碳化硅衬底产业链、产能及成本情况如何？

由 6 英寸向 8 英寸升级是碳化硅衬底制备技术的主流方向。

碳化硅衬底位于产业链上游，分为导电型和半绝缘型两类。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。按照电学性能的不同，碳化硅衬底可分为两类。其中，在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层制得碳化硅外延片，可进一步制成功率器件，应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域；在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层制得碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）外延片，可进一步制成微波射频器件，应用于5G通讯、雷达等领域。

8 英寸碳化硅技术已经成为各国竞相布局的战略高地。碳化硅衬底的尺寸（按直径计算）主要有 2 英寸（50mm）、3 英寸（75mm）、4 英寸（100mm）、6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm）等规格。碳化硅衬底正在不断向大尺寸的方向发展，全球方面，8 英寸碳化硅衬底开始产业化，国外碳化硅衬底头部厂商 Wolfspeed 的 8 英寸导电型碳化硅衬底已进入量产阶段，Wolfspeed在 2023 年 7 月宣布其 8 英寸工厂已开始向中国终端客户批量出货SiC MOSFET，说明其8英寸衬底及 MOSFET 已实现批量应用；国内方面，国内衬底厂商目前仍以供应6 英寸衬底为主，虽然已有数家国内厂商具备 8 英寸碳化硅衬底的生产能力。

碳化硅目前尚处于由 6 英寸向 8 英寸升级的阶段。从需求角度，电动汽车/充电桩、光伏新能源等下游需求爆发，全球 SiC 供不应求，各大厂商加速推进8 英寸以扩大供给；从供给角度，大尺寸碳化硅衬底可以实现降本增效。根据测算，单片 8 英寸碳化硅衬底的芯片产出量大约是 6 英寸的 2 倍，并可部分使用硅基功率芯片产线装备，可大幅降低成本、提高效率。根据行业龙头美国 Wolfspeed 报告显示，以 32mm²面积的裸片（芯片）为例，6 英寸可以切出448颗，8 英寸可以切出 845 颗，8 英寸碳化硅衬底上的裸片数量相比6 英寸增加近90%；由于边缘芯片的良率较低，6 英寸的边缘裸片数量占比会达到 14%，8 英寸的这一占比降低至7%，8英寸衬底利用率相比 6 英寸提升了 7%。根据碳化硅衬底厂商天科合达的测算，从6英寸提升到 8 英寸，单位成本预计能够降低 35%。

预计 2024 年 8 英寸碳化硅衬底将大批量进入市场，Wolfspeed 布局8 英寸衬底全球领先。目前，8 英寸碳化硅在单晶生长和衬底加工环节上仍面临难度大、成本高、良率低等问题，遏制了规模量产的进程。不过，随着碳化硅芯片成本的逐步下降和8 英寸碳化硅技术的不断成熟，6 到 8 英寸的转换时机将大幅提前，8 英寸碳化硅衬底市场将会快速发展。截至2023年，海外已经形成从 8 英寸衬底到晶圆制造的产业链布局，海外头部大厂在8 英寸碳化硅衬底技术上的发展和产品研发在近两年明显加快。除了已实现量产的 Wolfspeed，还有7 家碳化硅衬底、外延、器件厂预计在未来 1-2 年实现 8 英寸衬底的量产。其中，Wolfspeed 的8 英寸衬底及MOSFET已实现批量应用，并持续建设 JohnPalmour 碳化硅衬底厂，推动衬底产能扩充、配合其8英寸晶圆厂的扩产需求；ST 意法半导体也向 8 英寸领域投资，其联合湖南三安半导体建设8英寸碳化硅晶圆厂，三安配套自建一座 8 英寸碳化硅衬底厂，保障合资工厂的材料供应稳定性。根据 YOLE 报告预测，2024 年 8 英寸碳化硅衬底将大批量进入市场。业界预计从2026年至2027年开始，现在的 6 英寸碳化硅产品都将被 8 英寸产品替代。据集邦咨询数据显示，目前8英寸的产品市占率不到 2%，预计 2026 年市场份额将成长到 15%左右。

国内量产突破步伐加快，天岳 8 英寸衬底出货量行业领先。目前已超10 家企业8英寸碳化硅衬底进入了送样、小批量生产阶段，包括烁科晶体、晶盛机电、天岳先进、南砂晶圆、同光股份、天科合达、科友半导体、乾晶半导体、湖南三安半导体、超芯星、盛新材料（中国台湾）、粤海金。投资方面，烁科晶体、南砂晶圆、天岳先进、天科合达、乾晶半导体、科友半导体、三安光电等均有 8 英寸衬底相关扩产计划，旨在提前为后续中下游客户做好材料产能供应的准备。现阶段中国厂商在衬底领域与国际大厂的差距已明显缩小，英飞凌与天岳先进、天科合达等中国厂商达成长期合作，也说明了中国衬底产品的质量受到认可。其中，天岳已于2022 年通过自主扩径实现了高品质 8 英寸碳化硅衬底的制备。随着国际市场对8 英寸碳化硅衬底需求持续增加，以及公司在 8 英寸碳化硅衬底技术和产品品质优势，公司在2023年已经实现 8 英寸碳化硅衬底的批量销售，且8 英寸碳化硅衬底出货量上在行业内领先。

8 英寸量产时间节点渐近，天岳已成功进入全球导电型衬底市场前十。近年来，海内外厂商积极投资，扩大碳化硅衬底产能。目前 6 英寸碳化硅衬底在质量和价格上有一定优势，仍占据市场主流。据统计，国际厂商在 2023 年贡献的 6 英寸碳化硅衬底产能超过200 万片，预计在未来三年持续扩充；8 英寸衬底目前尚未大批量出货，未来电动汽车市场预计将带动8英寸晶圆需求持续增长。国际方面，8 英寸晶圆制造已迈向量产前夕，海外大厂Wolfspeed、英飞凌、博世、onsemi 等公司 8 英寸晶圆量产时间集中于 2024 年下半年至2026 年期间。国内厂商在量产时间上与国际大厂存在一定时间差，但是目前天岳先进、天科合达两家大厂已经成功打入全球导电型碳化硅衬底材料市场前十榜单，产业链条进一步完善成熟。据估算，国内2023年的 6 英寸碳化硅衬底产能占全球产能的 42%，到 2026 年国内6 英寸碳化硅衬底产能将占全球产能的 50%左右。未来在 8 英寸市场，中国厂商将会迎来更多的产能释放，推升碳化硅降本提质，加速入市。

碳化硅衬底占功率器件成本的 47%，是价值量最高的环节之一。宽禁带半导体器件已经在 5G 通讯、智能电网、电动汽车、轨道交通、新能源并网、开关电源等领域得到应用，并展现出良好的发展前景。器件及应用市场的快速发展催生出碳化硅衬底材料的旺盛需求。从价值角度来看，碳化硅产业链附加值向上游集中，衬底+外延是碳化硅产业链中价值量最高的环节。碳化硅衬底约占碳化硅器件成本的 47%，外延环节占比 23%，制造前的成本占据全部成本的70%，远高于传统硅基器件衬底和外延约 11%的占比。衬底+外延两大工序的制备难度大，技术和成本高，是碳化硅器件的重要组成部分。由于碳化硅衬底及外延价格相对硅片较为昂贵，碳化硅功率器件现阶段渗透率较低。碳化硅器件具有高效率、高功率密度等特性，新能源汽车、能源、工业等领域的强劲需求有望带动碳化硅渗透率快速提升。

新能源汽车是碳化硅功率器件最大的终端应用市场，渗透率持续提升。从终端应用领域看，碳化硅功率器件应用于新能源汽车、光伏发电、储能、轨道交通、超高压直流输电等领域，新能源汽车是目前最大的终端应用市场。新能源汽车市场爆发带来车用半导体市场迅猛增长，“800V+SiC”高压平台的应用加速了碳化硅的渗透。其中，在中高压领域，电动汽车及充电基础设施应用将是最大的市场，2022 年全球用于新能源汽车的碳化硅功率器件约占全球碳化硅功率器件市场规模的 70%，未来随着新能源汽车渗透率的提升，预计2028 年占比上升至74%；在中压领域，功率器件在工业和能源领域的应用较为广泛，2022 年约占全球碳化硅功率器件市场规模的 13%和 10%；中低压、小功率电源领域主要用于消费电子等，占比较小。Yole预测，碳化硅功率器件行业将成为未来五年的主要碳化硅市场，从23 年的约27 亿美元增长到2029 年的 100 亿美元以上，纯电动汽车（BEV）是主要的市场驱动力，占市场份额的70%以上，包括电动汽车充电桩和电网在内的工业应用为市场规模的扩大进一步增添动力。

碳化硅衬底市场需求持续提升，导电型衬底市场规模不断扩容。全球碳化硅衬底行业市场规模在近年来呈现出显著的增长趋势。受益于电动汽车、高压快充、光伏、储能等领域需求的增长，碳化硅功率器件规模不断扩大，带动碳化硅衬底市场需求提升。在巨大的市场需求带动下，全球碳化硅衬底产能规模不断扩大，半绝缘型和导电型碳化硅衬底的市场规模取得较快增长。根据 Yole 和中商产业研究院数据预计，2023 年全球导电型和半绝缘型碳化硅衬底的市场规模分别达到 6.84 亿美元和 2.81 亿美元，至 2025 年市场规模将分别达到12.21 亿美元和3.78亿美元；未来导电型碳化硅衬底将占据市场主要份额，预计 2027 年全球市场规模将增长至21.6亿美元。根据中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟数据，全球6 英寸导电型衬底需求从2020年的超 8 万片增长至 2025 年的 20 万片。相对硅片全球市场规模已达上百亿美元，碳化硅衬底的全球市场销售额仍然较小，主要系碳化硅行业供给侧成本仍较高，制约了目前的市场购买力和需求的释放。未来，随着碳化硅衬底和器件制造行业的持续发展，制造成本有望持续下降，碳化硅器件和系统有望显示出竞争力并在下游行业得到广泛应用并快速发展，从而带动整体需求和市场规模的快速发展。