新材料、新機(jī)遇、新趨勢

作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，相較于硅，碳化硅具有禁帶寬度更大（是硅的3倍）、熱導(dǎo)率更高（是硅的 4-5 倍）、擊穿電壓更大（是硅的 8- 10 倍)等優(yōu)勢。

圖表 52：碳化硅性能優(yōu)勢

碳化硅功率器件主要包括碳化硅二極管（主要是肖特基勢壘二極管 SBD 等）、碳化硅晶體管（主要是碳化硅 BJT、MOSFET 等）以及碳化硅功率模塊等。碳化硅功率器件具有耐高壓、大電流、耐高溫、高頻、高功率和低損耗等眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電動汽車及充電樁、光伏、電網(wǎng)、軌道交通和儲能等領(lǐng)域。

據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，碳化硅功率器件 2021 年全球市場規(guī)模 10.9 億美金。預(yù)計(jì)到 2027年將達(dá)到 62.97 億美金，2021-2027 CAGR 達(dá) 34%。發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，未來市場空間可觀。

圖表 54：碳化硅功率半導(dǎo)體器件市場規(guī)模預(yù)測 2021-2027E

全球各國對碳化硅投資熱度不減，目前碳化硅器件市場龍頭依然以海外企業(yè)為主，國內(nèi)90%需求依賴進(jìn)口。我國碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈布局相對完整，部分頭部企業(yè)技術(shù)實(shí)力不可小覷，在半絕緣襯底、外延片、射頻器件和碳化硅器件均已量產(chǎn)并批量供貨。

碳化硅性能優(yōu)于 IGBT，兩者在多個(gè)領(lǐng)域或存在應(yīng)用重疊。從成本變化和晶圓尺寸發(fā)展趨勢分析：

碳化硅與 IGBT 成本比較。目前碳化硅功率器件由于技術(shù)和工藝尚不成熟、襯底良率低以及尚未規(guī)?；瘧?yīng)用等因素，導(dǎo)致當(dāng)前碳化硅成本居高不下。同等規(guī)格、滿足同個(gè)終端應(yīng)用需求的碳化硅 MOSFET 的價(jià)格是 IGBT 的 2.5-3 倍。而硅基 IGBT 技術(shù)成熟，規(guī)模化效應(yīng)已經(jīng)顯現(xiàn)，成本下探空間有限。隨著上述對碳化硅成本不利因素日漸改善，其價(jià)格有望逐年下調(diào)。對于長續(xù)航電動汽車，當(dāng)前碳化硅功率器件的應(yīng)用帶來的其他周邊零部件的降本，或?qū)⑦M(jìn)一步縮小、或打平與選用IGBT帶來的價(jià)格差。

圖表 56：碳化硅功率半導(dǎo)體器件成本變化趨勢

碳化硅晶圓制造。目前已量產(chǎn)碳化硅襯底多是基于 2 英寸、4 英寸和 6 英寸晶圓制造，其中 6 英寸逐漸將成為主流。據(jù) NE 時(shí)代數(shù)據(jù)，安森美 8 英寸襯底于 2021 年已經(jīng)投產(chǎn)。未來，隨著 8 英寸晶圓的襯底逐步量產(chǎn)，單片晶圓產(chǎn)量提升，相比 4 英寸和 6 英寸晶圓，理論上碳化硅器件價(jià)格或?qū)兴抡{(diào)。

當(dāng)前碳化硅 MOSFET 主要應(yīng)用于一些中高端場景，這些應(yīng)用往往追求更高的性能表現(xiàn)。如售價(jià) 30 萬以上的中高端智能電動汽車，其對續(xù)航、瞬間加速以及充電時(shí)間有著更高要求，通常其主逆變器中會采用碳化硅方案。短時(shí)間內(nèi)，IGBT 或依然是市場主流。長期來看，碳化硅 MOSFET 和 IGBT 市場需求或達(dá)到一個(gè)相對平衡，兩者將共存以供不同應(yīng)用場景所使用。

功率器件IGBT清洗：

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