碳化硅新车型集中亮相 产业链迎来国产化关键节点 碳化硅行业发展现状及竞争格局分析

随着科技的快速发展，半导体行业也在不断寻求新的材料和工艺，以实现更高的性能、更低的功耗和更小的尺寸。在这个过程中，碳化硅(SiC)作为一种新型的半导体材料，逐渐走入了人们的视线。

碳化硅，是一种无机物，化学式为SiC，是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。在C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。

中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体。碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种，都属α-SiC。

①黑碳化硅含SiC约95%，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。②绿碳化硅含SiC约97%以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。

此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。

在电子领域，碳化硅功率器件已经广泛应用于充电桩、充电器、电源、变频器，逆变器等领域，能够提高能源利用效率，减小设备体积和重量，降低成本。

在医疗领域，碳化硅X射线探测器具有高灵敏度、低噪声、高分辨率等优点，有助于提高疾病诊断效率和治疗效果。在汽车领域，碳化硅功率器件能够提高车辆的能效和可靠性，减少维护成本，是新能源汽车发展的重要方向之一。

碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍;用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高，节能效果好。

低品级碳化硅(含SiC约85%)是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。

以碳化硅材料为衬底的产业链主要包括碳化硅衬底材料的制备、外延层的生长、器件制造以及下游应用市场。在碳化硅衬底上，主要使用化学气相沉积法(CVD 法)在衬底表面生成所需的薄膜材料，即形成外延片，进一步制成器件。应用领域最终主要分为射频器件(5G、国防等)和功率器件(能源等)。

碳化硅行业发展现状及竞争格局分析

近年来中国碳化硅功率器件市场规模快速增长，其主要驱动因素之一是新能源汽车市场的快速渗透。2021年，新能源汽车占下游应用市场的份额为38%。其次是消费类电源，占比为22%;光伏逆变器占据着15%的份额。

我国功率半导体行业经历个四个阶段：拓荒时代、本土联盟、结构性变革和国产替代，我国功率半导体产业仍处于起步阶段，总体呈现产业链完整、厂家多、发展迅速等特点。截止2022年4月，中国功率半导体相关企业已超320家。主要分布在广东(130家)和江苏(56家)等东南沿海地区。

功率半导体市场稳中向好，全球功率半导体市场规模由2017年的441亿美元增长至2022的年481亿美元。2020年受疫情影响功率半导体市场规模有所下降，但2021年便恢复至459亿美元。

碳化硅在半导体器件领域中是第三代半导体材料代表之一，从碳化硅器件的制造成本结构来看，衬底成本最大，占比达47%;其次是外延成本，占比为23%。这两大工序是SiC器件的重要组成部分。

其次分别为前段和研发费用，占比分别为19%和6%。根据数据，2018年和2021年碳化硅功率器件市场规模分别约4亿和9.3亿美元，复合增速约32.4%，受益于5G通信、国防军工、新能源汽车和新能源光伏等领域的发展，碳化硅器件市场规模增速可观。

根据中研普华产业研究院发布的《2022-2027年中国碳化硅行业市场全景调研及投资价值评估研究报告》显示：

从市场竞争格局来看，全球碳化硅器件市场格局仍由海外巨头主导，以意法半导体、英飞凌、科锐、罗姆半导体等为代表的企业占据了大部分市场份额。国内厂商中，比亚迪已经在整车中率先使用SiC器件，比亚迪半导体率先实现了SiC三相全桥模块在电机驱动控制器中的大批量装车。

碳化硅分为黑碳化硅和绿碳化硅，2020年中国黑碳化硅产量为75万吨，绿碳化硅产量为10.5万吨，2021年中国黑碳化硅产量为90万吨，绿碳化硅为11万吨，产量相继上涨。说明我国碳化硅行业发展前景及需求量较为良好。

根据海关显示，2020年受到全球疫情影响，中国碳化硅进口量急剧下降，2020年中国碳化硅进口量为1624.7吨，同比下降72.89%，随着疫情态势的放缓，中国碳化硅进口量有一定的恢复，2021年中国碳化硅进口量为3873.5吨，同比增长138.41%，增长可观。

数据显示，2018-2020年和2021上半年晶棒良率分别为41%、38.57%、50.73%和49.90%，衬底良率分别为72.61%、75.15%、70.44%和75.47%，综合良率目前大约为37.7%。

说明中国碳化硅的技术级层面有限，目前还没有找到能提高综合良率的办法。在碳化硅器件各环节生产中，衬底的成本最高，为47%，第二为外延，占比12%，第三为前段，占比19%，这是碳化硅器件生产过程中最重要的三个环节，生产成本过高导致利润收入减少，售价溢出就会降低产品的渗透率，从而阻碍碳化硅的发展。

2023年5月4日，从中科院物理所获悉，该所科研团队在碳化硅材料产业化方面再迎进展：国际知名半导体企业英飞凌科技近日发布公报称，已与中国碳化硅材料供应商天科合达签订一份长期供货协议，以维护整体供应链稳定。后者正是中科院物理所产学研合作的产物。

碳化硅行业未来发展趋势预测

随着碳化硅(SiC)在电动汽车、新能源等领域的应用日益广泛，市场需求不断增长。近期，一批碳化硅项目集中开工，部分公司接到批量订单，推动了碳化硅加速量产。

相关机构表示，碳化硅市场高增长趋势吸引业界激进投资，远期规划产能合计数已超远期需求，未来供过于求将导致尾部厂商被出清，技术(降本能力)、产能(有效产能)、客户关系为决定竞争格局的关键要素。

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