“碳化硅”一词最开始在生活中出现，可能是特斯拉宣布在Model3车型中使用碳化硅（SiC）的功率器件。随着近两年新能源汽车、光伏等行业迎来爆发性的表现，“碳化硅”赛道也引来资本市场的关注。

在不到2年的时间里，Wolfspeed的股价实现了从27美元到142美元的5倍跨越。

原本的电子器件，主要以硅原料来做，比如我们通常说的“芯片”、“半导体”、“电子零部件”等。然而随着新能源汽车、光伏等的发展，对于电力转换效率提出了更高的要求。相比于硅材料而言，碳化硅材料具有耐高温、耐高压、耐高频等特性。不仅能适用在新能源汽车等领域中，还能实现节能增效的表现。因此，随着新能源汽车等领域的高速发展，势必会提升对碳化硅（SiC）的需求。

在特斯拉Model 3中能直接看到的是最终的产品碳化硅（SiC）器件，而其具体生产还要经历衬底、外延等生产环节，其中最为核心也是价值量最高的环节就是衬底。衬底是在碳化硅器件的成本中占比接近50%，并且衬底的好坏也直接影响外延环节和最终产品的性能。对碳化硅产业链的研究，最核心的部分是衬底。

对于投资，终究要落脚到公司。从衬底市场看，国内也有一部分厂商在生产布局，但和海外厂商仍有明显差距，在5年以上。在衬底市场中，Cree（现Wolfspeed）仍是最有影响力和技术最领先的公司，公司已经与意法半导体、英飞凌、ABB等公司签下了超10亿美元的长期订单。在选择投资SiC时，Cree（现Wolfspeed）将是赛道中最为确定的公司。

但同时也应该关注到，SiC赛道仍是处于行业发展期的成长赛道。即使像Wolfspeed这样地位的公司，也仍未实现完全盈利。在市场放水的情况下，未来的高成长预期有望带来享受高估值的机会。而在市场收水的预期中，估值仍可能受到下杀的风险。从赛道中优选公司角度，Wolfspeed是其中最为确定的公司。

资料来源：长桥海豚投研整理

SiC赛道的“风”是从哪里吹来的？

1、800V高压平台产业化落地

目前，国内已有小鹏汽车、广汽埃安、比亚迪、吉利极氪、理想汽车、北汽极狐、东风旗下的岚图汽车等7家车企已经或者正在布局800V快充技术，并有望在今明两年陆续实现量产。

电动车往高压平台产业发展，在补能环节，需要充电桩也要达到800V高压平台与之匹配。

广汽埃安能源部部长刘志辉表示：“广汽埃安积极布局高压快充领域，今年8月份推出6C快充电池和A480超充桩，能够实现高压880V，最大480kW充电功率。埃安希望通过大功率高压快充技术，助力客户实现加油一样的充电体验。”

理想汽车副总裁孙广敏也透露：“理想汽车纯电平台正在布局，采用高压架构，初期会自建大功率高压充电桩，满足理想用户快速补电需求。”

广东芯聚能半导体有限公司芯聚能总裁周晓阳告诉集微网，“2021年，基本上每一个造车新势力，或者传统汽车制造商造新能源汽车时都在考虑800V平台。”

从车企的情况不难看出，新车上高压架构的初期，高压充电桩主要还是由车企来供应。一方面，充电桩运营商的布局进度与车企的布局进度存在一定的时间差，而且，充电桩企业对800V平台未来发展持有谨慎态度，他们布局新充电桩优先考虑的是盈利能力和投资回报率的问题。这需要车、桩企业之间互相协同。目前，华为数字能源技术有限公司正在尝试协同车企在做这件事。

另一方面，是国内相关的充电桩标准落地问题。充电桩的推广使用需要建立在标准之上，企业需要基于统一的标准去生产和铺设对应的桩。好消息是，相关标准将落地。据中国电力企业联合会副秘书长刘永东透露，在充电桩端，高压快充核心部件变动小，适合提前规划布局，高压涉及的绝缘、散热、安全等技术已成熟。中电联正在加速推进标准化建设，ChaoJi标准可满足1000V/500A的大功率充电。

不难看出，从车、桩等企业的态度以及相关标准制定进度来看，2022年，800V高压平台有望在国内迎来快速发展，国内车企和相关零部件厂商的产品逐步落地。

2、高压器件升级成刚需，第三代半导体“快上车”

即便产业往800V高压平台发展，但在初期也要遵循循序渐进的发展规律，先是在高端车型上率先使用，而后再往低端车型下推广使用。

中国电动汽车百人会新能源研究院副院长高翔表示，在车端，快充电池、PTC、空调等核心部件产业链技术已成熟，具备量产化能力。核心SiC功率器件国产化水平相对薄弱，下一步电动汽车百人会依托其“提链计划”继续推进国内的车规标准，并在试点及政策层面为行业提供支撑。

在核心部件产业化落地中，800V主驱逆变器的技术突破是关键。周晓阳指出，800V主驱逆变器应用SiC将是大势所趋。

SiC器件具有高频率、高效率、小体积等优点，800V电压平台升级也是其渗透率提升动力之一，未来将伴随着800V平台推广而大规模应用。

据了解，新能源车中OBC、DC/DC、电机控制器等都已经或将大规模应用SiC器件，ST预计52%的SiC器件将会应用在汽车领域，将会是SiC最大的应用市场。

在2021年第十六届“中国芯”集成电路产业促进大会上，三安光电副总经理陈东坡预计，在2023-2024年，长续航里程的车型基本上80-90%、甚至100%都会导入碳化硅（SiC）器件。在日前举办的2021年第十六届“中国芯”集成电路产业促进大会上，三安光电副总经理陈东坡预计，在2023-2024年，长续航里程的车型基本上80-90%、甚至100%都会导入碳化硅器件。

目前，不少车企也已开始“尝鲜”，汉车型已经搭载SiC功率器件、小鹏P7车型也采用了SiC器件，蔚来ET7将搭载SiC器件。

在汽车上成功打开应用市场，无疑将加速第三代半导体的上车速度。对碳化硅产业链企业而言，如何合理规划布局，将对未来市场表现有着至关重要的影响。

什么是碳化硅（SiC）

随着特斯拉的车辆中开始使用碳化硅（SiC）器件，碳化硅这个原本比较“陌生”的词语也经常能在耳边听到。那么具体什么是碳化硅呢？

碳化硅（SiC），顾名思义，是由碳元素和硅元素组成的一种半导体材料。通常，市场上大多见到的半导体芯片等基本都以硅为主要原材料。而碳化硅（SiC）能用来做半导体材料，主要是其具有耐高温、耐高频、耐高压的特性。

碳化硅（SiC）其实也不是一种新材料，在100多年前就已经出现。那为什么是在发展新能源的当下，成为市场关注点的呢？

碳化硅属于第三代半导体材料，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。碳化硅为第三代半导体材料典型代表，相较于硅材料等前两代半导体 材料，其禁带宽度更大，在击穿电场强度、饱和电子漂移速率、热导率以及抗辐射等关键 参数方面有显著优势。

基于这些优良特性，碳化硅衬底在使用极限性能上优于硅衬底，可 以满足高温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求。因此，碳化硅材料制备的射频器 件及功率器件可广泛应用于新能源汽车、光伏、5G 通信等领域，是半导体材料领域中具备 广阔前景的材料之一。

碳化硅用于制作功率及射频器件，产业链包括衬底制备、外延层生长、器件及下游应用。 根据电化学性质不同，碳化硅晶体材料分为半绝缘型衬底（电阻率高于 10 5Ω·cm）和导 电型衬底（电阻率区间 15~30mΩ·cm）。不同于传统硅基器件，碳化硅器件不可直接制作 于衬底上，需先使用化学气相沉积法在衬底表面生成所需薄膜材料，即形成外延片，再进 一步制成器件。

通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层制得碳化硅基氮化镓外延 片，可制成 HEMT 等微波射频器件，适用于高频、高温工作环境，主要应用于 5G 通信、 卫星、雷达等领域。在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层制得碳化硅外延片，可进一 步制成碳化硅二极管、碳化硅 MOSFET 等功率器件，适用于高温、高压工作环境，且损耗 低，主要应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域。

国内外厂商积极布局碳化硅，产业链日趋完善。以碳化硅材料为衬底的产业链主要包括碳 化硅衬底制备、外延层生长、器件及模组制造三大环节。伴随更多厂商布局碳化硅赛道， 产业链加速走向成熟。目前，碳化硅行业企业形成两种商业模式，第一种覆盖完整产业链 各环节，同时从事碳化硅衬底、外延、器件及模组的制作，例如 Wolfspeed、Rohm；第二 种则只从事产业链的单个环节或部分环节，如Ⅱ-Ⅵ仅从事衬底及外延的制备，英飞凌则只 负责器件及模组的制造。当前，国内的碳化硅生产厂商大多属于第二种商业模式，聚焦产 业链部分环节。

SiC MOSFET 较 IGBT 可同时具备耐高压、低损耗和高频三大优势：

1）碳化硅击穿电场强 度是硅的十余倍，使得碳化硅器件耐高压特性显著高于同等硅器件。

2）碳化硅具有 3 倍于 硅的禁带宽度，使得 SiC MOSFET 泄漏电流较硅基 IGBT 大幅减少，降低导电损耗。同时， SiC MOSFET 属于单极器件，不存在拖尾电流，且较高的载流子迁移率减少了开关时间， 开关损耗因此得以降低。根据 Rohm 的研究，相同规格的碳化硅 MOSFET 较硅基 IGBT 的 总能量损耗可大大减低 73%。

3）涵盖 MOSFET 自身特点，较 IGBT 具备高频优势。此外， 据 Wolfspeed 研究显示，相同规格的碳化硅基 MOSFET 与硅基 MOSFET 相比，其尺寸可 大幅减少至原来的 1/10。

碳化硅助力新能源汽车实现轻量化及降低损耗，增加续航里程，具体性能如下：

1）碳化硅较硅拥有更高热 导率，散热容易且极限工作温度更高，可有效降低汽车系统中散热器的体积和成本。同时， SiC 材料较高的载流子迁移率使其能够提供更高电流密度，在相同功率等级中，碳化硅功率 模块的体积显著小于硅基模块，进一步助力新能源汽车实现轻量化。

2）SiC MOSFET 器件 较硅基 IGBT 在开关损耗、导电损耗等方面具备显著优势，其在新能源汽车的应用可有效降 低损耗。根据丰田官网，丰田预测 SiC MOSFET 的应用有助于提升电动车的续航里程约 5%-10%。

3）由于 SiC 材料具备更高的功率密度，所以同等功率下，SiC 器件的体积可以 缩小至 1/2 甚至更低；

4）由于 SiC MOSFET 的高频特性，SiC 的应用能够显著减少电容、 电感等被动元件的应用，简化周边电路设计。

特斯拉率先使用SiC逆变器，直接打开了碳化硅（SiC）在新能源汽车的预期空间。将硅（Si）基组件替换成碳化硅（SiC）能明显地提升车辆的续航能力。根据Wolfspeed数据，在逆变器中使用SiC器件后，能减小整体的体积、重量和成本，在车辆续航上也有5-10%的提升。

在特斯拉Model 3搭载SiC逆变器后，其余各大车厂也纷纷跟进对碳化硅（SiC）领域进行布局。据Yole预测，在全球电力电子领域中碳化硅（SiC）的市场空间有望从2019年的5.42亿美元，成长至2025年的25.62亿美元。在此期间高达30%的年均复合增长率，也赋予了碳化硅（SiC）赛道的高成长的预期。

从特斯拉的方案来看，主逆变器采用 SiC 能显著降低损耗和提升功率密度。特斯拉 Model 3 在主逆变器中率先采用 SiC 方案（搭意法半导体的 SiC MOSFET 模组），替代原先 Model X 主逆变器方案（搭载英飞凌的 IGBT 单管）。

对比产品参数可知，所用 SiC MOSFET 的反应 恢复时间和开关损耗均显著降低。同时，Model 3 主逆变器上有 24 个 SiC 模块，每个模块内含 2 颗 SiC 裸晶，共用到 48 颗 SiC MOSFET， 如果仍采用 Model X 的 IGBT，则需要 54-60 颗。该方案使得 Model 3 主逆变器的整体结构 更为简洁、整体质量和体积更轻、功率密度更高。

碳化硅（SiC）行业的

最核心环节在哪？

从产业链角度看，碳化硅（SiC）类器件的制造，主要包含“衬底-外延-器件制造”三个步骤。

而在各环节的价值量比较中，SiC产业呈现明显 “头重脚轻”的特征，其中衬底和外延有将近70%的价值量占比。与硅基器件相比，SiC类器件的上游材料制造环节具有较高的技术壁垒，这也使得上游材料更大的影响了最终产品的成本项。由此可以看出，衬底及外延环节的降本将是SiC产业的主要发展方向。

1）SiC衬底：衬底是碳化硅产业中最重要的环节，价值量占比接近50%。没有SiC衬底，就造不出SiC器件，所以衬底是最基本的材料基础。

SiC衬底是将原材料高纯硅粉/碳粉，通过原料合成、晶体生长、晶锭切割、晶圆切割、研磨抛光等环节进行制备。在衬底生产中，最主要的难点在于超高温环境、长晶时间久、加工工艺高。

由于衬底是SiC器件最大的成本项来源，衬底端价格的下降也是整个行业最主要的关注点。参考产业链信息，目前国内SiC衬底主流规格分别为4英寸和6英寸，衬底价格呈现每年下降10%左右的幅度。相对来看，4英寸衬底的良率达到70%以上，而6英寸衬底良率还不到50%。随着产品良率的逐年提升，SiC衬底的价格有望进一步下探。

而对于未来SiC衬底价格能否下降的主要因素在于：①工艺和设备的改进，提升长晶效率；②减少损耗，提升产品良率；③从衬底到最终产品的转换率提升；④增加尺寸提升晶圆利用率。

2）SiC外延：外延环节，在SiC制备过程中的价值量占比接近1/4，是从材料到SiC器件制备过程中不可缺少的环节。

外延层的制备，主要是在SiC衬底基础上生长出一层单晶薄膜，再用以制造出所需的电力电子器件。目前外延层的制造，最主流方法是化学气相沉积法（CVD法），利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术。

资料来源：长桥海豚投研整理

那为什么器件不直接在SiC衬底上做，而要在外延层上做呢？

因为晶体在生长过程中，衬底表面不可避免会有缺陷。如果直接在衬底上做器件，会影响整个衬底的质量，从而对器件的性能有影响。而外延层的设计，使得整个表面更加平整，减少了缺陷，更保障器件的性能。

在碳化硅衬底基础上，对于外延层的选择上，有氮化镓外延也有碳化硅外延，主要取决于最终器件的应用领域。①碳化硅外延，主要用于生产SBD、IGBT、MOSFET等高压功率半导体领域；②氮化镓外延，主要用于微波射频领域、光电领域，也有一部分用于中低压功率半导体。

外延层制备，能有效提升器件的性能，需要较厚的外延层、整齐的表面和较低的杂质度。而能否做出较好品质的外延层，需要成熟的设备和优质的衬底。这是由于在外延层制备中，衬底的缺陷有可能被复制在表面沉积的外延层，所以衬底的好坏直接也影响外延层的质量。

综合整个SiC产业链看，衬底将是碳化硅的最核心环节。衬底本身就占到整体产业价值链的1/2，它还直接影响外延层的质量，实际影响程度将达到70%以上。因此，对SiC的研究最主要的是围绕衬底环节的研究。

核心衬底环节的利益，

被哪些公司占据？

衬底，是SiC产业链中最核心的环节。而对于投资，还要落脚到公司，那么衬底环节具体是被哪些公司占据主要的市场呢？

出于SiC下游应用场景的需求不同，衬底也分为半绝缘型衬底和导电型衬底两部分，两部分市场格局有不同的表现。

1）半绝缘型衬底市场：半绝缘型衬底主要用于微波射频、光电和中低压功率半导体等领域，主要是通过覆盖氮化镓外延涂层，再进行器件制造。在半绝缘型SiC衬底市场，主要由3个厂商构成了9成多的市场份额。但主要市场上仍以美国公司为主，Cree（现Wolfspeed）和II-VI两家美国公司占据了70%以上的市场。

从市占率角度看，山东天岳作为一家中国公司，挤进了全球前三，很不容易。但这也并不表明，国内在半绝缘型衬底方面已经追上了美国。从技术追赶时间上看，国内企业和美国企业的差距从过去的10多年缩短至10年以内。同时也要正视差距，Cree（现Wolfspeed）和II-VI分别于2015年和2019年实现了8寸片量产，而山东天岳目前仍不具备量产能力。

在半绝缘型衬底方面，虽然山东天岳在全球拥有30%的市占率，但主要仍是以4英寸和6英寸产能为主。而美国Cree（现Wolfspeed）和II-VI公司基本将4寸产能完成淘汰，实现了6寸产能的转化。海豚君从两家公司的8寸片量产时间推测，山东天岳的8寸量产可能要在2023年以后。市场占有率反应当前的销售情况，并不能全面反映出技术和能力的差距。

2）导电型衬底市场：导电型衬底由于可以应用于高压环境下，所以常被用来制造IGBT、MOSFET等高压功率半导体，主要下游应用就是当下大力发展的新能源汽车、光伏等领域。出于对能量转换效率和续航里程的追求，导电型SiC衬底将是碳化硅产业的重中之重。

在导电型衬底市场中，是美国Cree（现Wolfspeed）一家独大的市场格局，市场占有率达到60%以上。由于具有绝对领先的市场份额，Cree（现Wolfspeed）在市场上有明显的定价话语权。市场上前三大厂商也都为国外厂商，三家合计占有90%以上的市场。

在导电型SiC衬底市场，国内厂商与国外的差距更加明显。国内厂商目前仍主要以4寸衬底生产为主，其中天科合达和山东天岳的市占率仅有1.7%和0.5%。海外厂商已经在向8寸发力，而国内厂商还在努力将产能从4寸片转向6寸片。

综合国内外SiC产业公司的发展看，国内公司与海外差距仍有5年以上。Cree（现Wolfspeed）目前牢牢占据整个行业领头羊的位置，在技术和地位上都遥遥领先。在新能源发展的当下，Cree（现Wolfspeed）是当前赛道中最核心的公司，公司已经与意法半导体、英飞凌、ABB等公司签下了超10亿美元的长期订单。在选择投资SiC时，Cree（现Wolfspeed）将是赛道中最为确定的公司。

从碳化硅的整个行业看，Wolfspeed是可以关注的优质资产。但市场收水预期的当下，仍应关注整体市场的系统风险。

来源：能投委，宽禁带联盟，华泰证券