硅基器件物理極限無法滿足部分高壓、高溫、高頻及低功耗的應用要求，具備熱導率高、臨界擊穿場強高、電子飽和漂移速率高等特點的碳化硅（SiC）器件作為功率器件材料端的技術迭代產品出現，應用于新能源汽車、光伏、工控等領域，在電力電子設備中實現對電能的高效管理。以逆變器為例，碳化硅模塊代替硅基IGBT后，逆變器輸出功率可增至硅基系統的2.5倍，體積縮小1.5倍，功率密度為原有3.6倍，最終實現系統成本整體降低。

　　一方面，由于碳化硅長晶速度慢，每小時僅生長0.2-0.3mm，在200多種晶型中僅一種可用（SiC-4H），且晶棒切割難度大，因此碳化硅襯底從樣品到穩定批量供貨大約需要5年；

　　另一方面，作為碳化硅器件性能及可靠性的關鍵，高壓器件用、低缺陷密度且均勻的碳化硅外延工藝難度大；疊加離子注入、柵氧可靠性及客戶驗證等器件端挑戰，碳化硅市場進入壁壘高，技術挑戰大。未來，碳化硅將繼續向襯底大尺寸化、切割高效化及器件模塊化等低成本高可靠性方向發展。

　　碳化硅襯底成本占比為46%，外延成本占比為23%，產業鏈價值量倒掛，襯底供應商掌握了產業鏈的核心話語權。

　　以Wolfspeed為例碳化硅，其襯底產能全球第一，已獲13億美元長期協議，在車規級器件端擴展迅速。目前，ST、英飛凌、安森美等傳統功率器件商均在上游材料進行擴產，同時基于多年客戶積累與汽車等終端建立合作，產業垂直整合加速。

　　我國目前在襯底端已開始占據一定市場份額，如山東天岳2020年半絕緣襯底全球市占率已至30%；而器件端，目前全球意法半導體一家獨大，國內公司尚屬發展早期，但已有部分企業如斯達半導、比亞迪半導體等碳化硅模塊已實現上車應用。

　　根據Yolé預測，碳化硅器件市場將從2019年5億美元增至2025年25億美元，復合增速達30%。其中，新能源汽車作為主驅動力，從2019年2.25億增至2025年15億美元，占整個市場60%，對應復合增速38%。

　　隨著快充需求增加，電動汽車逐步向800V架構過渡，碳化硅滲透加速。目前，國內企業在襯底端已有開始占據少量份額，器件端仍屬發展早期。

　　未來，考慮產業鏈價值量分布及客戶優勢等因素，我們認為上游擁有襯底量產技術、外延能力的企業及擁有功率半導體經驗、下游客戶或具備大量上車數據的功率半導體公司有望脫穎而出。

　　國內SiC產業鏈上市或IPO階段相關公司：天岳先進（襯底）、鳳凰光學（外延）、斯達半導（器件）、比亞迪半導體（器件）、中車時代電氣（器件）、華潤微（器件）等。

　　碳化硅功率器件早在20年前已推出，受制于成本及下游擴產意愿不足，碳化硅產業化推進緩慢。2018年，特斯拉作為全球第一的造車新率先使用全碳化硅方案后，碳化硅器件才開始成為市場發展熱點。

　　未來5年，汽車將成為碳化硅市場的主要驅動力。當前，全球新能源汽車市場正在加速發展，2021年前三季度，中國新能源汽車銷量達215.7萬輛，歐洲新能源汽車銷量達158.9萬輛，美國新能源汽車銷量達42.4萬輛，預計全球2021年新能源汽車銷量有望突破600萬輛。

　　根據Yolé預測，SiC器件市場將從2019年5億美元增至2025年25億美元以上，復合增速達30%：

　　其中，新能源汽車將從2019年2.25億增至2025年15億美元，復合增速38%，占整個市場60%。

　　除汽車外，第二大應用光伏市場將從2019年2.25億美元增加至2025年3.14億美元，復合增速為17%。此外，軌道交通和電機驅動等領域也將快速增加。

　　隨著新能源汽車不斷滲透，TrendForce預計2025年全球系能源汽車市場對導電碳化硅襯底需求可達169萬片（按6英寸計算）。其中，81%將用于主逆變器，15%應用于OBC，4%應用于DC-DC。

　　碳化硅產業鏈結構與硅基功率半導體類似，主要包含襯底、外延、器件及模塊和應用等環節。然而，其成本分布與硅基半導體器件不同：

　　硅基功率半導體晶圓制造成本占50%，而碳化硅由于晶棒生長速度慢且技術難度大，產業鏈成本集中于上游，價值量倒掛。

　　SiC襯底成本占比46%，外延的成本占比23%，這兩大工序占器件制造成本約70%。因此，襯底供應商掌握了碳化硅產業鏈的核心話語權。

　　目前，全球龍頭企業Wolfspeed、Rohm、ST都已形成了SiC襯底-外延-器件-模塊垂直供應的體系，而Infineon、Bosch、OnSemi等廠商則不斷進行并購，拓展在上游原材料的布局。Rohm收購SiCrystal，布局SiC襯底；

　　ST收購Norstel，上游延伸至SiC襯底。在此基礎上，各家開始大規模擴產，Wolfspeed在2024年前產能擴充30倍；

　　另一方面，通過與終端應用企業合作，攻克市場驗證壁壘，重點鎖定車規級應用；

　　例如特斯拉采用ST的SiC功率器件；集團子公司VitescoTechnologies將為現代汽車提供800V碳化硅逆變器；Wolfspeed和Infineon分別與大眾汽車合作，成為其FAST項目SiC合作伙伴。

　　市場玩家多樣化，競爭格局復雜。隨著碳化硅用于純電動車趨勢日益明確，該市場成為了多方廠商的必爭之地。傳統功率半導體廠商是碳化硅器件的最早參與者，但由于下游需求啟動慢，業務空間尚未打開。

　　其次是LED等化合物半導體公司，由于LED材料與SiC均為化合物半導體，在生長等制造工藝上有相似性，資金壁壘相對低，碳化硅成為了公司第二增長曲線的最佳選擇。此外，隨著傳統車企及Tier1在汽車電動化方面達成共識，廠商們紛紛加入碳化硅市場。

　　快充需求增加，電動汽車向800V架構過渡，碳化硅將被大規模應用于OBC。當前，電動車在續航里程方面仍面臨著補能焦慮的問題。為提升汽車充電效率，800V高壓平臺方案應運而生。在此技術方案下，高電壓對功率器件提出更高要求，碳化硅在該應用上優勢明顯。

　　以22kW800V雙向OBC為例，從Si設計轉到SiC設計，功率器件和柵極驅動的數量都減少30%以上，開關頻率提高一倍以上，降低了功率轉換系統的組件尺寸、重量和成本，同時提高了運行效率。

　　車廠紛紛選用800V架構，推動碳化硅上車進程。比亞迪e平臺3.0、現代E-GMP、奔馳EVA等都已宣布800V高壓平臺應用；預計在未來三年內，基于800V架構的新能源汽車將陸續量產。

　　目前，碳化硅在OBC、DC/DC上已有多家車企應用，而在主逆變器中量產車企極少。800V架構的引入將促進碳化硅器件的滲透，增加市場對其可靠性的驗證，為其在主逆變器的應用作鋪墊。

　　2018年，特斯拉率先使用全碳化硅方案后，碳化硅器件才開始成為市場發展熱點。此前，受制于多方面因素，全球碳化硅器件產業化推進速度慢：

　　另一方面，除中國率先進入新能源車領域，傳統汽車大國由于在燃油機、零部件等領域存在巨大優勢而發展電動車意愿不足，因此全球碳化硅廠商起步時間早但始終未在下游市場中形成規模優勢。

　　不同于全球產業，我國在如新能源汽車、光伏等碳化硅應用的主要市場均有一定先發優勢，市場規模占比大，需求率先啟動，在此基礎上，我國碳化硅產業發展動力足。

　　此時，恰逢國產替代黃金期，產品驗證壁壘及周期相對降低，制造業升級帶來電動化的內生增量空間，使得我國碳化硅器件加速發展。此外，我國碳化硅產業上游擴產與器件研發同步進行，相比全球產業的前期滲透，初創期大大縮短。

　　此外受《瓦森納協定》的出口管制影響，用于有源相控陣雷達、毫米波通信設備等軍事裝備的半絕緣碳化硅襯底國產化成為剛需。《瓦森納協定》，是一項由42個國家簽署，管制傳統武器及軍商兩用貨品出口的條約。

　　2008年修訂后，該協定了半絕緣碳化硅襯底等材料向中國等部分國家進行出口。此外，根據美國商務部工業與安全局（BIS）出口管制清單，碳化硅晶片為出口產品，碳化硅襯底國產化具有必要性。

　　目前，我國宣布投資的碳化硅項目超百個，形成了產業過熱的。然而經過對碳化硅項目逐一梳理及動態，我們發現實際情況為：項目簽約多動工少，實際投資額遠低于宣布投資額，研發多量產少，先進6英寸及以上量產比例低，碳化硅器件集中于低端的二極管產品上。

　　縱觀我國碳化硅產業鏈，參與公司主要可分為幾大類：以三安光電為代表的化合物半導體公司，華潤微為代表的功率器件制造公司，斯達半導為代表的功率器件設計公司，中電科及中科鋼研兩大體系，天科合達、山東天岳、泰科天潤等碳化硅公司，以及中車時代電氣、比亞迪、華為等終端廠商。

　　國內襯底企業初露頭角，器件企業仍屬早期。2020年全球半導體SiC晶片市場中，Wolfspeed出貨量占據全球60%，從細分市場看，2020年半絕緣襯底中國企業發展較快，國內頭部企業市占率逐步提升，山東天岳市占率從2019年18%提升至2020年30%。

　　然而在器件端，目前意法半導體一家獨大，前幾位均為國外公司，國內公司尚未形成一定市占率。

　　龍頭企業進入終端供應鏈借由中國市場優勢快速進擊，獲得一定市場份額，強者恒強；

　　正在發展的產學研機構在多方支持下持續推進，有望成為下一輪增長期的有力競爭者。