2027年全球SiC功率半导体市场规模有望突破60亿美元。根据Yole统计，2027年全球SiC功率半导体市场规模由2021年的10.90亿美元增至62.97亿美元，2021-2027年每年以34%年均复合增长率快速增长。第三代半导体材料渗透率逐年提升，2023年有望接近5%。根据Yole统计，Si仍是半导体材料主流，占比95%。第三代半导体渗透率逐年上升，SiC渗透率在2023年有望达到3.75%，GaN渗透率在2023年达到1.0%，第三代半导体渗透率总计4.75%。
图2全球SiC功率半导体市场规模预测（单位：百万美元）（左）和2017-2023年全球主要半导体材料渗透率及预测（右）
2.2碳化硅价值链
碳化硅产业链主要包括衬底、外延、器件设计、器件制造、封测等。从工艺流程上看，碳化硅一般是先被制作成晶锭，然后经过切片、打磨、抛光得到碳化硅衬底；衬底经过外延生长得到外延片。外延片经过光刻、刻蚀、离子注入、沉积等步骤制造成器件。将晶圆切割成die，经过封装得到器件，器件组合在一起放入特殊外壳中组装成模组。
图3碳化硅产业链以衬底和外延为核心，碳化硅产业链路径明确。碳化硅产业链分为衬底、外延、器件和应用四部分。其中，衬底、外延、前段、研发费用和其他分别在碳化硅器件制造成本中占比47%，23%，19%，6%，5%。
图5碳化硅器件成本分布（左）和硅基器件的成本结构（右）
2.3衬底
图8碳化硅切割良率痛点（左）和天岳先进良率（右）（5）碳化硅衬底产业趋势①衬底产能向大尺寸转移当前国际主流尺寸为6英寸，目前碳化硅衬底的尺寸正在不断增大，正在向8英寸迈进。自从1991年第一块商用碳化硅衬底诞生，目前全球主要厂商的衬底尺寸已达到6英寸。而全球碳化硅领域龙头CREE公司（现更名为Wolfspeed）已于2015年推出了8英寸碳化硅衬底，并于2022年4月宣布其位于美国纽约州莫霍克谷（MohawkValley）的全球最大8英寸碳化硅制造设施正式开业。
图9CREE公司（现更名WolfSpeed）公司碳化硅衬底尺寸演进单片衬底面积的增长有利于制造成本的下降，同时器件制造过程中衬底边缘的浪费也将下降。根据Wolfspeed数据，一片6英寸碳化硅衬底可以产出448颗die，边缘损失为14%；而一片8英寸碳化硅衬底可产出845颗die，边缘损失下降至7%，衬底利用率更高。
图10碳化硅衬底尺寸升级后边缘更低国内尺寸迭代较海外厂商略慢一筹，但近年来发展提速明显。山西烁科为首家宣布可制备8英寸SiC衬底。2021年8月，山西烁科研制出8英寸碳化硅晶体。2022年1月，公司实现8英寸N型碳化硅抛光片小批量生产。截至2022年11月，晶盛机电、天岳先进、天科合达分别宣布掌握8英寸碳化硅衬底制备技术。
图11晶盛机电和烁科晶体的8英寸碳化硅衬底
表4海内外厂商8英寸碳化硅衬底进展
随着产能的扩张，半绝缘型及导电型衬底的单价会逐年递减，海通证券预计随着全球产能扩张逐步落地，未来3年内衬底单价将会继续下降，从而有助于加速碳化硅下游渗透率整体提升。另据CASA预测，随着SiC上游衬底、外延价格下降，预计SiC二极管和SiCMOSFET等器件的价格每年以超过10%的速度下降，并逐步取代Si器件。
图13SIC衬底价格（RMB/c㎡）发展趋势（左）和SIC外延价格（RMB/c㎡）发展趋势（右）③国内外衬底技术差距依然明显，但差距正在缩小国内衬底产品在材料端良率、产能、衬底尺寸、器件代数上相比于国外仍存在一定差距，但是近几年国内工艺飞速发展，在具体参数上的差距正在缩小。表6国内外碳化硅技术、产能总体差距对比
表7国内6寸导电型碳化硅合格品参数与海外龙头对比
2.4外延
（1）外延概况碳化硅外延片，是指在原有碳化硅衬底上生长了一层有一定要求的、与衬底晶相同的单晶薄膜（外延层）的碳化硅片。外延生长主要使用CVD（ChemicalVaporDeposition，化学气相沉积）设备或者MBE（MolecularBeamEpitaxy，分子束外延）设备。
图14基本半导体外延技术
由于碳化硅器件是直接在外延层制造，外延质量的好坏直接影响了器件的性能和良率。碳化硅外延材料的最基本的参数，也是最关键的参数，就是厚度和掺杂浓度。随着器件需求耐压性能的不断提高，对应的外延层厚度就越厚，控制难度也就越高。一般电压在600V左右时，所需要的外延层厚度约在6微米左右；电压在1200-1700V之间时，所需要的外延层厚度就达到10-15微米。如果电压达到一万伏以上时，可能就需要100微米以上的外延层厚度。而随着外延层厚度的不断增加，对厚度和电阻率均匀性以及缺陷密度的控制就变得愈发困难。
表8SiC外延关键参数表
（2）外延制备难点：控制缺陷控制碳化硅外延缺陷是制备高性能器件的关键，缺陷会对碳化硅功率器件的性能和可靠性有严重影响。TSD和TED基本不影响最终的碳化硅器件的性能，而BPD会引发器件性能的退化。堆垛层错、胡萝卜缺陷、三角形缺陷、掉落物等缺陷，一旦出现在器件上，器件就会测试失败，导致良率降低。表9SiC外延缺陷时对器件的影响
图152020年全球碳化硅外延晶片市占率
2.5器件
图16碳化硅器件生产流程图（左）和碳化硅器件分类（右）（2）碳化硅器件市场概况随着技术突破和成本的下降，SiC功率器件市场规模正在快速上升。根据Yole数据，2017年和2021年碳化硅功率器件市场规模分别约3.11亿和9.14亿美元，复合增速约31%，预计2023年碳化硅功率器件市场规模约15.82亿美元。从市场占有率来看，SiC功率器件全球主要的市场份额主要掌握在STM、Wolfspeed、Rohm、Infineon、Onsemi等行业龙头手中，CR5达91%。因为SiC器件对稳定性要求较高，需要较长的验证周期，因此中国厂商切入进程较慢，还未形成一定规模的市占率，但存在国产厂商如士兰微、斯达、华润微、安世等已实现器件规模生产并在功率MOSFET、IGBT单管、IGBT模块等部分领域跻身全球前十。随着上游衬底和外延的不断突破，下游器件厂商同样存在超车机会。
图182021-2027年SiCk功率器件市场预测（左）和SiC功率器件应用领域（右）
②新能源车领域
图19电动车中使用的主要功率器件即对应零部件（左）和主逆变器中碳化硅的使用（右）新能源车销量持续提升，碳化硅市场空间广阔。伴随着各地政府补贴、退税等政策扶持以及不断改进完善的充电基础设施，全球新能源汽车的销量和占比均在持续上升，2021年新能源车销售650万辆，同比增长109%，占比全球汽车销售总量为9%，预计到2025年，新能源汽车销量将超过2100万辆，其中，新能源汽车领域碳化硅渗透率有望超20%。而随着新能源汽车销量的增长和碳化硅功率器件对碳化硅晶圆的需求也在不断提高，据集邦咨询数据，预计到2025年，全球电动车市场对6英寸碳化硅晶圆的需求为169万片。
图21全球光伏逆变器中碳化硅器件占比预测（左）和全球光伏逆变器出货量（右）
三、主要竞争厂商
目前整个碳化硅产业链依旧以海外厂商为主导，国内企业在产业链中的衬底、外延以及器件所占市场份额都比较小。但随着国内衬底产品日益成熟、扩产进度逐渐加速，中国厂商有望重塑行业格局，未来在碳化硅各个环节占领一席之地。
3.1主要衬底厂商
图23天岳先进衬底研发历程（左）和2018-2025E年全球及天岳先进绝缘性SiC衬底销量预测（万片）（右））2021H1天岳先进绝大部分营收来自于半绝缘型衬底。在2021年上半年天岳先进营收构成中，半绝缘型衬底占比高达77%，导电型衬底占比可以忽略不计。2022年7月，公司公告宣布与特定客户签订合同，于2023-2025年向该客户销售6英寸导电型碳化硅衬底，销售额达13.93亿元。此次合同的签订证明公司在导电型衬底技术上实现突破，未来导电型衬底收入占比有望迎来快速提升。（3）天科合达公司自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。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。公司已具备成熟的6英寸晶片制备技术并实现规模化供应，8英寸产品仍在研发阶段。2021年12月，公司披露通过16949车规认证。
图26晶盛机电成功研发8英寸SIC晶体
3.2主要外延厂商
（1）东莞天域天域(TYSiC)成立于2009年，是中国第一家从事碳化硅(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。其生产出来的低缺陷、高均匀性6英寸外延片达到了全球领先的技术指标。东莞天域在外延制造技术上位于领先位置，具有低缺陷、高度均匀性6英寸4HSiC外延生长技术。密度小于0.2每平方厘米、可用面积大于98%、BPD小于0.1每平方厘米。外延层载流子浓度均匀性小于2%、外延层厚度均匀性小于1%。天域是国内最早实现6英寸外延晶片量产的公司，目前正在布局积极发展8英寸SiC外延片系列产品批量生产。