（圖片來源：攝圖網）

作者|葉子 來源|奇偶派(ID：jioupai)

電動汽車發展還有上升空間嗎？

一直以來，“里程焦慮”、“充電緩慢”都是卡住新能源汽車脖子的關鍵問題，是車企和車主共同的焦慮。

為了解決最大的痛點，車企圍繞著這個核心又迷茫的話題進行著不斷的探索。但無論蔚來的換電策略、還是電池廠商不斷探索的高密度三元鋰電池，似乎都是在電池容量上下功夫，并沒有真正地解決充電速率的問題，快速充電一直是人們心中一道過不去的坎。

但隨著高壓電氣技術的不斷進步，快充時代已經到來。繼2019年4月保時捷Taycan Turbo S 全球首發三年后，800V高壓超充終于開始了普及。相比于400V，800V帶來了更高的功效，大幅提升功率，實現了15分鐘的快充補能。

而構建800V超充平臺的靈魂就是材料的革新，基于碳化硅的新型控制器，便引領著這一輪高壓技術的革命。

本文從碳化硅發展原因講起，分析了下游應用市場與相關公司，以期全方位體現碳化硅發展現狀、前景與具體投資機會。

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碳化硅成半導體攻關熱點

作為半導體材料之一，碳化硅的快速發展得益于半導體的廣闊市場帶動。

半導體，指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料，被稱為現代工業的“糧食”。近年受益于智能手機和智能穿戴等新興消費電子市場的快速放量，以及汽車電子、工業控制和物聯網等科技產業的發展，疊加半導體國產化的快速推進，我國半導體產業迎來了快速發展階段。

近年來，全球半導體材料市場規模穩健增長。總銷售額從2010年的449億美元增長至2021年的643億美元，2010-2021年復合增長率為33.3%。未來，隨著半導體芯片工藝升級、芯片尺寸持續小型化，以及全球硅材料、化合物半導體材料的品種和性能不斷迭代升級的影響下，晶圓制造材料占比有望繼續提升。

數據來源：SEMI，東莞證券研究所

我國半導體產業更是處于高速發展的階段。2021年，我國半導體銷售額達到了1921億美元，同比增長 26.80%，2017-2021年復合增速高達9.94%，高于全球同期6.18%的復合增速。從銷售額占比來看，我國半導體產業的全球影響力逐步增強，國內半導體銷售額占全球比重從2017年的30.69%提升至2021年的35.27%。

資料來源：SIA，東莞證券研究所

碳化硅材料電氣性能優越，有望成為半導體領域最具前景的材料之一。

半導體材料發展至今已經歷三個階段。常見的半導體材料包括硅（Si）、鍺（Ge）等元素半導體及砷化鎵（GaAs）、碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等化合物半導體材料。

從被研究和規模化應用的時間先后順序來看，上述半導體材料被業內通俗地劃分為三代：

第一代半導體是以硅（Si）、鍺（Ge）為代表，從20世紀50年代開始大規模應用，主要應用于低壓、低頻、低功率的晶體管和探測器中。但是硅材料的物理性質限制了其在光電子和高頻電子器件上的應用，無法滿足人類的需求。

第二代半導體材料是以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）化合物材料為代表，從20時機90年代開始大規模應用，適用于制作高速高頻、大功率及發光電子器件。但是第二代半導體擊穿電場較低，限制了其在高溫、高頻和高功率器件領域的應用。另外砷化鎵材料有毒，存在著引起環境污染的問題。

第三代半導體材料是以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導體，多在通信、新能源汽車、高鐵、衛星通信、航空航天等場景中應用。與前兩代半導體材料相比，第三代半導體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優勢，因此，采用第三代半導體材料制備的半導體器件不僅能在更高的溫度下穩定運行，適用于高電壓、高頻率場景，此外，還能以較少的電能消耗，獲得更高的運行能力。

碳化硅在第三代半導體中存在的主要形式是作為襯底材料，可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應用需求，當前碳化硅襯底已應用于射頻器件及功率器件。具體來說，碳化硅器件有以下幾個優點：

（1）耐高壓：碳化硅擊穿電場強度大，碳化硅制備器件可以極大提高耐壓容量、工作頻率與電流密度，在實際應用中可以設計成更小的體積。

（2）耐高溫：碳化硅的禁帶接近硅的3倍，可以保證碳化硅器件在高溫條件下工作的可靠性，極限溫度甚至可達600℃。同時，其導熱性更高，有助于器件的散熱，有助于實現設備的小型化。

（3）實現高頻性能：碳化硅包和電子漂移速率大，可以實現更高的工作頻率與功率密度，也可以減少能量損失。在800V高壓工作下，碳化硅 MOSFET逆變器的能量損失僅為硅基IGBT能量損失的30%-50%之間。

在SiC產業鏈中，價值主要集中于上游襯底和外延。

SiC生產過程主要包括碳化硅單晶生長、外延層生長及器件制造三大步驟，分別對應襯底、外延、器件三大環節。

資料來源：中商產業研究院，中信建投

三大環節中，襯底成本占比達47%，其次為外延片，占比23%，這兩大工序為SiC器件的重要組成部分。由于SiC襯底生產工藝壁壘高，生產良率較低，全球產量具有明顯的瓶頸，因此其制造成本一直居高不下。此外，外延片的參數性能會受到SiC襯底質量的影響，其本身也會影響下游器件的性能。若能在襯底和外延片環節進行技術突破，將會大幅降低制造成本，提高性能。

碳化硅器件制造成本分布

數據來源：CASA，前瞻產業，東莞證券

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新能源革命

驅動碳化硅行業進入快車道

第三代半導體處于成長期，市場規模增長迅速。

2019年及以前，以SiC和GaN為主的第三代半導體材料處于發展初期，晶圓設備開發、襯底外延制造、下游器件生產均處于研發階段且尚未形成規模量產。隨著美國、韓國、日本等半導體強國大力進行第三代半導體的相關研發，2020年在產業鏈下游應用爆發的推動下，第三代半導體正式進入高速發展期。

目前，SiC襯底和外延技術已經可以應用于8英寸節點，功率器件廣泛用于新能源汽車、光伏、軌道交通等領域，國際領先企業也實現了MOSFET器件的量產。此外，中國也發布了多項半導體行業建設政策，旨在打造國產先進半導體企業，這對第三代半導體的市場擴大具有積極意義。

2019年，全球SiC市場的規模約為5.41億美元，全球半導體市場規模約為4123.07 億美元，SiC市場占總體比例不足1%。預計2025年，全球碳化硅市場規模將達到25.62億美元，未來6年CAGR 約為30%，市場成長空間巨大。

碳化硅行業發展階段曲線

資料來源：公司公告，中信建投

新能源汽車需求釋放，推動碳化硅市場快速增長。

目前，傳統硅材料在 MOSFET、IGBT、功率IC等領域的器件性能已經逐漸接近極限，已無法適應新興市場快速發展的變革需要，而碳化硅襯底相較于硅基器件具有更高的工作溫度、擊穿電壓以及優越的開關性質，其開關頻率和功率頻率都輕易突破了傳統材料的上限，因此廣泛用于新能源汽車等領域。

2019年，全球新能源汽車IGBT的市場規模約為 2.25億美元，預計該數值2025 年將為15.53億美元，市場將以38%的CAGR快速增長。

資料來源：Yole，中信建投

同時，新能源汽車市場的應用也占據了碳化硅器件總市場的41.59%，預計這一占比將于2025年提升至 60.62%。

在當下，用于電機驅動逆變器的碳化硅功率器件是車用SiC產品中最主要且潛在增長空間最巨大的部分，碳化硅在新能源汽車領域的應用已經達到了批量生產的臨界區域，相關下游市場的大量需求正在逐步釋放。預計隨著新能源車市場滲透率的進一步擴大，以及功率模塊和相關應用的迅速發展，碳化硅市場將在中期內迎來爆發。

同時，全球的碳化硅廠商也在積極尋求合作，紛紛與先進新能源汽車企業簽訂協議：

①特斯拉Model 3所采用的SiC MOSFET功率模塊正是由意法半導體提供的，且后者與碳化硅領先企業Woifspeed簽訂了150mm碳化硅晶圓擴展協議，旨在為全球的 SiC 晶圓供給加碼。

②意法半導體還于2021年6月與雷諾集團達成戰略合作，以提供用于電動和混合動力汽車的SiC功率器件供應，此舉旨在降低汽車的電池成本、增加充電里程、縮短充電時間最終使成本降低近30%。

③日本先進半導體制造商ROHM也與吉利汽車達成合作，使用ROHM提供的SiC功率器件實現高效的逆變效率和充電性能，從而進一步提高用戶體驗。

而在消費者最關心的車載充電系統和電源轉換系統方面，目前全球已有超過20家汽車廠商在車載充電系統中使用碳化硅功率器件，有效的降低了開關損耗，并大幅提升了充電效率，在實現超充的路上更進了一步。

目前，全球頂尖碳化硅器件制造商都紛紛與新能源車企達成了合作，以擴大自身在相關市場的領先地位，新能源汽車市場的快速發展必將加劇全球碳化硅企業的競爭，預計市場集中度將進一步提高。

碳化硅物化性質優越，引起光伏原材料迭代升級。

在光伏發電應用中，基于硅基器件的傳統逆變器成本約占系統10%左右，卻是系統能量損耗的主要來源之一。而根據天科合達招股書顯示，使用碳化硅材料，可將轉換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設備循環壽命提升50倍。

盡管碳化硅器件具有較高的制造成本，但其高導熱率、高擊穿電場、低損耗等特性，都使得光伏系統效率更高，從而進一步降低成本。

無論從光伏產業鏈上游的材料制造看，還是從下游應用的高效能看，碳化硅都具有無與倫比的高效能。預計中長期內，碳化硅將會成為太陽能光伏領域功率器件的主要制造原料，同時帶動產業鏈整體實現迭代升級。

在碳化硅功率器件顯著的性能影響下，諸多領先廠商紛紛加碼。國內三安集成已完成SIC器件的量產平臺打造，首發產品也實現了一系列性能和可靠性測試。此外，露笑科技與斯達半導體也在廣泛布局光伏業務。預計未來五年內碳化硅功率器件將更為廣泛地應用于光伏市場，將為SiC器件帶來至少15%以上的快速增長。

光伏逆變器中碳化硅功率器件占比預測

資料來源：天科合達招股書，CASA，民生證券

除汽車與光伏外，碳化硅器件還被廣泛應用于充電基礎設施建設、軌道交通、UPS等許多領域，在這些領域不斷發展的同時，也在持續提升SiC器件的滲透率，讓SiC成為了各大半導體企業的“兵家必爭之地”。

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三安光電天岳先進角逐碳化硅之巔

三安光電，碳化硅或受益全產業鏈優勢。

三安光電是國內LED行業的龍頭企業，旗下業務包括LED、通訊射頻和SiC功率器件業務，是全球極少數擁有從碳化硅襯底到器件、封測全產業鏈布局的公司。

自2014年起，三安光電全面進軍化合物半導體行業。公司通過收購 Norstel，并且經過多年的技術研發，獲得了碳化硅襯底制造技術。同時，三安光電的LED業務因貿易戰、行業周期等因素，受到了較大的影響，也進一步堅定了三安進軍新型半導體產業的決心。

2019年起，化合物半導體業務以三安集成為主要產業基地，開始逐步放量。并且隨著技術研發不斷推進，成本和費用管控進一步優化，預計伴隨著第三代半導體技術研發逐步轉化為銷售成果后，公司將實現費用管控，進一步增加營收，從而實現凈利潤的增長。

在半年報業績交流會上，三安相關人員表示其生產的碳化硅器件的目標客戶不僅僅是國內廠商，未來將拋向國際市場。目前H1已經獲得國際客戶驗證通過，并實現少量銷售，接下來會繼續推進襯底的對外銷售。

而在與某券商研究團隊的溝通中，對方對奇偶派表示，三安光電是國內唯一布局襯底到器件再到模塊的公司，目前出貨量占國內的60%。并且正處于擴產周期，明年有望實現2到3倍的成長，后續產品、客戶規模效應將更加明顯。并且近期還收到了某新能源車頭部企業的38億碳化硅產品大單，充分展現了三安的技術實力，對開拓后續終端龍頭公司起到了強促進的作用。

天岳先進，則是半絕緣襯底龍頭，向導電型襯底進軍。

天岳先進成立于2010年，主營業務為第三代半導體碳化硅襯底材料的研發、生產和銷售，歷經十幾年的技術發展，已掌握多項襯底加工環節的核心技術，并擔當起了國家核心戰略物資的保障供應重任，批量供應了半絕緣型碳化硅襯底材料，成功實現國產化自主可控。

近年來，因半絕緣型襯底受國外禁運，為滿足國家戰略需要，公司優先將產能用于半絕緣型襯底生產。但由于導電型襯底可搭載碳化硅外延可用于新能源汽車、光伏能源、交通軌道等領域，下游市場的火熱使得該襯底市場具有較大潛力，于是公司在滿足半絕緣型襯底需求的同時也在積極擴展業務，向導電型襯底進軍。

根據公司碳化硅半導體材料項目建設進度，公司預計2026年三期全部建設完成并達產，屆時將新增導電型碳化硅襯底材料產能約30萬片/年。目前，已與大客戶簽訂長期訂單，獲得認可，待上海公司投產后，導電型碳化硅襯底產能擴張有望帶動公司持續快速成長。

在與天岳先進相關人員交流中，對方向奇偶派表示，公司已經通過車規級體系的認證，并加快推動相應產品的客戶認證工作，截至目前，已經獲得了眾多知名客戶的認可，導電型襯底具有充足的客戶保障，并將繼續加快臨港項目產能建設進度，預計導電型襯底滿產將比原計劃提前，有望開啟盈利第二曲線。

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寫在最后

隨著新能源汽車賽道的爆發，碳化硅市場進入蓬勃發展的階段。碳化硅作為目前半導體產業最熱門的賽道之一，吸引了眾多半導體大廠和新銳力量參與其中。

與其它領域相同，新技術在誕生初期，都面臨著成本過高的問題。現在的碳化硅就像過去光伏領域的HJT電池、氫能領域的膜電極、動力電池領域的固態電池一樣，有著比較大的降本空間。但是可以確定的是，伴隨著技術的進步、規模效應和產品良率的提升，碳化硅必然會憑借其優異的性能被廣大的下游客戶所接受。

或許就在不久的未來，碳化硅高壓快充平臺將全面取代當下的充電模組，彼時，將不再有“充電焦慮”，真正實現“充電五分鐘，行駛兩小時”。

參考資料：

1.《碳化硅襯底：新能源車+光伏需求即將興起，國產替代有望突破》，浙商證券；

2.《新材料定義新機遇：SiC引領行業變革》，民生證券；

3.《第三代半導體碳化硅行業前瞻》，中信建投；

4.《SiC材料特性優異：新能源汽車、光伏驅動行業成長》，東莞證券；

5.《碳化硅行業深度：碳化硅，核心優勢、產業鏈及相關公司深度梳理》，慧博智能投研。

編者按：本文轉載自微信公眾號：奇偶派(ID：jioupai)，作者：葉子