碳化硅行業(yè)專題報(bào)告：關(guān)注國(guó)產(chǎn)襯底廠商擴(kuò)產(chǎn)、器件廠商上車進(jìn)展

碳化硅行業(yè)專題報(bào)告：關(guān)注國(guó)產(chǎn)襯底廠商擴(kuò)產(chǎn)、器件廠商上車進(jìn)展1.解決里程焦慮，碳化硅是新能源汽車800V高壓快充標(biāo)配SiC屬于第三代半導(dǎo)體，性能參數(shù)優(yōu)異。以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大、飽和電子漂移速率高、熱導(dǎo)率高、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì)：1）更大的禁帶寬度可以保證材料在高溫下，電子不易發(fā)生躍遷，本征激發(fā)弱，從而耐受更高的工作溫度。碳化硅的禁帶寬度約為硅的3倍，理論工作溫度可達(dá)400℃以上。2）飽和電子漂移速率指電子在半導(dǎo)體材料中的最大定向移動(dòng)速度，決定器件的開關(guān)頻率。碳化硅的飽和電子漂移速率是硅的兩倍，有助于提高工作頻率，將器件小型化。3）高溫是影響器件壽命的主要原因之一，熱導(dǎo)率代表了材料的導(dǎo)熱能力，碳化硅的高熱導(dǎo)率可以有效傳導(dǎo)熱量，降低器件溫度，維持正常工作。4）臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)指材料發(fā)生電擊穿的電場(chǎng)強(qiáng)度，一旦超過該數(shù)值，材料將失去絕緣性能，進(jìn)而決定了材料的耐壓性能。碳化硅的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為硅的10倍，能夠耐受更高的電壓，更適用于高電壓器件。碳化硅器件旨在為應(yīng)用系統(tǒng)“增效+降本”，新能源汽車貢獻(xiàn)主要市場(chǎng)。根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2022年碳化硅功率器件市場(chǎng)規(guī)模為18億美元，2028年有望達(dá)到89億美元，22-28年CAGR高達(dá)31%。碳化硅功率器件可應(yīng)用于汽車、能源、交通、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，其中汽車占據(jù)主導(dǎo)地位，市場(chǎng)規(guī)模占比超過七成，2022年市場(chǎng)規(guī)模為13億美元，2028年有望達(dá)到66億美元，22-28年CAGR高達(dá)32%。1.1.新能源汽車：特斯拉引領(lǐng)主驅(qū)搭載碳化硅，其他主流廠商上車潮漸進(jìn)SiC方案可實(shí)現(xiàn)新能源汽車三電系統(tǒng)降本、增效。碳化硅憑借高效率、高功率密度等優(yōu)異特性，為應(yīng)用系統(tǒng)“降本+增效”。以新能源汽車主驅(qū)為例，根據(jù)ST測(cè)算，碳化硅逆變器效率比IGBT逆變器高3.4%，可以有效提升續(xù)航、節(jié)省電池成本。此外，由于碳化硅逆變器體積較小，還可搭載成本更低的冷卻系統(tǒng)，從而降低整車成本。因此新能源汽車主驅(qū)逆變器、車載OBC、DC/DC轉(zhuǎn)換器已率先開啟SiCSBD、SiCMOS的滲透。SiC在汽車主驅(qū)、OBC、DC/DC系統(tǒng)中均已開啟滲透。1）主驅(qū)：SiC在純電動(dòng)車、混動(dòng)車主驅(qū)上都有應(yīng)用。2018年，特斯拉率先將SiC應(yīng)用于Model3，開啟主驅(qū)逆變SiC器件的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，Model3全車搭載24個(gè)SiC模塊，拆開封裝每顆有2個(gè)SiC裸晶（Die），共計(jì)搭載48顆SiCMOSFET。后續(xù)有比亞迪、蔚小理、吉利等車企跟進(jìn)。2）OBC、DC/DC：相比SiC主驅(qū)逆變器，OBC、DC/DC所使用的SiCMOS允許更高的導(dǎo)通電阻，技術(shù)成熟度更高，比亞迪于18年就開始在OBC中應(yīng)用碳化硅器件。主流車企加速推出搭載碳化硅的車型。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球大部分主流車企均已有碳化硅車型上市，暫未上市的廠商也有概念車或合作消息公布，如標(biāo)致的InceptionEV概念車、寶馬與安森美簽訂供貨協(xié)議等，說(shuō)明碳化硅的應(yīng)用方案已經(jīng)得到終端車企的廣泛認(rèn)可。23年已有多款20-25萬(wàn)元價(jià)格段的標(biāo)配碳化硅車型上市，助力碳化硅加速滲透。根據(jù)汽車之家數(shù)據(jù)，23年有小鵬G6、極氪X、智己LS6等多款20-25萬(wàn)元價(jià)格段的標(biāo)配碳化硅車型上市，可見新勢(shì)力車企的高性能策略已強(qiáng)勢(shì)拉動(dòng)碳化硅滲透，未來(lái)仍將有同價(jià)格段車型如極氪007等上市。特斯拉引領(lǐng)、其他車企跟進(jìn)搭載碳化硅，23年1-8月其他車企已貢獻(xiàn)25%碳化硅車型銷量。特斯拉作為行業(yè)中首個(gè)大規(guī)模應(yīng)用碳化硅的車企，旗下Model3、ModelY車型銷量火爆，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外造車新勢(shì)力的共同努力下，市場(chǎng)結(jié)構(gòu)逐漸走向多元化。根據(jù)我們的測(cè)算，其他車企在碳化硅車型中的銷量占比2023年1-8月已達(dá)到25%，其他車企碳化硅滲透率已達(dá)8%，未來(lái)滲透率有望逐年提升，與特斯拉共同拉動(dòng)碳化硅滲透。基于以下核心假設(shè)：1）電動(dòng)車滲透率逐年提升；2）純電動(dòng)車的SiC器件主要應(yīng)用于主驅(qū)、OBC、DC/DC；3）伴隨碳化硅國(guó)產(chǎn)襯底產(chǎn)能釋放、國(guó)產(chǎn)器件實(shí)現(xiàn)技術(shù)追趕，器件平均價(jià)格有望每年降低15%，從而拉動(dòng)碳化硅在純電車中滲透。我們預(yù)測(cè)25年全球新能源汽車SiC器件市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到194億元，23-25年CAGR達(dá)50%。1.2.充電樁：800V車型滲透，樁端升壓、提效需求拉動(dòng)碳化硅應(yīng)用SiC器件的耐高壓、高頻特性適配直流快充樁需求。要滿足新能源汽車快充需求，直流快充樁電壓需要提升到800-1000V，所用功率器件耐壓必須提高到1200V以上，適合應(yīng)用碳化硅。同時(shí)，使用碳化硅器件還可降低拓?fù)鋸?fù)雜度，減少驅(qū)動(dòng)配套電路數(shù)量與功率器件用量，從而降低充電樁體積及系統(tǒng)成本。此外，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，應(yīng)用SiC器件還可以減少開關(guān)損耗，提升轉(zhuǎn)換效率，提高營(yíng)業(yè)利潤(rùn)。充電模塊功率提升，國(guó)內(nèi)外樁端廠商積極布局搭載碳化硅的產(chǎn)品。南方電網(wǎng)、巨灣技研、FreeWire、Rhombus等國(guó)內(nèi)外多廠商均已發(fā)布碳化硅技術(shù)為核心的充電樁項(xiàng)目，據(jù)中關(guān)村天河寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟介紹，采用碳化硅充電模塊的功率可以達(dá)到60kW以上，而采用IGBT單管的設(shè)計(jì)僅達(dá)到15-30kW水平。未來(lái)伴隨直流充電樁功率提高，碳化硅滲透率有望快速提升?；谝韵潞诵募僭O(shè)：1）汽車留存率隨時(shí)間推移而下降；2）國(guó)內(nèi)公用車樁比逐年下降，直流樁占比逐年提升；3）海外公用車樁比逐年下降，直流樁占比與中國(guó)保持一致；4）由于SiC二極管應(yīng)用方案較為成熟，而SiC模塊需要等待800V車型滲透率進(jìn)一步提高才能大規(guī)模應(yīng)用，因此假設(shè)SiC二極管滲透率勻速提升，SiC模塊滲透率加速提升；5）SiC二極管價(jià)格保持穩(wěn)定，SiC模塊由于替代元件存在先后順序，每千瓦價(jià)值量將逐年提升，直至全面替代。我們預(yù)測(cè)2025年全球充電樁SiC器件市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到74億元，22-25年CAGR高達(dá)330%，高增速主要來(lái)自SiC模塊的加速滲透。1.3.光伏：應(yīng)用碳化硅可提升光伏逆變器轉(zhuǎn)換效率，二極管率先開啟滲透SiC器件物理特性優(yōu)良，顯著提升光伏逆變器轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)SimonWall等人在《High-efficiencyPVinverterwithSiC》的研究中，在50KW的組串式逆變器中，Si二極管被SiC二極管替代后有望實(shí)現(xiàn)0.3%的系統(tǒng)效率提升。根據(jù)天科合達(dá)招股說(shuō)明書，使用全SiCMOSFET或SiCMOSFET與SiCSBD結(jié)合的功率模塊的光伏逆變器，轉(zhuǎn)換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升50倍。根據(jù)英飛凌，目前在光伏逆變器的DC/DC升壓電路、DC/AC逆變電路中均有碳化硅器件的替代方案，考慮經(jīng)濟(jì)因素，主要有IGBT+SiCSBD和SiCMOSFET兩類方案，應(yīng)用端、功率器件及光伏逆變器廠商都積極推出相關(guān)產(chǎn)品。基于以下核心假設(shè)：1）分布式光伏占比逐年提高；2）SiC器件只應(yīng)用于分布式光伏，不應(yīng)用于集中式光伏；3）由于光伏產(chǎn)品成熟度高，對(duì)全新方案的接受度較低，因此假設(shè)SiC二極管滲透率快速增長(zhǎng)，SiC模塊的滲透率緩慢提升。我們預(yù)測(cè)2025年全球光伏SiC器件市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到5億元，22-25年CAGR達(dá)54%。2.產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)邁向國(guó)產(chǎn)化，技術(shù)、產(chǎn)能、客戶三要素制勝技術(shù)（降本能力）、產(chǎn)能（有效產(chǎn)能）、客戶關(guān)系為決定競(jìng)爭(zhēng)格局的關(guān)鍵要素。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈自上而下包括襯底、外延、器件設(shè)計(jì)、晶圓制造、模塊封裝等環(huán)節(jié)，其中，襯底端為當(dāng)前的有效產(chǎn)能瓶頸、降本瓶頸環(huán)節(jié)，器件端國(guó)產(chǎn)化、IDM是大趨勢(shì)，技術(shù)、產(chǎn)能、客戶關(guān)系為決定各環(huán)節(jié)競(jìng)爭(zhēng)格局的關(guān)鍵要素，建議關(guān)注國(guó)產(chǎn)襯底廠商擴(kuò)產(chǎn)、國(guó)產(chǎn)器件廠商量產(chǎn)節(jié)奏。2.1.襯底：國(guó)產(chǎn)襯底產(chǎn)能釋放拉動(dòng)降本，重視各廠商產(chǎn)能實(shí)際交付能力SiC襯底位于產(chǎn)業(yè)鏈上游，根據(jù)電學(xué)性能不同可分為半絕緣型、導(dǎo)電型襯底。為滿足下游應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)于不同功能芯片的需求，需要制備不同電學(xué)性能的碳化硅襯底。根據(jù)工信部文件，一類是具有高電阻率（電阻率≥105Ω·cm）的半絕緣型碳化硅襯底，該類襯底采用氮化鎵外延，制成射頻器件，應(yīng)用于信息通訊、無(wú)線電探測(cè)等領(lǐng)域；另一類是低電阻率（電阻率區(qū)間為15~30mΩ·cm）的導(dǎo)電型碳化硅襯底，該類襯底采用碳化硅外延，制成功率器件，應(yīng)用于新能源汽車、光伏&儲(chǔ)能逆變器、新能源汽車充電樁等領(lǐng)域。SiC價(jià)格較高限制應(yīng)用放量，襯底是產(chǎn)業(yè)鏈的核心降本環(huán)節(jié)。碳化硅材料具有高熔點(diǎn)、高硬度屬性，制造所需的工藝難度遠(yuǎn)高于硅基材料，且由于碳化硅晶體生長(zhǎng)速率慢、產(chǎn)品良率低，碳化硅襯底的生產(chǎn)周期遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)硅基。根據(jù)芯八哥數(shù)據(jù)，2021年碳化硅器件制造成本結(jié)構(gòu)中，襯底成本占比約46%，未來(lái)，襯底逐步降本有望打開碳化硅市場(chǎng)天花板。供給端，海外廠商在SiC襯底賽道具備先發(fā)優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)廠商加速釋放產(chǎn)能。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2022年全球碳化硅襯底市場(chǎng)中，美國(guó)Wolfspeed、美國(guó)Ⅱ-Ⅵ和日本Rohm（收購(gòu)德國(guó)SICrystal）三家企業(yè)合計(jì)占據(jù)全球約72%的市場(chǎng)份額。中國(guó)公司天科合達(dá)、天岳先進(jìn)努力追趕，22年導(dǎo)電型襯底合計(jì)實(shí)現(xiàn)營(yíng)收1.04億美元，合計(jì)占比15%，同比+5pct。技術(shù)端，SiC襯底環(huán)節(jié)尚存多條技術(shù)升級(jí)、迭代路徑，國(guó)產(chǎn)廠商加碼研發(fā)。目前全球各大廠商量產(chǎn)的SiC襯底均以PVT法制造的6英寸產(chǎn)品為主，海外龍頭研發(fā)歷史久遠(yuǎn)、技術(shù)積累豐富，在長(zhǎng)晶速度、缺陷密度等方面領(lǐng)先，國(guó)產(chǎn)廠商正在加速追趕，公司已進(jìn)入全球第一梯隊(duì)。①性能參數(shù)優(yōu)化方面，降低位錯(cuò)缺陷、微管缺陷為關(guān)鍵技術(shù)方向碳化硅器件制造在襯底外延生長(zhǎng)的外延層上實(shí)現(xiàn)，碳化硅晶體關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)包括位錯(cuò)缺陷（TD）、微管缺陷（MP），會(huì)延伸至外延層、從而影響器件品質(zhì)。降低襯底缺陷是襯底廠商積累know-how的關(guān)鍵技術(shù)方向，一方面，SiCMOS對(duì)晶體材料的品質(zhì)要求高于SiCSBD，對(duì)晶體缺陷指標(biāo)要求更高；另一方面，降低襯底晶體缺陷指標(biāo)能夠提升器件制造良率、品質(zhì)，從而降低器件制造成本。②襯底尺寸方面，8英寸襯底有待規(guī)?；慨a(chǎn)Wolfspeed是全球首家推出8英寸SiC襯底的廠商，目前已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，根據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù)，對(duì)于32平方毫米的芯片（Die），一張8英寸晶圓可提高約90%的芯片產(chǎn)出，將單位綜合成本降低50%，因此8英寸乃至更高英寸是未來(lái)關(guān)鍵技術(shù)方向。根據(jù)行家說(shuō)三代半數(shù)據(jù)，除Wolfspeed外，其他國(guó)際SiC大廠預(yù)計(jì)將于2-3年內(nèi)量產(chǎn)8英寸SiC襯底，同時(shí)22年以來(lái)，以天岳先進(jìn)為代表的國(guó)產(chǎn)襯底廠商均已成功研發(fā)8英寸SiC襯底樣片，且天岳先進(jìn)已于23H1實(shí)現(xiàn)小批量銷售。③長(zhǎng)晶方式方面，液相法（LPE）技術(shù)有待進(jìn)一步突破物理氣相傳輸法（PVT）為國(guó)際主流大規(guī)模應(yīng)用的生產(chǎn)方法。目前碳化硅單晶的制備方法主要有：物理氣相傳輸法（PVT）、頂部籽晶溶液生長(zhǎng)法（TSSG）、高溫化學(xué)氣相沉積法（HT-CVD）。其中，PVT法具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易控制，設(shè)備價(jià)格以及運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為工業(yè)生產(chǎn)所采用的主要方法。液相法（LPE）在長(zhǎng)晶成本、品質(zhì)方面具備優(yōu)勢(shì)，技術(shù)有待進(jìn)一步突破。液相法（LPE）可解決PVT法缺陷密度高、擴(kuò)徑困難、晶體生長(zhǎng)過程不可監(jiān)測(cè)等制約碳化硅發(fā)展的關(guān)鍵問題，同時(shí)具備以下多方面優(yōu)勢(shì)，1）生長(zhǎng)成本低：相較于PVT法長(zhǎng)晶，LPE法省去了制備高純碳化硅晶體粉末的需要，從原料上可節(jié)省部分成本，同時(shí)LPE法溫度更低，整個(gè)過程相對(duì)比較穩(wěn)定，重復(fù)性和可靠性相對(duì)較好，良率有望得到提升，進(jìn)而降低成本；2）缺陷密度低：受益于液體環(huán)境的生長(zhǎng)過程，螺位錯(cuò)、刃位錯(cuò)可以轉(zhuǎn)移，可通過橫向傳導(dǎo)排出位錯(cuò)；3）適合P型晶體生長(zhǎng)：受益于液相法溫度較低，可以直接在溶液里做元素?fù)诫s，較易實(shí)現(xiàn)P型晶體的制備，P型碳化硅襯底更加適配軌道交通、特高壓輸電等高壓場(chǎng)景。產(chǎn)能端，國(guó)產(chǎn)SiC襯底廠商產(chǎn)能快速擴(kuò)張。根據(jù)各公司公告，國(guó)產(chǎn)碳化硅襯底廠商2022年產(chǎn)能約為61萬(wàn)片/年，預(yù)計(jì)至2026年總產(chǎn)能有望達(dá)到600萬(wàn)片/年-650萬(wàn)片/年，22-26年產(chǎn)能CAGR超70%，國(guó)產(chǎn)SiC襯底廠商積極擴(kuò)產(chǎn)、把握碳化硅市場(chǎng)窗口期。劣等產(chǎn)能將被市場(chǎng)出清，重視國(guó)產(chǎn)廠商產(chǎn)能實(shí)際交付能力。盡管各國(guó)產(chǎn)廠商規(guī)劃產(chǎn)能增速極高，但由于碳化硅襯底存在降低缺陷密度等技術(shù)門檻，因此并非所有規(guī)劃產(chǎn)能均能如期實(shí)際交付，以公司D、公司L為例，其23年?duì)I收增幅有限、盈利能力承壓，因此部分廠商未來(lái)可能出現(xiàn)技術(shù)落后將導(dǎo)致盈利能力不佳，從而放緩擴(kuò)產(chǎn)節(jié)奏，最終尾部廠商將主動(dòng)或被動(dòng)完成產(chǎn)能出清?？蛻舳?，以天岳為代表的頭部國(guó)產(chǎn)襯底廠商已成功出海至英飛凌、博世等國(guó)際大廠。21年及之前，天岳先進(jìn)主要向以客戶A、客戶B為主的無(wú)線電探測(cè)、信息通信行業(yè)廠商供應(yīng)半絕緣型SiC襯底，22年公司實(shí)現(xiàn)將部分產(chǎn)能轉(zhuǎn)移至導(dǎo)電型襯底后，陸續(xù)與國(guó)家電網(wǎng)、客戶A、客戶B、客戶E、客戶F等建立合作關(guān)系，并與英飛凌、博世集團(tuán)等海外大廠簽訂長(zhǎng)期合作協(xié)議，至23H1，公司前五大客戶營(yíng)收占比已下降至52%。2.2.長(zhǎng)晶爐：受益于國(guó)內(nèi)襯底廠商擴(kuò)產(chǎn)潮，碳化硅長(zhǎng)晶爐需求高增長(zhǎng)結(jié)合碳化硅單晶爐年產(chǎn)量、價(jià)格等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算，23-26年國(guó)內(nèi)碳化硅單晶爐市場(chǎng)總空間約88億元，設(shè)備需求預(yù)計(jì)將于未來(lái)四年內(nèi)陸續(xù)釋放。本土設(shè)備廠商快速成長(zhǎng)，已占據(jù)國(guó)內(nèi)碳化硅單晶爐主要市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)碳化硅晶體生長(zhǎng)設(shè)備主流廠商包括北方華創(chuàng)、晶升裝備等，北方華創(chuàng)主要供應(yīng)天岳先進(jìn)等多家碳化硅襯底廠商，占國(guó)內(nèi)碳化硅廠商采購(gòu)份額的比重約50%以上；公司主要面向三安光電、東尼電子、浙江晶越等多家客戶，市占率約27.47%-29.01%。寧波恒普、沈陽(yáng)中科漢達(dá)、科友半導(dǎo)體、山東力冠微等其他國(guó)內(nèi)公司尚處于小批量供應(yīng)或樣機(jī)開發(fā)及驗(yàn)證階段。我們判斷，碳化硅長(zhǎng)晶設(shè)備開發(fā)壁壘介于藍(lán)寶石、半導(dǎo)體級(jí)硅基材料之間，且短期內(nèi)由于襯底廠商利用外購(gòu)設(shè)備、加速搶占市場(chǎng)入口，長(zhǎng)期來(lái)看，碳化硅長(zhǎng)晶爐標(biāo)準(zhǔn)未定，襯底廠商應(yīng)維持一定比例長(zhǎng)晶爐外購(gòu)，以保障技術(shù)迭代的靈活性，因此碳化硅襯底廠商自研/外購(gòu)設(shè)備將長(zhǎng)期共存。未來(lái)，碳化硅單晶爐供應(yīng)商的分化將伴隨技術(shù)能力分化而出現(xiàn)，材料廠商、設(shè)備廠商均需持續(xù)推進(jìn)新技術(shù)研發(fā)、共逐技術(shù)護(hù)城河。1）短期：設(shè)備研發(fā)存在較長(zhǎng)周期，襯底廠商利用外購(gòu)設(shè)備、加速搶占市場(chǎng)入口下游襯底環(huán)節(jié)行業(yè)格局未定，襯底廠商處于搶占襯底市場(chǎng)入口階段。由于進(jìn)入碳化硅襯底市場(chǎng)需要長(zhǎng)期的技術(shù)積累，目前碳化硅襯底市場(chǎng)主要由美歐日廠商主導(dǎo)，2021年Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、SiCrystal、SKSiltron合計(jì)占據(jù)全球超90%市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi)第一梯隊(duì)廠商包括天岳先進(jìn)、天科合達(dá)等，其余中小襯底廠商數(shù)量已超30余家，大量廠商處于搶占襯底市場(chǎng)入口階段，短期內(nèi)盈利波動(dòng)使得國(guó)內(nèi)中小襯底廠商難以兼顧設(shè)備研發(fā)及生產(chǎn)，因此通過外購(gòu)設(shè)備、快速搶占市場(chǎng)入口。碳化硅單晶爐開發(fā)周期較長(zhǎng)，設(shè)備廠商基于技術(shù)同源性、快速響應(yīng)客戶需求。碳化硅單晶爐開發(fā)周期分為設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需根據(jù)客戶需求確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，生產(chǎn)環(huán)節(jié)中需根據(jù)設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)系統(tǒng)部裝、整機(jī)調(diào)試等，根據(jù)環(huán)球晶圓，碳化硅長(zhǎng)晶爐開發(fā)周期長(zhǎng)達(dá)2年。設(shè)備廠商基于技術(shù)同源性、可快速響應(yīng)客戶需求，以晶升裝備為例，藍(lán)寶石、半導(dǎo)體級(jí)、碳化硅三類設(shè)備均運(yùn)用設(shè)備設(shè)計(jì)、數(shù)值建模及仿真、熱場(chǎng)設(shè)計(jì)與模擬、晶體生長(zhǎng)控制、工藝開發(fā)等核心技術(shù)，具有一定的共通價(jià)值及關(guān)聯(lián)性。2）長(zhǎng)期：碳化硅單晶爐標(biāo)準(zhǔn)未定，襯底廠商自研、外購(gòu)設(shè)備將長(zhǎng)期共存碳化硅單晶爐目前標(biāo)準(zhǔn)未定，仍存在性能參數(shù)優(yōu)化、襯底尺寸擴(kuò)大等技術(shù)升級(jí)迭代空間，因此襯底廠商應(yīng)維持一定比例長(zhǎng)晶爐外購(gòu)，以保障技術(shù)迭代的靈活性。2.3.外延：外延爐逐步國(guó)產(chǎn)化，上游襯底、下游代工廠商均向外延環(huán)節(jié)延伸外延工藝必不可少。與傳統(tǒng)硅器件不同，碳化硅器件不能直接制作在襯底上，需要在襯底上生長(zhǎng)一層晶相同、質(zhì)量更高的單晶薄膜(外延層)，再制作器件。外延可分為①同質(zhì)外延：在導(dǎo)電型SiC襯底生長(zhǎng)SiC，常用于低功率器件/射頻器件/光電器件；②異質(zhì)外延：在半絕緣Sic襯底生長(zhǎng)GaN，常用于高功率器件。外延晶體更優(yōu)質(zhì)可控，層厚越大，耐壓越高。碳化硅晶體生長(zhǎng)的過程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生缺陷、引入雜質(zhì)，導(dǎo)致質(zhì)量和性能不足，而外延層的生長(zhǎng)可以消除襯底中的某些缺陷，使晶格排列整齊。外延厚度越大（難度越大），能承受的電壓越高，一般100V電壓需要1μm厚度外延，600V需要6μm，1200-1700V需要10-15μm，15000V則需要上百微米（約150μm）。SiC外延需嚴(yán)格控制缺陷，工藝難度大。SiC外延會(huì)復(fù)制襯底的晶體結(jié)構(gòu)，因此外延層缺陷包括來(lái)自襯底的缺陷（如微管、貫穿螺型位錯(cuò)TSD、貫穿刃型位錯(cuò)TED、基平面位錯(cuò)BPD），以及生長(zhǎng)過程的位錯(cuò)以及宏觀缺陷（如掉落物、三角形缺陷、胡蘿卜缺陷/彗星型缺陷、淺坑、生長(zhǎng)的堆垛層錯(cuò)）。掉落物、三角形缺陷等屬于致命性缺陷。襯底缺陷的TSD和TED基本不影響碳化硅器件性能，只有BPD會(huì)引發(fā)器件性能的退化。而生長(zhǎng)過程的掉落物、三角形缺陷等是致命性缺陷，一旦出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致器件測(cè)試失?。〒舸╇妷篤B降低20%~90%），良率大幅降低。低缺陷&厚外延是主要趨勢(shì)：隨著器件耐壓等級(jí)的提高，外延厚度從過去幾微米發(fā)展到幾十甚至上百微米。Wolfspeed（Cree）的N/P型碳化硅外延厚度均可達(dá)到200μm，國(guó)內(nèi)存在一定差距，瀚天天成N型碳化硅外延厚度達(dá)40μm，東莞天域N型碳化硅外延厚度做到30μm。受限進(jìn)口外延爐供貨短缺，碳化硅外延產(chǎn)能短期具有壟斷性。2020年Wolfspeed與昭和電工分別占據(jù)全球碳化硅導(dǎo)電型外延片市場(chǎng)52%和43%的市場(chǎng)份額，合計(jì)高達(dá)95%，形成雙寡頭壟斷，2022年國(guó)產(chǎn)廠商產(chǎn)能中瀚天天成、東莞天域CR2超80%。上游襯底、下游代工廠商均向外延環(huán)節(jié)延伸，純外延廠商盈利空間受限。相較純外延廠商，碳化硅襯底廠商向下游延伸具有更強(qiáng)的客戶優(yōu)勢(shì)，即可為客戶直接供貨外延產(chǎn)品，碳化硅代工廠商向上游延伸具有更強(qiáng)的驗(yàn)證優(yōu)勢(shì)，即外延產(chǎn)品直接在自有晶圓制造產(chǎn)線驗(yàn)證可縮短驗(yàn)證周期，未來(lái)純碳化硅襯底廠商盈利空間可能受到擠壓。2.4.器件：國(guó)產(chǎn)廠商技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)能擴(kuò)建并舉，24年有望成為國(guó)產(chǎn)化元年供給端，歐美日廠商引領(lǐng)全球碳化硅市場(chǎng)。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2021年SiC市場(chǎng)份額前五廠家均為歐美日企業(yè)，合計(jì)占據(jù)93%的市場(chǎng)份額，其中意法半導(dǎo)體依靠與特斯拉的合作占據(jù)全球40%的市場(chǎng)份額。海外廠商起步較早，在全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行布局，尤其在碳化硅襯底、器件環(huán)節(jié)具有豐富量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和深厚技術(shù)積累，形成先發(fā)優(yōu)勢(shì)。國(guó)產(chǎn)廠商器件設(shè)計(jì)工藝、代工產(chǎn)能擴(kuò)建并舉。以斯達(dá)半導(dǎo)為代表的設(shè)計(jì)廠商持續(xù)推出導(dǎo)通電阻更低、性能更優(yōu)的碳化硅芯片產(chǎn)品，同時(shí)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)公司已開始涉足碳化硅晶圓制造產(chǎn)線建設(shè)，擬完成碳化硅IDM能力構(gòu)建。以中芯集成為代表的代工廠商持續(xù)提升工藝平臺(tái)能力、擴(kuò)建產(chǎn)能?？杀葒?guó)產(chǎn)IGBT上車歷史，24年有望成為碳化硅器件國(guó)產(chǎn)化元年。根據(jù)NE時(shí)代數(shù)據(jù)，中國(guó)新能源乘用車功率模塊裝機(jī)量中，23H1前五大國(guó)產(chǎn)廠商份額已提升至54%，可比國(guó)產(chǎn)IGBT上車歷史，憑借供應(yīng)本土化優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)碳化硅模塊廠商也有望加速上車，24年有望成為碳化硅器件國(guó)產(chǎn)化元年。3.海外大廠風(fēng)向標(biāo)3.1.擴(kuò)產(chǎn)：海外大廠積極擴(kuò)建碳化硅產(chǎn)能，產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作、收購(gòu)頻發(fā)疫情結(jié)束加速全球SiC擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)程。自2018年特斯拉Model3發(fā)布以來(lái)，SiC企業(yè)普遍認(rèn)為市場(chǎng)需求即將爆發(fā)，將擴(kuò)產(chǎn)安排提上日程，然而新冠疫情的肆虐使得擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)程不及預(yù)期。以SiC頭部企業(yè)羅姆為例，羅姆于2018年6月宣布將在日本筑后市新建一座工廠以擴(kuò)大SiC產(chǎn)能，從2019年2月開始施工，預(yù)期于2020年底竣工，但由于新冠疫情因素，該工廠直至2022年6月才正式投產(chǎn)。如今疫情已是過去時(shí)，無(wú)論是因疫情停滯的老項(xiàng)目，還是等待時(shí)機(jī)的新項(xiàng)目，都紛紛啟動(dòng)建設(shè)進(jìn)程。根據(jù)《2022碳化硅（SiC）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》，2022年國(guó)外有30個(gè)碳化硅相關(guān)項(xiàng)目擴(kuò)產(chǎn)或投產(chǎn)，總投資金額超過800億人民幣，新增襯底產(chǎn)能超過250萬(wàn)片。海外大廠積極推動(dòng)上下游合作。根據(jù)我們的統(tǒng)計(jì)，23年以來(lái)海外大廠已宣布20余項(xiàng)合作。海外大廠對(duì)上下游合作青睞有加，主要有以下原因：1）大廠存在技術(shù)先進(jìn)、供應(yīng)鏈穩(wěn)定、規(guī)模效應(yīng)等多種競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，更容易在同行中脫穎而出；2）大廠規(guī)模較大，近年又普遍開展擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，對(duì)未來(lái)業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性有更高要求；3）通過上下游的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，有利于雙方保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)極端情況下可能出現(xiàn)的供給側(cè)出清中搶占先機(jī)。海外大廠加速并購(gòu)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合。如果說(shuō)企業(yè)合作是一種間接的產(chǎn)業(yè)鏈整合，那么并購(gòu)就是直接的產(chǎn)業(yè)鏈整合，二者互為補(bǔ)充、互相促進(jìn)。根據(jù)Evertiq的數(shù)據(jù)，近年來(lái)SiC行業(yè)內(nèi)并購(gòu)數(shù)量明顯增加，以美國(guó)為例，2006-2022年間共發(fā)生9起SiC企業(yè)并購(gòu)案件，其中7起發(fā)生于2018年及以后。根據(jù)我們的統(tǒng)計(jì)，2019年至今全球共發(fā)生16起SiC企業(yè)并購(gòu)案件，SiC產(chǎn)業(yè)鏈正在海外大廠的推動(dòng)下快速整合。3.2.技術(shù)：8英寸普及尚需時(shí)日，平面與溝槽器件結(jié)構(gòu)共存8英寸SiC晶圓量產(chǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。2022年4月，Wolfspeed位于紐約的莫霍克谷SiC制造工廠正式開業(yè)，成為全行業(yè)首個(gè)實(shí)現(xiàn)8英寸SiC晶圓量產(chǎn)的企業(yè)。目前全球企業(yè)都積極布局8英寸SiC晶圓產(chǎn)線，根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)外已有十余家企業(yè)將8英寸SiC晶圓量產(chǎn)提上日程，但大部分還處于樣品或小規(guī)模量產(chǎn)的階段。8英寸并非降低成本的唯一途徑。盡管提升晶圓尺寸可以降低SiC晶圓的單價(jià)，但SiC晶圓價(jià)格高企的主要原因并不在于尺寸，而在于良率低、長(zhǎng)晶速度慢等問題。以國(guó)產(chǎn)SiC襯底龍頭天岳先進(jìn)為例，盡管持續(xù)提升工藝水平，但直至2021年6月晶棒良率也僅有50%，襯底良率為75%，而傳統(tǒng)硅器件整體良率可高達(dá)99%。此外，SiC晶圓生長(zhǎng)約需要10天，而硅棒拉晶只需要2天半。為此，業(yè)內(nèi)公司極為重視技術(shù)創(chuàng)新，從多角度出發(fā)共同尋找降低成本的途徑。SiCMOSFET可分為平面結(jié)構(gòu)與溝槽結(jié)構(gòu)，兩種工藝各有優(yōu)劣。平面結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單，單元一致性較好，雪崩能量較高；缺點(diǎn)在于存在JFET效應(yīng)，從而增加通態(tài)電阻，寄生電容也較大。溝槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于沒有JFET效應(yīng)，寄生電容小，開關(guān)速度快，開關(guān)損耗低；缺點(diǎn)在于工藝復(fù)雜，單元一致性較差。海外大廠技術(shù)路線差異大，兩種結(jié)構(gòu)共存。意法半導(dǎo)體與Wolfspeed的產(chǎn)品目前為平面結(jié)構(gòu)，同時(shí)也在研究溝槽結(jié)構(gòu)方案；英飛凌的產(chǎn)品專注于溝槽結(jié)構(gòu)，采用的半包溝槽結(jié)構(gòu)性能較好；羅姆的產(chǎn)品自2015年從平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型為溝槽結(jié)構(gòu)，此后一直沿用；安森美的產(chǎn)品雖然是平面結(jié)構(gòu)，但在溝槽結(jié)構(gòu)已積累20份有關(guān)專利。3.3.襯底龍頭Wolfspeed穩(wěn)中向好，海外大廠均積極看待行業(yè)前景襯底龍頭企業(yè)Wolfspeed發(fā)展穩(wěn)中向好。過去SiC產(chǎn)能不足主要受制于襯底，行業(yè)擴(kuò)產(chǎn)也主要圍繞襯底展開，我們考察了襯底龍頭企業(yè)Wolfspeed的經(jīng)營(yíng)情況，公司近三年的發(fā)展可總結(jié)為以下兩階段：1）FY21Q2-FY23Q1：受益于電動(dòng)車快速放量、疫情趨緩等多重因素，公司營(yíng)收持續(xù)增長(zhǎng)，毛利也始終維持在30%-35%的區(qū)間內(nèi)。2）FY23Q2-FY24Q1：盡管下游需求保持旺盛，但受限于設(shè)備備件短缺和新廠建設(shè)延遲，公司產(chǎn)能不及預(yù)期，營(yíng)收總體穩(wěn)定，毛利率有所下降。莫霍克谷工廠未充分利用的成本使FY24Q1毛利率下降了17.4%，如果不考慮該因素，公司FY24Q1毛利率相較FY23Q4上升了3pct。未來(lái)伴隨擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)度加快，營(yíng)收、毛利率均有望迎來(lái)修復(fù)式增長(zhǎng)。龍頭企業(yè)積極看待行業(yè)前景。近年來(lái)行業(yè)加速擴(kuò)產(chǎn)，市場(chǎng)上普遍存在疑慮：碳化硅行業(yè)是否會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩，甚至全行業(yè)虧損的最壞情況，我們認(rèn)為海外龍頭的經(jīng)營(yíng)策略最具指導(dǎo)意義。為此，我們對(duì)龍頭企業(yè)從產(chǎn)線、資本支出、產(chǎn)能規(guī)劃、營(yíng)收規(guī)劃等多方面進(jìn)行綜合考察，結(jié)果顯示，前五大廠商均對(duì)行業(yè)前景抱有較積極態(tài)度。4.投資分析4.1.天岳先進(jìn)：國(guó)產(chǎn)碳化硅襯底龍頭擴(kuò)產(chǎn)、拓客并舉，業(yè)績(jī)拐點(diǎn)將至22年業(yè)績(jī)受產(chǎn)能調(diào)整影響出現(xiàn)下滑，23年已見邊際改善拐點(diǎn)。18-21年，通信基站、無(wú)線電探測(cè)等市場(chǎng)拉動(dòng)公司半絕緣型襯底營(yíng)收快速增長(zhǎng)，盡管19、20年因?qū)嵤┕蓹?quán)激勵(lì)確認(rèn)高額股份支付費(fèi)用，導(dǎo)致管理費(fèi)用大幅增加，扣除非經(jīng)常性損益后，公司19-21年均已實(shí)現(xiàn)盈利。22年，一方面，疫情封控對(duì)公司上下游供應(yīng)鏈產(chǎn)生較大影響；另一方面，因疫情導(dǎo)致臨港新工廠產(chǎn)能建設(shè)滯后，公司戰(zhàn)略性的將濟(jì)南工廠部分產(chǎn)能轉(zhuǎn)向?qū)щ娦鸵r底，因此產(chǎn)生的臨時(shí)性產(chǎn)能下滑影響公司22年業(yè)績(jī)。截至23年中報(bào)，濟(jì)南工廠已轉(zhuǎn)型為導(dǎo)電型產(chǎn)品為主，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整影響單位成本的不利因素逐步消除，臨港新工廠完成第一階段的機(jī)電安裝，23H1公司營(yíng)收恢復(fù)高增長(zhǎng)、毛利率及凈利率回升，伴隨臨港新工廠產(chǎn)能逐步爬坡，公司業(yè)績(jī)拐點(diǎn)將至。分業(yè)務(wù)看，22年碳化硅襯底產(chǎn)能調(diào)整已完成，營(yíng)收、盈利能力雙拐點(diǎn)將至。1）碳化硅襯底：包括導(dǎo)電型襯底、半絕緣型襯底兩類產(chǎn)品，2020年及之前，公司業(yè)務(wù)核心聚焦半絕緣型碳化硅襯底，營(yíng)收受通信基站、無(wú)線電探測(cè)等市場(chǎng)拉動(dòng)，毛利率伴隨良率提升而提升。22年濟(jì)南工廠產(chǎn)能調(diào)整導(dǎo)致營(yíng)收、毛利率均受到一定負(fù)面影響，預(yù)計(jì)伴隨臨港新工廠產(chǎn)能逐步爬坡，公司碳化硅襯底業(yè)務(wù)將有望迎來(lái)營(yíng)收、盈利能力雙拐點(diǎn)。2）其他業(yè)務(wù)：其他業(yè)務(wù)主要為生產(chǎn)過程中無(wú)法達(dá)到半導(dǎo)體級(jí)要求的晶棒、不合格襯底等產(chǎn)品的銷售，其他業(yè)務(wù)營(yíng)收占比已由2018年的38%降低至23H1年的15%，說(shuō)明公司擴(kuò)大碳化硅襯底產(chǎn)量的同時(shí)，產(chǎn)品不合格率逐漸下降。4.2.晶升股份：國(guó)產(chǎn)碳化硅長(zhǎng)晶爐龍頭，受益三安、F等大客戶擴(kuò)