2023年天岳先进研究报告：国产碳化硅衬底龙头，业绩拐点将至

1. 天岳先进：国产碳化硅衬底龙头，业绩拐点将至

天岳先进是国产碳化硅衬底龙头，已与二线国产衬底厂商拉开身位，22Q1 以来， 已连续 5 个季度实现营收环增，业绩拐点将至，我们因此深度推荐。

1）国产碳化硅衬底龙头，兼具技术、产能、品牌优势：公司主营 6 英寸导电型、 4&6 英寸半绝缘型 SiC 衬底，8 英寸产品已小批量销售，经过十余年技术积累，已掌握 设备设计、热场设计、粉料合成、晶体生长、衬底加工等 SiC 衬底制造核心技术，SiC 衬底产品质量、产能产量规模已进入国际第一梯队，已在国际范围形成品牌优势。

2）伴随临港工厂爬坡、大客户订单交付，业绩拐点将至：2020 年及之前，公司业 务核心聚焦半绝缘型碳化硅衬底，营收受通信基站、无线电探测等市场拉动；2021 年起， 公司开始将产能重心向导电型衬底切换，一方面积极调整原济南工厂产能，另一方面推 进临港新工厂产能建设。经历 21-22 年业绩低迷期后，22Q1 以来，公司已连续 5 个季度 实现营收环增；23H1 营收 4.4 亿元，同比+172%，毛利率回升至 11.3%，同比+21pct， 有望受益临港新工厂产能爬坡、大客户订单放量，重迎业绩拐点。

22 年业绩受产能调整影响出现下滑，23 年已见边际改善拐点。18-21 年，通信基 站、无线电探测等市场拉动公司半绝缘型衬底营收快速增长，尽管 19、20 年因实施股 权激励确认高额股份支付费用，导致管理费用大幅增加，扣除非经常性损益后，公司 19- 21 年均已实现盈利。22 年，一方面，疫情封控对公司上下游供应链产生较大影响；另 一方面，因疫情导致临港新工厂产能建设滞后，公司战略性的将济南工厂部分产能转向 导电型衬底，因此产生的临时性产能下滑影响公司 22 年业绩。 截至 23 年中报，济南工厂已转型为导电型产品为主，产品结构调整影响单位成本 的不利因素逐步消除，临港新工厂完成第一阶段的机电安装，23H1 公司营收恢复高增 长、毛利率及净利率回升，伴随临港新工厂产能逐步爬坡，公司业绩拐点将至。

分业务看，22 年碳化硅衬底产能调整已完成，营收、盈利能力双拐点将至。 1） 碳化硅衬底：包括导电型衬底、半绝缘型衬底两类产品，2020 年及之前，公司 业务核心聚焦半绝缘型碳化硅衬底，营收受通信基站、无线电探测等市场拉动， 毛利率伴随良率提升而提升。22 年济南工厂产能调整导致营收、毛利率均受到 一定负面影响，预计伴随临港新工厂产能逐步爬坡，公司碳化硅衬底业务将有 望迎来营收、盈利能力双拐点。 2） 其他业务：其他业务主要为生产过程中无法达到半导体级要求的晶棒、不合格 衬底等产品的销售，其他业务营收占比已由 2018 年的 38%降低至 23H1 年的 15%，说明公司扩大碳化硅衬底产量的同时，产品不合格率逐渐下降。

股权结构稳定，获华为旗下哈勃投资参股，同时有上汽、广汽、小鹏参与战略配售。 股权结构方面，截至 2023 年中报，公司创始人宗艳民为控股股东、实际控制人，持股 30.09%，公司股权结构稳定。华为旗下哈勃投资自 2019 年起持有公司股份，现持股 6.34%， 同时有上汽、广汽、小鹏等多家车企参与 IPO 战略配售，可见业界合作伙伴对公司的高度认可。参控股公司方面，公司目前已形成山东济南、上海临港、山东济宁碳化硅半导 体材料生产基地，公司同时在日本设立研发及销售中心，积极开拓海外市场。

2. 导电型 SiC 衬底应用前景广阔，国产厂商迎放量拐点

2.1. SiC 器件性能优异，衬底是 SiC 产业链的核心降本环节

SiC 属于第三代半导体，性能参数优异。以碳化硅为代表的第三代半导体材料具有 禁带宽度大、饱和电子漂移速率高、热导率高、击穿电场高强度等优势： 1）更大的禁带宽度可以保证材料在高温下，电子不易发生跃迁，本征激发弱，从而 耐受更高的工作温度。碳化硅的禁带宽度是硅的约 3 倍，理论工作温度可达 400℃以上。 2）饱和电子漂移速率指电子在半导体材料中的最大定向移动速度，决定器件的开 关频率。碳化硅的饱和电子漂移速率是硅的两倍，有助于提高工作频率，将器件小型化。 3）高温是影响器件寿命的主要原因之一，热导率代表了材料的导热能力，碳化硅 的高热导率可以有效传导热量，降低器件温度，维持其正常工作。 4）临界击穿场强指材料发生电击穿的电场强度，一旦超过该数值，材料将失去绝 缘性能，进而决定了材料的耐压性能。碳化硅的临界击穿场强是硅的约 10 倍，能够耐 受更高的电压，更适用于高电压器件。

SiC 衬底位于产业链上游，根据电学性能不同可分为半绝缘型、导电型衬底。为满 足下游应用市场对于不同功能芯片的需求，需要制备不同电学性能的碳化硅衬底。根据 工信部文件，一类是具有高电阻率（电阻率≥105Ω·cm）的半绝缘型碳化硅衬底，该类衬 底采用氮化镓外延，制成射频器件，应用于信息通讯、无线电探测等领域；另一类是低 电阻率（电阻率区间为 15~30mΩ·cm）的导电型碳化硅衬底，该类衬底采用碳化硅外延， 制成功率器件，应用于新能源汽车、光伏&储能逆变器、新能源汽车充电桩等领域。

目前主流商用的碳化硅衬底制造方法为 PVT 法，工艺流程如下：1）原料合成：将 高纯硅粉和碳粉混合，得到符合纯度和颗粒度要求的碳化硅粉；2）晶体生长：采用 PVT 法制备碳化硅单晶并检测剔除晶型杂乱及结晶缺陷的晶体；3）晶锭加工：采用 X 射线 单晶定向仪定向并加工为标准尺寸和角度的晶棒；4）晶棒切割：按照客户需求切割成不 同厚度；5）切割片研磨：采用自有配方研磨液减薄切割片并进行面型和电学性能检测； 6）研磨片抛光：对研磨片进行机械抛光和化学抛光，并检测各指标参数确定等级；7） 抛光片清洗：通过化学试剂与去离子水进行清洗，并完成甩干封装。

SiC 价格较高限制应用放量，衬底是产业链的核心降本环节。碳化硅材料具有高熔 点、高硬度属性，制造所需的工艺难度远高于硅基材料，且由于碳化硅晶体生长速率慢、 产品良率低，碳化硅衬底的生产周期远大于传统硅基。根据芯八哥数据，碳化硅器件制 造成本结构中，衬底成本占比约 20%，未来，衬底逐步降本有望打开碳化硅市场天花板。

2.2. 半绝缘型衬底：基站、国防应用拉动需求，天岳稳居全球市场份额前三

需求端，半绝缘型 SiC 衬底用于制作 GaN 射频器件，主要面向通信基站以及雷达 应用的功率放大器。目前主流射频器件包括砷化镓、硅基 LDMOS、碳化硅基氮化镓等 不同类型，其中碳化硅基氮化镓射频器件有望凭借其良好的导热性能、高频率、高功率 等优势，提升市场份额，根据 Yole 预测，至 2025 年，功率在 3W 以上的射频器件市场 中，砷化镓器件市场份额基本维持不变的情况下，氮化镓射频器件有望替代大部分硅基 LDMOS 份额，占据射频器件市场约 50%的份额。

GaN 射频器件需求拉动半绝缘型 SiC 衬底销量增长。根据 Yole 数据，2022 年射频 GaN 器件全球市场规模 13 亿美元，预计到 2028 年将达到 27 亿美元，22-28 年 CAGR 约 12%，其中，至 2028 年，通信基站、国防军工领域市场份额分别约 50%、37%，从而 拉动半绝缘型碳化硅衬底需求，根据 Yole，预计至 2025 年其全球销量将达 44 万片。

供给端，天岳先进已稳居全球半绝缘型 SiC 衬底市占率前三。根据公司官方数据， 公司 19-22 年在半绝缘型 SiC 衬底领域连续四年全球市占率维持前三，市占率已由 2019 年的 18%增长至 2021 年的 27%，在 2021 年与Ⅱ-Ⅵ（27%）并列第二，仅次于 Wolfspeed （37%），稳居全球半绝缘 SiC 衬底市场的第一梯队。

2.3. 导电型衬底：产业链积极降本、打开市场天花板，国产厂商迎放量拐点

2.3.1. 行业趋势 1：产业链多环节积极降本，有望打开 SiC 市场天花板

根据 Yole 数据，受汽车电动化趋势主导拉动，全球 SiC 功率器件市场规模将由 2021 年的 11 亿美元增长至 2027 年的 63 亿美元，21-27 年 CAGR 约 34%。

碳化硅替代硅基器件旨在降低系统成本，新能源汽车领域已率先实现渗透。碳化硅 凭借高效率、高功率密度等优异特性，为应用系统“降本+增效”，以新能源汽车主驱为 例，根据 ST 测算，碳化硅逆变器效率比 IGBT 逆变器高 3.4%，为三电系统节省电池成 本的同时，可搭载体积更小、成本更低的冷却系统，从而降低系统成本，因此新能源汽 车主驱逆变器、车载 OBC、DC/DC 转换器已率先开启 SiC SBD、SiC MOS 的渗透。 目前，国内已有蔚来、小鹏等车企的多个车型搭载了碳化硅，比亚迪旗下汉、唐 PHEV 和唐 EV 车型也用碳化硅功率器件部分替代 IGBT。据 NE 时代统计，配套 SiC 的 新能源汽车品牌到 2023 年 1 月已经增加到 6 家，车型达 12 款，总量达 4.48 万辆，占整 体新能源乘用车市场的比重增至 15.4%。

光伏逆变器、充电桩等市场亦开启 SiC 渗透。1）光伏：根据 CASA 数据显示，2020 年 SiC 光伏逆变器占比约 10%，预计 2025 年 SiC 光伏逆变器占比将达到 50%，2048 年 达到 85%。目前从应用端来看，受成本影响，SiC 在光伏逆变器上应用有限，预期未来 器件成本下降后，SiC 光伏逆变器应用潜力将会大幅增加。2）充电桩：南方电网、巨湾 技研、FreeWire、Rhombus 等国内外多厂商均已发布碳化硅技术为核心的充电桩项目， 根据英飞凌，采用碳化硅充电模块的功率可以达到 60kW 以上，采用 IGBT 单管的设计 仅达到 15-30kW 水平，未来伴随直流充电桩功率提升，碳化硅渗透率有望快速提升。

SiC 降本进行中，与硅基器件价差逐步缩小。根据行家说数据，预计未来几年导电 型 SiC 衬底价格将以每年 5-10%的速度下行，至 23 年 4 英寸、6 英寸产品价格将分别降 至 380 美元、620 美元左右。2022 年，相比硅基 IGBT，650V\1200V SiC MOSFET 价格 分别高出约 3 倍、3.5 倍，伴随 SiC 产业链持续降本，同时考虑到 SiC MOSFET 器件具 备芯片尺寸小、功率密度高等优势，SiC 器件有望在多领域迎来渗透加速。

SiC 衬底环节，设备、材料国产化为核心降本驱动力。21H1，直接材料、设备折旧 占公司主营业务成本比例分别为 40%、30%，其中，原材料包括碳粉、硅粉等主料，以 及石墨件、石墨毡、抛光液、金刚石粉等辅料，设备包括长晶炉、切割研磨等设备。 材料、设备国产化为 SiC 衬底降本的核心驱动力，原材料方面，18-20 年公司原材料向外资供应商采购金额占主要原材料采购总额的比例大约在 65-75%区间，其中碳粉、 硅粉已基本实现国产化，单价逐年下降，而石墨件、石墨毡仍主要依赖进口，未来，伴 随国产材料供应商发力，碳化硅降本有望加速。设备方面，公司 2020 年扩产所用的核 心设备长晶炉已实现国产替代，单台成本大幅降低带动折旧增加额显著降低。

2.3.2. 行业趋势 2：产业链互联，各环节全球巨头积极合作、提前锁定产能

全球 SiC 产业发展火热，头部车企积极布局 SiC 器件生态。2023 年 5 月，三菱电 机与 Coherent（前 II-VI）达成合作，Coherent 将为三菱电机未来在新工厂生产的 SiC 功 率器件供应 8 英寸 n 型 4H SiC 衬底，以满足电动汽车领域不断增长的需求。此外，2023 年一季度英飞凌获现代汽车数亿欧元 SiC 器件订单后，与天岳先进及天科合达 2 家 SiC 衬底厂商签订了 SiC 衬底和晶锭的多年合作协议。下游电动汽车领域的繁荣发展推动了 SiC 技术性能的提升与衬底需求数量的上涨，上游化合物半导体公司的战略位置凸显， 比亚迪、小鹏、广汽埃安等车企积极布局 SiC 器件，开发自研平台或寻求对外合作。

全球大厂积极扩产，以满足高增长的下游需求。海外厂商在 SiC 赛道具备先发优势， 根据 Yole 及 Wolfspeed 数据，2021 年全球碳化硅衬底市场主要以美国 Wolfspeed、美国 Ⅱ-Ⅵ和日本 Rohm（收购德国 SICrystal）三家企业为主，占据全球约 90%的市场份额。 全球衬底龙头 Wolfspeed 在美国纽约州莫霍克、北卡罗来纳州和德国萨尔州建立相关产 线，得益于先进的自动化生产设备和长期投入积累，其 8 英寸碳化硅衬底产线良率已有 较大幅度提升。瑞萨电子、安森美等公司积极跟进，力求在新一轮竞争中占据先发优势。

2.3.3. 行业趋势 3：国产厂商崛起，技术追赶、产能扩建齐发力

技术方面，SiC 衬底环节尚存多条技术升级、迭代路径，国产厂商加码研发。目前 全球各大厂商量产的 SiC 衬底均以 PVT 法制造的 6 英寸产品为主，海外龙头研发历史 久远、技术积累丰富，在长晶速度、缺陷密度等方面领先，国产厂商正在加速追赶，公 司已进入全球第一梯队。

① 性能参数优化方面，降低位错缺陷、微管缺陷为关键技术方向

碳化硅器件制造在衬底外延生长的外延层上实现，碳化硅晶体关键技术指标包括位 错缺陷（TD）、微管缺陷（MP），会延伸至外延层、从而影响器件品质。降低衬底缺陷 是衬底厂商积累 know-how 的关键技术方向，一方面，SiC MOS 对晶体材料的品质要求 高于 SiC SBD，对晶体缺陷指标要求更高；另一方面，降低衬底晶体缺陷指标能够提升 器件制造良率、品质，从而降低器件制造成本。

② 衬底尺寸方面， 8 英寸衬底有待规模化量产

Wolfspeed 是全球首家推出 8 英寸 SiC 衬底的厂商，目前已实现量产，根据 Wolfspeed 数据，对于 32 平方毫米的芯片（Die），一张 8 英寸晶圆可提高约 90%的芯片产出，将 单位综合成本降低 50%，因此 8 英寸乃至更高英寸是未来关键技术方向。根据行家说三 代半数据，除 Wolfspeed 外，其他国际 SiC 大厂预计将于 2-3 年内量产 8 英寸 SiC 衬底， 同时 22 年以来，以天岳先进为代表的国产衬底厂商均已成功研发 8 英寸 SiC 衬底样片， 且天岳先进已于 23H1 实现小批量销售。

③ 长晶方式方面，液相法（LPE）技术有待进一步突破

物理气相传输法（PVT）为国际主流大规模应用的生产方法。目前碳化硅单晶的制 备方法主要有：物理气相传输法（PVT）、顶部籽晶溶液生长法（TSSG）、高温化学气相 沉积法（HT-CVD）。其中，PVT 法具有设备简单，操作容易控制，设备价格以及运行成 本低等优点，成为工业生产所采用的主要方法。 液相法（LPE）在长晶成本、品质方面具备优势，技术有待进一步突破。液相法（LPE） 可解决 PVT 法缺陷密度高、扩径困难、晶体生长过程不可监测等制约碳化硅发展的关 键问题，同时具备以下多方面优势，1）生长成本低：相较于 PVT 法长晶，LPE 法省去 了制备高纯碳化硅晶体粉末的需要，从原料上可节省部分成本，同时 LPE 法温度更低， 整个过程相对比较稳定，重复性和可靠性相对较好，良率有望得到提升，进而降低成本；2）缺陷密度低：受益于液体环境的生长过程，螺位错、刃位错可以转移，可通过横向传 导排出位错；3）适合 P 型晶体生长：受益于液相法温度较低，可以直接在溶液里做元 素掺杂，较易实现 P 型晶体的制备，P 型碳化硅衬底更加适配轨道交通、特高压输电等 高压场景。

产能方面，国产 SiC 衬底厂商产能快速扩张。根据各公司公告，国产碳化硅衬底厂 商现有产能约为 61 万片/年，预计至 2026 年总产能有望达到 600 万片/年-650 万片/年， 22-26 年产能 CAGR 超 70%，国产 SiC 衬底厂商积极扩产、把握碳化硅市场窗口期。

3. 公司“技术+产能+客户”均已卡位国际第一梯队

3.1. 技术：全面布局 8 英寸、高品质、液相法等前瞻技术方向

核心技术人员资历深厚，团队技术创新成果斐然。董事长、总经理兼公司核心技术 人员宗艳民技术过硬，带领团队先后攻克了原料提纯、碳化硅材料生长及缺陷控制、衬 底加工等系列难题，董事兼首席技术官高超、研发中心二级部负责人梁庆瑞分别具体负 责碳化硅单晶制备、衬底加工技术。 截至 23 年中报，公司研发人员 151 人，其中硕士、博士合计 52 人，占研发人员总 数约 34.44%，享受国务院特殊津贴专家两人。同时，公司已拥有授权专利 488 项（其中 发明专利 152 项，实用新型专利授权 324 项，境外发明专利授权 12 项），根据 Yole 旗 下的知识产权调查公司数据，公司在碳化硅衬底专利领域，位列国内第一，全球第五位。

持续加大大尺寸、导电型衬底等新产品研发，研发费用快速增长。公司持续加大大 尺寸及导电型衬底等新产品的研发，研发费用快速增长，2022 年研发费用达 1.3 亿元， 研发费用率由 2019 年的 7%提升至 2022 年的 31%。根据研发费用明细项/营收数据，20- 22 年公司材料费率快速增长，主要系公司为公司持续增加研发投入。

截至 2023 年中报，公司在研项目主要聚焦设备设计、热场设计、粉料合成、晶体 生长、衬底加工等 SiC 衬底制造核心技术，旨在持续提升衬底产品性能、降低生产成本。 其中，技术方向，包括项目 J（高纯碳化硅粉料工艺）、项目 M（研制复合衬底）等， 应用方向，包括项目 U（车规级 MOS 8 英寸衬底）、项目 G（大功率半导体激光器）等。

公司在扩径、提升良率、降低缺陷等多方面发力研发，SiC 衬底技术国内领先。

1）扩径：8 英寸产品已小批量销售，相较海外大厂代差持续缩短

公司目前已量产 6 英寸导电型、4&6 英寸半绝缘型 SiC 衬底，各尺寸衬底相较海外 大厂的量产时间差持续缩短。以导电型 SiC 衬底为例，6 英寸产品的量产时间差缩短至 4 年，8 英寸产品方面，尽管海外大厂早在 2016 年就已推出样品，但实现量产直至 2022年才开始，公司也已具备 8 英寸产品量产能力，已开展客户送样验证，并实现小批量销 售，有望完成大尺寸衬底的技术赶超。

2）提升良率：优化晶体生长效率及生长质量，提升长晶炉单炉产出

公司工艺、技术提升较快，晶体生长效率及生长质量持续提升，20 年末长晶炉台均 产能已是 18 年末 78 片/年的 1.4 倍。根据公司招股书，其 IPO 募投的上海临港新工厂扩 产项目，拟投入 800 台长晶炉，预计至达产时，导电型碳化硅衬底单炉有效产出将达 375 片/年，相较现有水平大幅提升。

3）降低缺陷：碳化硅材料缺陷控制技术优异，低缺陷 8 英寸液相法长晶技术领先

公司通过设计晶体成核工艺，控制籽晶界面处的均匀有序成核，实现了单一 4H 晶型和低微管密度的晶体生长；通过热场结构和晶体生长腔室结构的设计，实现了 高均匀性的晶体生长热场，有效降低了晶体生长内应力和位错等诱生缺陷，提高了 晶体结晶质量；自主研发了晶体生长界面移位控制技术和生长界面 C/Si 组分调控 技术，实现了晶体连续生长的质量稳定可控。 同时，公司于 23 年 6 月底更新最新技术进展，其已采用液相法制备出了低缺 陷的 8 英寸晶体，通过热场、溶液设计和工艺创新突破了碳化硅单晶高质量生长界 面控制和缺陷控制难题，尚属业内首创。

3.2. 产能：临港 96 万片年产能将迎爬坡，规模效应逐步体现

公司目前已形成山东济南、上海临港、山东济宁碳化硅半导体材料生产基地： 1） 济南工厂：为满足重大战略需要，公司优先将产能用于生产半绝缘型衬底，而 伴随 21 年以来，导电型 SiC 衬底需求快速增长，公司战略性的将济南工厂部分 产能转向导电型衬底，22 全年碳化硅衬底产量达 7.1 万片。截至 23 年中报，济 南工厂已转型为以导电型产品为主。 2） 上海临港工厂：临港工厂原规划于 22 年试生产、26 年达产年产能 30 万片，现 已于 23 年 5 月举行产品交付仪式，预计将早于原规划的 26 年实现第一阶段年 产 30 万片的产能目标，并将年产能规划调整、扩大至 96 万片。未来，伴随临 港工厂产能爬坡，公司有望快速提升导电型衬底产销量。

3.3. 客户：加速出海至英飞凌、博世等国际大厂，已签长单 22 亿元

导电型 SiC 衬底量产后，公司客户集中度持续下降。21 年及之前，公司主要向以 客户 A、客户 B 为主的无线电探测、信息通信行业厂商供应半绝缘型 SiC 衬底，22 年 公司实现将部分产能转移至导电型衬底后，陆续与国家电网、客户 A、客户 B、客户 E、 客户 F等建立合作关系，并与英飞凌、博世集团等海外大厂签订长期合作协议，至23H1， 公司前五大客户营收占比已下降至 52%。

半绝缘型衬底方面，配合国家战略需求，向无线电探测、信息通信行业头部厂商供 货，与客户 A 于 2010 年开始建立合作关系，研发用于无线电探测领域的产品，2018 年 开始向客户 A 批量供货，于 2019 年通过客户 B 供应商体系认证、开始批量供货，并于 2021 年与客户 A、客户 B 分别签订数额上万片的采购框架协议，合作关系稳定密切。

导电型衬底方面，公司已凭借产品的优异性能，获得全球范围内的优质客户群。

1） 海外大厂客户：公司已与英飞凌、博世达成合作。英飞凌方面，23Q3（英飞凌 会计年度）天岳、天科 SiC 衬底供货份额已达 20%左右，预计将在未来几个季 度份额翻倍，以满足英飞凌对中国客户的供货需求，同时，公司也将助力英飞 凌向 8 英寸碳化硅晶圆过渡。博世集团方面，公司已与其签署战略合作长期协议，以锁定芯片制造关键材料碳化硅衬底的需求。 英飞凌是全球功率器件龙头，目标至 2027 年使碳化硅产值达 30 亿欧元，至本 十年末达到 70 亿欧元（汽车和工业各占一半），以支撑 30%的市场份额目标。

2） 国内客户：客户群广泛。已与国家电网、客户 A、客户 B、客户 E、客户 F 等 建立合作关系。同时，上汽、广汽、小鹏等国产品牌车企参与公司 IPO 战配， 可见国产品牌车企对公司产品性能及长期业绩的认可，且公司已通过车规级 IATF16949 体系认证，能够为供货车规产品提供保障。

3） 已签长单/采购协议：已签长单 22 亿元。2022 年 7 月，公司与客户 E 签订了 23- 25 年预计含税合计金额 13.93 亿元的长期供货协议；2023 年 8 月，公司与客户 F 签订了 24-26 年预计含税合计金额 8.05 亿元的框架采购协议。

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