2024年中国碳化硅行业市场现状及行业发展技术壁垒

碳化硅作为第三代半导体材料的典型代表，在电力电子领域有着广泛的应用。它被用于制造大功率电力电子器件，如二极管、结型场效应晶体管、金氧半场效晶体管、绝缘栅双极型晶体管及门极可断晶闸管器件等。由于碳化硅功率器件能显著降低电子设备的能耗，它们在新能源汽车、高铁、太阳能光伏、风能、电力输送、UPS不间断电源等电力电子领域发挥着重要作用。此外，碳化硅还用于制造高性能的LED照明器件和高级耐火材料。

在工业应用中，碳化硅因其高硬度、优良的导热性能和耐磨性能而备受重视。它的硬度仅次于金刚石，且具有高热导率和低热膨胀系数，使其在高温环境下表现出色。此外，碳化硅还可用作电热元件和脱氧剂，在炼钢工业中有广泛应用。

在新能源汽车领域，碳化硅功率器件可以提高电动汽车的能源利用效率，降低整车能耗，延长续航里程。在光伏发电领域，使用碳化硅功率器件的光伏逆变器可以提高太阳能转化效率，带来低成本和高效率。在轨道交通领域，碳化硅器件能够提升轨道交通牵引变流器供电频率，提升装备应用的灵活性和机动性。在航空航天领域，碳化硅是制备航空发动机的理想材料，可有效减小设备损耗。此外，碳化硅在5G通信、智能电网等领域也有广泛应用。

根据中研普华产业研究院发布的《2024-2029年中国碳化硅行业发展现状分析及投资前景预测研究报告》分析

从“十五”计划开始，中国政府就将发展集成电路、元器件等高科技领域作为重要任务。在“十三五”计划期间，先进半导体领域的发展被明确写入规划中。而“十四五”规划的出台，进一步围绕新一代半导体、碳化硅等材料发布了促进性政策，显示出碳化硅行业在国家战略中的地位。国家层面出台的政策包括《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019版)》和《“战略性先进电子材料”重点专项2020年度项目》等，旨在鼓励和支持碳化硅产业的发展。

碳化硅产业链包括上游的衬底和外延环节、中游的器件和模块制造环节，以及下游的应用环节。其中，衬底制造是产业链技术壁垒最高、价值量最大的环节。全球碳化硅衬底产业呈现美国一家独大的局面，美国在碳化硅领域布局较早，因此占据全球碳化硅衬底约60%的市场份额。大尺寸的晶圆也是碳化硅的发展方向，尺寸越大，单位衬底可制造的芯片数量越多，边缘浪费就越小，单位芯片成本越低。

碳化硅行业市场现状

近年来，碳化硅在各个领域的应用不断拓展，成为市场上的热门材料。在2021年，我国黑碳化硅的产量达到了90万吨，而绿碳化硅的产量为11万吨。碳化硅器件的成本分布中，衬底的成本占据了最大的比例，高达47%。这种由碳和硅组成的化合物半导体单晶材料具有许多优越的性能，如禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强高、电子饱和漂移速率高等。这些特性使得碳化硅衬底能够突破传统硅基半导体器件及其材料的物理极限，开发出更适应高压、高温、高功率、高频等条件的新一代半导体器件。

在无线通信基础设施方面，5G技术的广泛应用对射频器件提出了更高的要求。相比砷化镓和硅基LDMOS射频器件，以碳化硅为衬底的氮化镓射频器件因其优越的导热性能和在高频段下的大功率射频输出能力，成为5G基站功率放大器的主流选择。据统计，2021年中国5G基站数量达到了142.5万台，同比增长100.7%。随着5G技术的不断推广和应用，预计未来中国5G基站数量还将持续增长。

在进出口方面，我国碳化硅的出口量远大于进口量，但进出口数量波动明显。2020年受全球疫情影响，进出口数量均出现了大幅度下降。然而，2021年中国碳化硅的出口数量同比增涨了374891吨，涨幅高达76.99%。同时，碳化硅的进口数量也同比增长了138.40%。进出口金额方面，我国碳化硅的进出口金额受进出口数量影响波动较大。尽管如此，2021年中国碳化硅的进口金额同比增涨了54.81%，达到了1225万美元;出口金额同比增涨了58.04%，达到了34917万美元。

在进出口均价方面，我国碳化硅的进口均价在2017年后有所下降，但在2020年均价有所回升;而出口均价则波动不大。据统计，2021年中国碳化硅的进口均价为3.16美元/千克;出口均价为0.93美元/千克。

碳化硅行业的发展前景广阔，其在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域的应用不断拓展。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，我国碳化硅产业将继续保持稳定的发展态势。

碳化硅行业发展技术壁垒

原料纯度要求高。碳化硅的制备需要高纯度的原料，如高纯度的硅和碳。原料中的杂质会对碳化硅的性能产生不良影响，因此原料的提纯技术是制备高质量碳化硅的关键。

生长条件苛刻。碳化硅晶体需要在高温、高压等极端条件下生长。这些条件对设备的要求较高，生长过程中还需要精确控制温度、压力等参数，以保证晶体的质量和稳定性。

加工难度大。由于碳化硅具有高硬度、高脆性等特点，传统的机械加工方法难以对其进行有效加工。因此，需要开发针对碳化硅材料的特殊加工技术，如激光加工、离子束加工等。

器件制备工艺复杂。碳化硅器件的制备工艺相对复杂，需要多道工序和精确的工艺控制。同时，由于碳化硅材料的特殊性，器件的封装和测试技术也需要相应的发展。

可靠性问题。碳化硅器件在高温、高压、高辐射等恶劣环境下工作时，容易出现性能退化、失效等问题。因此，需要提高碳化硅器件的可靠性和稳定性，以满足实际应用的需求。

这些技术壁垒限制了碳化硅行业的快速发展，但同时也为行业内的企业提供了技术创新和突破的机会。随着技术的不断进步和突破，碳化硅行业的发展前景将更加广阔。

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