碳化硅作为目前半导体产业最热门的赛道之一，吸引了无数成名已久的IDM大厂、Fabless企业，以及许许多多的初创新锐力量参与其中。纷至沓来的企业携带着资本、比拼着技术，试图在碳化硅价值链的方方面面获得突破，一场全球范围内的竞争卡位赛已然被触发。

但在当下，碳化硅领域仍以国际企业占据更大的话语权，国内企业则锋芒初露，正在勠力追赶。

衬底占整个碳化硅成本接近50%，目前处于供不应求的局面

近日， 天岳先进发布公告称，公司与某客户签订了一份金额高达13.93亿元的关于6英寸导电型碳化硅衬底产品的销售合同。作为业内少有的上10亿元的巨额合同，该消息一出来，便引爆了整个碳化硅市场，公司股价应声涨停，紧接着第二天再次创下历史新高。

业内人士指出：“本次天岳先进斩获6英寸导电型碳化硅衬底大额长单，不仅体现了公司多年来深耕碳化硅领域的技术和市场实力，也间接展现出公司在衬底领域的市场地位。此外，这一大额合同的金额是公司2021年营收的2倍多，它的实施将对公司未来的业绩产生积极的影响，或许是碳化硅行业加速发展的一个标志性合同。”

据了解，天岳先进成立于2010年，是一家专注于宽禁带（第三代）半导体碳化硅衬底材料研发、生产和销售的科技型企业。公司主要产品包括半绝缘型和导电型碳化硅衬底，可应用于微波电子、电力电子等领域。根据Yole的统计，在半绝缘碳化硅衬底领域, 2019-2021年公司市场占有率连续三年保持全球前三。

值得一提的是，作为一家连续亏损多年，直到2021年才开始盈利的企业，在公司IPO过程中的战略投资者却包括了小鹏、上汽、广汽等知名车企。为什么一家连续亏损的企业会得到国内一线车厂的如此重视？这或许与天岳先进的主营业务碳化硅衬底的重要性有关。

在碳化硅器件的平均成本中，衬底的占比为46%，是整个碳化硅产业链中成本占比最大的部分。此外，衬底还是整个产业链中技术壁垒最高的环节，无论是今后的降低成本还是大规模产业化推进，碳化硅衬底的核心作用都无可替代。在业内形成稳定且较高的良率规模化出货前，整个行业都将持续呈现供不应求的格局。

因此，对于下游厂商而言，谁能够锁定头部材料厂商的优质产能，谁就能够在这一轮产业浪潮中抢占先机。为了获得稳定的衬底供应，除了国内车厂与碳化硅材料厂家深度绑定外，国外器件供应商也纷纷通过签订长期供货协议来加强与衬底供应商的合作。比如，WolfSpeed与ST签订了超过5亿美元的长期供货协议，与Infineon签订了超过1亿美元的供货协议，与OnSemi的协议为8500万美元；Rohm也与ST宣布达成超1.2亿美元的长期供货协议，由Rohm旗下的SiCrystal向ST供应6英寸碳化硅衬底等。

国际企业加固“护城墙”，并购、扩产提速

在新能源汽车、光伏、工业应用、轨道交通等终端应用的反推动下，碳化硅市场未来一片光明。

以新能源汽车为例，据TrendForce集邦咨询研究，为进一步提升电动汽车动力性能，全球各大车企已将目光锁定在新一代SiC（碳化硅）功率元件，并陆续推出了多款搭载相应产品的高性能车型。随着越来越多车企开始在电驱系统中导入SiC技术，预估2022年车用SiC功率元件市场规模将达到10.7亿美元，至2026年将攀升至39.4 亿美元。

有鉴于此，国际企业为固守优势地位，近来频频加大对碳化硅的布局。

一来，对优质标的的并购成为当下热点。其中，ASM日前宣布收购LPE的所有流通股且双方已签署了协议；而安森美对GTAT、Qorvo对UnitedSiC的并购则已完成。

二来，与产业链企业的合作同样是国际企业扩大碳化硅优势的一大“法宝”。其中，LPE已经与IME达成研究合作，双方将共同开发高质量8英寸SiC及专业外延工艺；比利时高温半导体及功率模块领域的领先厂商CISSOID则与高性能电容器领域的龙头NAC Group和Advanced Conversion达成了合作关系，三方将联合开发紧凑型、优化集成的3相SiC功率堆栈。

三来，扩产同样是国际企业的一大主旋律。其中，日本富士电机计划在2024年将下一代功率半导体产能提升至2020年的10倍左右；英飞凌预计斥资逾20亿欧元，在马来西亚居林工厂建造第三个厂区，用于生产碳化硅和氮化镓功率半导体产品；Wolfspeed预计其位于位于美国纽约州马西的8英寸碳化硅晶圆厂将在2024年达产。

四来，下游企业也纷纷瞄准上游，提前锁定产能以抢占市场份额。其中，全球功率模块系统巨头赛米控在年初就已宣布拿下德国车企的SiC功率模块大单，具体产品是采用SiC MOSFET的eMPack功率模块。据悉，该订单所使用的SiC器件供应商分别是意法半导体和罗姆。

此外，汽车企业与碳化硅产业链企业之间的互动趋势也愈发频繁，比如特斯拉与意法半导体、造车新势力Lucid与Wolfspeed和罗姆、纬湃科技与英飞凌等。

中国企业穷追不舍，捷报频传

中国企业也不遑多让，逐渐成为碳化硅领域一股不容忽视的力量。

设备方面，大族激光SiC晶锭激光切片机、SiC超薄晶圆激光切片机正在客户处做量产验证；恒普科技近日成功推出2款8英寸双线圈感应晶体生长炉；科友半导体成功研制了SiC电阻长晶炉；季华实验室大功率半导体研究团队自主研发的SiC高温外延装备，在提高可靠性和稳定性的同时，成功实现SiC外延的快速、高质量生长。

量产进度方面，三安光电目前已有超过60种碳化硅二极管产品进入量产阶段；新洁能1200V新能源汽车用碳化硅MOS平台开发顺利，1200V SiC MOSFET首次流片验证已顺利完成；闻泰科技碳化硅二极管产品已经出样。

市场方面，超芯星6英寸碳化硅衬底顺利进入美国一流器件厂商；天岳先进成功签订一份为期三年的长期协议，产品为6英寸导电型碳化硅衬底产品，合同金额高达13.93亿；国基南方SiC MOSFET首次获得新能源汽车龙头企业大批量订单。

此外，产能作为企业实力的一大表征，一直都是企业布局的重心。2022年以来，碳化硅领域立项、动工等消息不断传来。

原有的项目也在市场需求、技术提升等带动下，有了新的规划。其中，位于河北的天达晶阳碳化硅晶片项目将再投资7.31亿元，建设拥有400台套完整设备的碳化硅晶体生产线。届时，该项目4-8英寸碳化硅晶片的年产能将达到12万片；

时代电气控股子公司中车时代半导体拟投资4.62亿元，实施碳化硅芯片生产线技术能力提升建设项目。项目建成达产后，将把该公司现有的平面栅碳化硅MOSFET芯片技术能力提升到满足沟槽栅碳化硅MOSFET芯片研发能力、现有4英寸碳化硅芯片线将提升到6英寸碳化硅芯片线、产能也将从1万片/年的能力提升到2.5万片/年。

同时，众多碳化硅项目也在顺利推进。其中，湖南三安半导体项目二期工程于7月14日正式开工。据悉，湖南三安半导体项目投资160亿元，分两期建设，其中一期项目已于2021年6月点亮试产，目前，长晶、衬底、外延、芯片车间已全线正式批量生产，月产能力2万片；二期项目预计今年建成投产。

此外，芯粤能碳化硅芯片制造项目、泰科天润碳化硅芯片量产线、山西天成半导体6英寸SiC衬底产线、斯达半导碳化硅项目等均公布了新进展，进一步为我国碳化硅产能贡献力量。

国内厂商进入发展快车道

作为未来十年的黄金赛道之一，碳化硅最大的应用市场便是新能源汽车，占比超过50%。

根据现有技术方案，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）和非车载充电桩等领域。目前，每辆新能源汽车使用的功率器件价值约700 美元到1000 美元。随着新能源汽车的发展，对功率器件需求量日益增加，未来新能源汽车将成为碳化硅器件主要的增长点。

以特斯拉为例，特斯拉Model 3 车型采用以24 个碳化硅 MOSFET 为功率模块的逆变器，是第一家在主逆变器中集成全碳化硅功率器件的汽车厂商。据统计，2021 年，仅特斯拉一家需求便可消化近 50 万片 6 寸衬底产能，这也就意味着当下碳化硅整个市场的产能基本上已经被特斯拉一家给“承包”了。

事实上，自特斯拉率先应用后，碳化硅已经越来越受到新能源汽车市场的青睐。目前，比如比亚迪、吉利、现代、广汽、小鹏等众多整车厂商都已经发布了搭载的碳化硅 800V 高电压平台的车型，部分车企已经将量产时点定在 2022 年。根据不完全统计，全球已采用或确定采用碳化硅功率器件的有近 30 家汽车品牌，预计 2022 年之后，碳化硅在电动汽车领域应用将出现爆发式增长。

尽管市场需求一路高歌猛进，但由于碳化硅工艺复杂、产品良率偏低等一系列因素影响，造成碳化硅产能的增长速度远远赶不上需求增长的速度。因此，从整个市场来看，未来5年内行业都将处于供不应求的状态。

在市场巨大的机会面前，为了实现我国碳化硅半导体的自主可控，近年来我国涌现出一大批碳化硅的企业。行业人士指出：“相对于第一代硅和第二代半导体砷化镓，目前全球第三代半导体总体处于起步发展阶段，我国与国际领先水平的整体技术差距相对较小，追赶的机会更大。在火热的市场驱动下，国内碳化硅厂商有望迎来非常好的发展机会。”

据芯八哥不完全统计，目前布局碳化硅业务的企业，除了传统的功率器件厂商之外，还包括一系列以碳化硅为主营业务的初创公司。其中传统的功率器件厂商在原有的IGBT、MOSFET等业务的基础上，利用长期以来积累的技术和经验优势向碳化硅器件领域拓展，模式以IDM为主，代表企业有时代电气、斯达半导、华润微、闻泰科技、新洁能、扬杰科技、宏微科技、泰科天润等；衬底材料方面，天岳先进、天科合达在业内领先，目前年产能在5万片左右，通过大规模的扩产，到2025年有望达到25万片左右；外延材料方面，瀚天天成、东莞天域是行业龙头，目前瀚天天成的年产能在10万片左右，扩产后远期目标为40万片/年。东莞天域目前的产能稍逊瀚天天成一点，但也达到了6万片/年。根据公司与露笑科技的最新协议，预计扩产后，未来碳化硅外延片出货量将超15万片/年。

值得一提的是，三安光电作为国内少有的碳化硅全产业链龙头企业，目前已经能够实现产能、成本及质量验证的全方位管控，并且已经能够实现对细分行业客户的批量交付。

据三安光电介绍，公司部署的6英寸碳化硅晶体产线已经在2021年6月开始正式投产，产能为36万片/年，生产的晶体厚度可对标国际水平。此外，公司在2021年正式发布了纯自研1200V碳化硅MOSFET平台和器件，并且1200V和650V碳化硅二极管也已经获得了AEC-Q100车规级可靠性的认证。

从最新的数据来看，三安光电2021年导入碳化硅功率器件客户为549家，获得的新增订单金额高达数亿元，覆盖服务器电源、通信电源、光伏逆变器、家电、新能源汽车充电系统的充电桩电源和车载充电机等各细分应用市场标杆客户，并且量产交付的产品多达66款。

第三代半导体将大幅降低能源损耗

随着绿色低碳战略的不断推进，提升能源利用效率和能源转换效率已经成为各行各业的共识。以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体（第三代半导体）成为市场聚焦的新赛道。

“基于动态参数小、效率高、损耗小、发热小等优势，宽禁带半导体对于节能减排做出了积极贡献，将对碳中和起到重要的推进作用。”安森美半导体电源方案部市场营销经理袁光明向《中国电子报》记者指出。

具体来看，宽禁带半导体切合了电力电子、光电子和微波射频等领域的节能需求。在电力电子领域，碳化硅功率器件相比硅器件可降低50%以上的能源损耗，减少75%以上的设备装置，有效提升能源转换率。在光电子领域，氮化镓具有光电转换效率高、散热能力好的优势，适合制造低能耗、大功率的照明器件。在射频领域，氮化镓射频器件具有效率高、功率密度高、带宽大的优势，带来高效、节能、更小体积的设备。

宽禁带半导体低功耗、高效能的特点，吸引了国内外技术提供商和下游应用企业纷纷布局。在上游供应侧，Cree、英飞凌、意法半导体、安森美、罗姆等国际企业，比亚迪、三安光电、华润微、泰科天润、基本半导体、苏州能讯等国内企业，为市场输送基于碳化硅、氮化镓的二极管、晶体管和功率模块，并应用于控制、驱动、电池等各种电力系统中。

在下游产品侧，宽禁带半导体已经能被消费者清晰感知。2018年，特斯拉在Model3使用了意法半导体生产的碳化硅MOSFET，开启了碳化硅上车之路。SiC MOSFET模组使特斯拉的逆变器效率从Model S的82%提升至Model 3的90%，并降低了传导和开关损耗，实现了续航能力的提升。

2020年2月，小米发布一款65W氮化镓充电器产品，能够为type-C接口的PC和手机充电。该充电器上线即售罄，预约人数一度超过10万，引爆了氮化镓在消费市场的普及之路。

宽禁带半导体应用开始大规模落地

碳中和引发的电力系统和产业结构变革，既促进了新能源汽车等新兴产业的发展，也对数据中心等高耗能场景提出了更高的能效指标，并推动了轨道交通等传统领域的智能化转型。这些新趋势都将为宽禁带半导体开辟可观的增量市场。

“碳中和涉及的发电、输变电、用电环节都有宽禁带半导体的发展空间，重点领域包括电动汽车、充电桩、光伏和风电转换，以及电子产品充电器等。”西安电子科技大学研究员郭辉向《中国电子报》记者表示。

减少汽车行业碳排放是实现“双碳”目标的重要一环，减碳效果明显的新能源汽车将迎来更广阔的应用空间。碳化硅能够为新能源汽车提供能源转换率更高、体积更小、重量更轻的电机控制器，从而降低整车重量并降低能耗。

在特斯拉首开先河之后，越来越多的车企在电动车型搭载或计划搭载碳化硅模块。比亚迪旗舰车型“汉”搭载了高性能碳化硅MOSFET电机控制模块，使其0到100km/h加速仅需3.9秒。比亚迪预计2023年将采用碳化硅半导体全面替代IGBT半导体，整车续航性能将在现有基础上再提升10%。通用汽车将在下一代电动汽车使用碳化硅，并将其视为电力电子设计的重要材料。韩国现代企业计划在2022年推出的电动汽车上使用公司内部开发的碳化硅芯片。市调机构Yole预计，到2025年，新能源汽车和充电桩领域的碳化硅市场规模将达到17.78亿美元，约占碳化硅总市场规模的七成。

轨道交通正在从机械拉闸式控制走向数字化控制，碳化硅能为轨道交通提供更加稳定可控的电子核心器件。碳化硅功率器件已经在轨道交通的牵引逆变器中获得了应用和验证，具有广泛的应用潜力。

大数据、云服务、人工智能的出现，推动全球数据中心的处理能力不断增长，服务器部署数量随之攀升。据IDC统计，2020年全球服务器出货量达到1220万台。基于氮化镓的服务器电源，能更高效地助力数据中心的节能目标。一方面，氮化镓能够降低服务器电源的功耗和热耗。另一方面，氮化镓器件的生产相比硅器件所需的零件更少，能够减少生产零件所需的碳排放。纳微半导体提供的数据显示，利用氮化镓每年可以为全球数据中心节约19亿美元左右的电费。

在贴近消费者的用电环节，氮化镓也有用武之地。目前，小米、苹果、三星、OPPO、魅族等手机厂商都推出了氮化镓快充，在缩小充电器体积的同时，为消费者提供更加快速、高效的充电体验。同时，在太阳能场景中，基于氮化镓的太阳能逆变器可以实现更小的体积，甚至被消费者放在家里，让消费者得到更清洁、便宜的电力，这对于实现碳中和的目标很有助益。

技术和产品成熟度仍有巨大提升空间

虽然宽禁带半导体在节能减排上的应用前景已经受到产业界的认可，但要真正在“双碳”战略中发挥作用，还需要在技术指标和产品成熟度上继续提升。

“宽禁带半导体产品应继续加强、加深在提高效率指标方面的开发，在减小有效体积的同时，提高散热能力。在产品成熟度以及制造成熟度方面，仍存在进一步优化的空间。”任勉表示。

“更有效地助力碳中和，需要优化能效、减少能耗。碳化硅应进一步降低正向压降以降低损耗。氮化镓需要提升产品的稳定性和一致性。”袁光明指出。

具体而言，电压和频率是宽禁带半导体性能提升和应用拓展的关键。以氮化镓为例，电压上限的提升，将拓展氮化镓的应用领域。而频率上限的提升，将加速氮化镓产品的标准化、产业化步伐。

“未来电动汽车电池系统的电压将从目前的400V提升到800V，氮化镓器件的电压从650V升到1200V，就能够应对电动汽车的需求。同时，氮化镓频率上限的提升将推动电源形态的变化，使氮化镓电源的模块化、标准化成为可能，并实现产能的提升和成本的降低，为氮化镓的发展带来更多可能。”纳微半导体高级应用总监黄秀成向记者指出。

在产业链协作方面，氮化镓器件的性能上探需要与控制器等厂商紧密合作。黄秀成指出，氮化镓的开关频率已经做到1MHz~2MHz，但是控制器的指标迭代还没有完成，纳微也在通过与相关厂商的紧密合作助力控制器向高频方向发展，带来更精致、高效的氮化镓电源解决方案。

文章来源：芯八哥，中国电子报，化合物半导体市场