硅衬底2万片，含税销售金额合计人民币1亿元。目前公司正处于量产交货阶段，根据现有机台产能情况，综合良率在60%左右。

研发团队经验丰富，具备深厚技术功底。公司碳化硅半导体材料项目团队业务及研发能力突出、团队人员结构完善、具备丰富的技术积累、产品研发及生产的实践经验。该项目主要由两位台湾的博士牵头，曾任职于台湾中央研究院物理研究所，分别为浙江省“引才计划”人才、湖州市“南太湖精英计划领军”人才，长期致力于材料科学与晶体技术研究，擅长晶体材料生长与精密切磨抛加工，具有二十余年的产品研发和量产导入经验。曾赴日本学习碳化硅衬底制造技术，在晶体材料领域具有深厚功底。

同光晶体：布局导电型SiC衬底，承担多项重大项目

布局导电型SiC 衬底，企业处于快速发展阶段。河北同光晶体有限公司成立于 2012年，主要从事第三代半导体材料碳化硅衬底的研发和生产，是中科院半导体所的合作单位，建成了完整的碳化硅衬底生产线，主要产品包括4英寸导电型碳化硅单晶衬底和6英寸导电型碳化硅衬底。2020 年，同光晶体拥有自主研发设计的单晶生长炉 200 余台（套)，2020年1-8月，实现供货量1.1万片，达到稳定月供2000片的能力。2020年3月22日，同光晶体与涞源县人民政府正式签约，600 台单晶生长炉、年产40万片直径4-6 英寸碳化硅单晶衬底项目顺利落地。

重视技术创新，承担多项国家和省重大项目。同光晶体先后承担国家863计划、国家重点研发计划、国家技术改造工程等重大国家专项，承担省级研究课题10余项。2014年同光晶体主持了国家863"大功率GaN电子器件用大尺寸SiC衬底制备及外延技术研究”课题，2016 年参与了国家重点研发计划“中低压SiC 材料、器件及在电动汽车充电设备中的应用示范”项目，2019 年同光晶体承担国家技术改造工程“直径6英寸碳化硅单晶衬底改造”项目，共3项国家级项目。此外同光晶体还承担省级研究课题10余项，多项产品获省、市科技进步奖。

山西烁科：4英寸半绝缘SiC已产业化，持续向大尺寸迈进

4英寸半绝缘SiC已产业化，6英寸产品小批量供应。山西烁科晶体有限公司是国内从事第三代半导体碳化硅生产和研发的领先企业。公司同光自主创新和自主研发全面掌握了碳化硅生长装备制造、高纯碳化硅粉料制备工艺、N型碳化硅单晶衬底和高纯半绝缘碳化硅单晶衬底的制备工艺，形成碳化硅粉料制备、单晶生长、晶片加工等整套生产线，并完成4、6、8英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底技术攻关。拥有强大的自主供应能力。公司目前拥有600台单晶生长设备，已实现4英寸高纯半绝缘晶片的产业化，月产能可达8000片；6英寸产品已实现小批量供应。公司4英寸高纯半绝缘产品国内市占率达到50%。

拥有国内外优质客户群，持续向大尺寸方向突破。公司在行业内处于领先地位，产品综合实力具备优势，拥有台积电、中芯国际、Magnachip等国内外一流客户群。在大尺寸碳化硅方面，2021年8月，山西烁科晶体有限公司成功研制出8英寸碳化硅晶体，解决大尺寸单晶制备的重要难题。2022年1月，公司实现8英寸N型碳化硅抛光片小批量生产，向8英寸国产N型碳化硅抛光片的批量化生产迈出关键一步。

南砂晶圆：与山东大学开展产学研合作，SiC衬底产品系列丰富

量产6英寸迈向8英寸，与山东大学开展产学研合作。广州南砂晶圆半导体技术有限公司成立于2018年，从事碳化硅单晶材料研发、生产和销售。公司产品以6英寸半绝缘和N型碳化硅衬底为主，并不断丰富产品线。公司以山东大学晶体材料国家重点实验室研发的碳化硅单晶生长与衬底加工技术成果为基础，与山东大学开展全方位产学研合作。2022年，山东大学与南砂晶圆团队实现了8英寸导电型4H-SiC单晶和衬底制备。

自2018年成立后发展速度迅猛，产能布局持续扩张。2018年11月，南砂晶圆在南沙区租用厂房并开始进行中试，2019年11月全面投产。2022年，广州市发改委公布“广州市2022年重点项目计划”，南砂晶圆碳化硅项目位列其中。南砂晶圆碳化硅单晶材料与晶片生产项目总投资9亿元，达产后年产各类衬底片和外延片共20万片，公司预计年产值将达13.5亿元。

天域半导体：SiC外延片领军企业，规模体量国内领先

深耕外延市场多年，逐步实现从研发到量产的突破。公司成立于2009年，是中国第一家从事 SiC外延晶片市场营销、研发和制造的民营企业。2010年，天域与中国科学院半导体研究所合作，共同创建了碳化硅研究所。2012年1月，公司完成N型外延片研发；2013年2月，公司完成P型外延片研发，各项参数达到同期国际先进水平，并开始向客户供应；2014年7月，公司6英寸外延片研发成功，产品正式向客户供货；2016年3月，公司成为国内第一家获得汽车质量管理体系（IATF16949:2016）的外延材料厂家；2018年5月，公司新引进生产线调试完成，4英寸、6英寸碳化硅外延片产能达到量产规模。

规模体量国内领先，年产百万片新项目产能增量显著。目前，天域在国内拥有数量众多的碳化硅外延炉-CVD，2022年4月，天域半导体8英寸碳化硅外延片项目落地东莞，项目内容为新增产能达100 万片/年的6英寸/8英寸碳化硅外延晶片生产线、8英寸碳化硅外延晶片产业化关键技术的研发、6英寸/8英寸碳化硅外延晶片的生产和销售。凭着先进的外延炉设备、外延技术和先进的测试和表征能力，为全球客户提供n-型和p-型掺杂外延材料，制作肖特基二极管、JFET、BJT、MOSFET、GTO 和IGBT等。

瀚天天成：中美合资高新技术企业，产能规模扩张迅速

中美合资高新技术企业，产品涵盖3-6英寸SiC外延片。瀚天天成电子科技(厦门)有限公司成立于2011年，是一家研发、生产、销售碳化硅半导体外延晶片的中美合资高新科技企业。2012年3月，公司正式向国内外市场供应产业化3英寸和4英寸碳化硅半导体外延晶片；2014年4月，正式供应6英寸碳化硅外延晶片。公司引进了国际新型的碳化硅外延生产线和各种高端检测设备，汇集了国内外碳化硅半导体领域优秀技术专家，为客户提供3英寸、4英寸和6英寸碳化硅半导体外延晶片。

产能规模持续提升，三期项目预计产能规模可达140万片。瀚天天成碳化硅产业园一期项目于2019年年底投产，二期项目于2020年开工，2022年3月31日通过竣工验收，公司预计2023年全部达产后，可实现产值约24亿元。瀚天天成碳化硅产业园三期项目公司预计产能规模将达140万片。

风险因素

（1）下游需求放量不及预期：SiC下游应用场景众多，包括新能源车、充电桩、光伏、储能、轨道交通、智能电网、航空航天等，而下游的需求放量情况会影响SiC的市场规模体量，比如新能源车的产销量、充电桩的配套数量、光伏的装机量等。若下游存在放量不及预期的情况，将影响碳化硅需求。

(2)技术渗透率提升速度不及预期：SiC器件在使用上多是对原有Si基器件的替代。在性能上，SiC产品表现更优，但在成本上，SiC产品的价格也更贵。终端是否大规模采用SiC产品，是综合考虑多方面因素后的结果，因此SiC器件在终端的渗透率提升速度存在一定不确定性。

（3）产能扩张速度不及预期：SiC的应用能否快速铺开，以及成本端是否能打开降价空间，材料端的产能扩张及技术突破情况起到重要作用。同时，衬底环节以及外延环节材料端的扩产情况将直接影响公司的收入放量节奏。而扩产涉及各项文件的审核批复、资金筹备、设备采购安装调试等，存在一定的不确定性。

（4）其他技术创新对 SiC 的影响：碳化硅产业链企业在对产品进行技术升级的过程中，可能会局部降低碳化硅用量。比如在新能源车方面，优化功率模块设计、使用新的封装技术，都可能减少SiC器件使用量，特斯拉近期也提出在新一代产品上对SiC器件用量的减少。此外，第四代半导体也可能对第三代半导体的应用场景形成替代。

投资策略

SiC 器件性能优势显著，下游应用环节广阔，在高功率应用上替代硅基产品具有强确定性，预计未来几年行业能保持高增速。我们测算，到2025年，中国导电型碳化硅需求量将达202万片，未来三年CAGR 为65.53%，对应导电型 SiC 衬底市场需求约为100亿元，对应SiC同质外延片市场需求约为191亿元。

国内企业在快速发展中有望做大做强，挑战海外巨头垄断地位。在衬底环节，国内涌现出天科合达、天岳先进、同光晶体、山西烁科、东尼电子、南砂晶圆等优秀企业；外延环节，国内厂商包括东莞天域、瀚天天成等；设计厂商包括飞锂半导体、上海瀚薪等；IDM厂商包括泰科天润、瞻芯电子、中科汉韵、三安集成、华润微等。在当前时间点，尤其是前道的材料端，国内龙头企业不断扩张产能，抢占市场份额，有望打破海外垄断，投资价值凸现。

建议关注衬底环节具有技术优势且持续获得下游订单的天科合达、天岳先进、东尼电子、南砂晶圆，以及在外延环节持续扩张产能的龙头公司东莞天域、瀚天天成。

分析师声明

主要负责撰写本研究报告全部或部分内容的分析师在此声明：(i）本研究报告所表述的任何观点均精准地反映了上述每位分析师个人对标的证券和发行人的看法；（i）该分析师所得报酬的任何组成部分无论是在过去、现在及将来均不会直接或间接地与研究报告所表述的具体建议或观点相联系。

一般性声明

本研究报告由中信证券股份有限公司或其附属机构制作。中信证券股份有限公司及其全球的附属机构、分支机构及联营机构（仅就本研究报告免责条款而言，不含 CLSA group of companies)，统称为“中信证券”。

本研究报告对于收件人而言属高度机密，只有收件人才能使用。本研究报告并非意图发送、发布给在当地法律或监管规则下不允许向其发送、发布该研究报告的人员。本研究报告仅为参考之用，在任何地区均不应被视为买卖任何证券、金融工具的要约或要约邀请。中信证券并不因收件人收到本报告而视其为中信证券的客户。本报告所包含的观点及建议并未考虑个别客户的特殊状况、目标或需要，不应被视为对特定客户关于特定证券或金融工具的建议或策略。对于本报告中提及的任何证券或金融工具，本报告的收件人须保持自身的独立判断并自行承担投资风险。

本报告所载资料的来源被认为是可靠的，但中信证券不保证其准确性或完整性。中信证券并不对使用本报告或其所包含的内容产生的任何直接或间接损失或与此有关的其他损失承担任何责任。本报告提及的任何证券或金融工具均可能含有重大的风险，可能不易变卖以及不适合所有投资者。本报告所提及的证券或金融工具的价格、价值及收益可跌可升。过往的业绩并不能代表未来的表现。

本报告所载的资料、观点及预测均反映了中信证券在最初发布该报告日期当日分析师的判断，可以在不发出通知的情况下做出更改，亦可因使用不同假设和标准、采用不同观点和分析方法而与中信证券其它业务部门、单位或附属机构在制作类似的其他材料时所给出的意见不同或者相反。中信证券并不承担提示本报告的收件人注意该等材料的责任。中信证券通过信息隔离墙控制中信证券内部一个或多个领域的信息向中信证券其他领域、单位、集团及其他附属机构的流动。负责撰写本报告的分析师的薪酬由研究部门管理层和中信证券高级管理层全权决定。分析师的薪酬不是基于中信证券投资银行收入而定，但是，分析师的薪酬可能与投行整体收入有关，其中包括投资银行、销售与交易业务。

若中信证券以外的金融机构发送本报告，则由该金融机构为此发送行为承担全部责任。该机构的客户应联系该机构以交易本报告中提及的证券或要求获悉更详细信息。本报告不构成中信证券向发送本报告金融机构之客户提供的投资建议，中信证券以及中信证券的各个高级职员、董事和员工亦不为（前述金融机构之客户）因使用本报告或报告载明的内容产生的直接或间接损失承担任何责任。

评级说明

投资建议的评级标准		评级	说明
报告中投资建议所涉及的评级分为股票评级和行业评级(另有说明的除外)。评级标准为报告发布日后6到12个月内的相对市场表现，也即：以报告发布日后的6到12个月内的公司股价（或行业指数）相对同期相关证券市场代表性指数的涨跌幅作为基准。其中：A 股市场以沪深 300指数为基准，新三板市场以三板成指 (针对协议转让标的)或三板做市指数（针对做市转让标的）为基准；香港市场以摩根士丹利中国指数为基准；美国市场以纳斯达克综合指数或标普 500 指数为基准；韩国市场以科斯达克指数或韩国综合股价指数为基准。	股票评级	买入	相对同期相关证券市场代表性指数涨幅 20%以上
		增持	相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于5%～20%之间
		持有	相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于-10%～5%之间
		卖出	相对同期相关证券市场代表性指数跌幅10%以上
	行业评级	强于大市	相对同期相关证券市场代表性指数涨幅10%以上
		中性	相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于-10%～10%之间
		弱于大市	相对同期相关证券市场代表性指数跌幅10%以上

特别声明

在法律许可的情况下，中信证券可能（1）与本研究报告所提到的公司建立或保持顾问、投资银行或证券服务关系，（2）参与或投资本报告所提到的公司的金融交易，及/或持有其证券或其衍生品或进行证券或其衍生品交易，因此，投资者应考虑到中信证券可能存在与本研究报告有潜在利益冲突的风险。本研究报告涉及具体公司的披露信息，请访问 https:/research.citicsinfo.com/disclosure。

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新材料行业第三代半导体系列一丨2023.3.6

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第三代半导体适用于高压、高频、高温、高功率领域

一 SiC 产业链全景：衬底技术密集，外延承上启下

SiC 格局：海外占据市场主流，国内龙头快速追赶

美欧日占据全球产业链主要市场，各环节国内快速成长

衬底环节美国全球领先，行业大踏步迈进扩产步伐

外延环节美日两强局面，国内龙头企业发展提速

SiC 需求：多领域驱动，同质外延片国内市场望达百亿

高压充电桩解决充电速度+里程焦虑问题，预计2025年SiC需求约33万片

（4）假设1个6寸晶圆大概对应600个SiC芯片。

SiC 大幅改善光伏逆变器性能，预计 2025年SiC需求约16万片

SiC 在其他众多领域均有巨大市场前景，预计 2025年需求量约36万片

总结：2025年中国导电型SiC衬底100亿元，SiC同质外延片191亿元

重点公司

天岳先进：半绝缘SiC衬底领先企业，募投项目持续扩张产能

天科合达：导电型SiC衬底领先企业，8英寸产品有望23年量产

东尼电子：导电型SiC衬底已量产交货，研发团队功底深厚

同光晶体：布局导电型SiC衬底，承担多项重大项目

山西烁科：4英寸半绝缘SiC已产业化，持续向大尺寸迈进

南砂晶圆：与山东大学开展产学研合作，SiC衬底产品系列丰富

天域半导体：SiC外延片领军企业，规模体量国内领先

瀚天天成：中美合资高新技术企业，产能规模扩张迅速

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