碳化硅行业分析报告( 79 页)

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目录

1 碳化硅：第三代半导体突破性材料 ....... 3

1.1 优质的新型半导体衬底材料 ..... 3

1.2 碳化硅功率器件性能优异 ..... 7

1.3 星辰大海，蓝海市场空间广阔 ....... 10

1.4 碳化硅产业链价值集中于上游衬底和外延 ...... 12

2 SiC 引领行业变革，新需求快速涌现 ...... 15

2.1 新能源汽车占据碳化硅最大下游应用市场 ...... 15

2.2 汽车高压平台升级，800V 时代SiC 成为刚需 ....... 23

2.3 半绝缘型碳化硅衬底广泛应用于射频器件领域 ..... 26

3 国际巨头垄断行业，各环节产能紧缺持续 ...... 29

3.1 全球衬底产能紧缺，SiC 与IGBT 双雄并驱 .... 29

3.2 国际巨头垄断SiC 行业，国产厂商逐步破局 ...... 32

4 新需求带来新机遇，技术进步推动新未来 ...... 35

4.1 技术革新带来产能提升，衬底仍存降本空间 ...... 35

4.2 器件制造技术尚需积累，国内厂商加速追赶 ...... 39

4.3 SiC 功率模块放量在即，AMB 基板迎来机遇 ..... 41

5 投资建议 ...... 43

插图目录

图1： 碳化硅耐压特性优异 ....... 3

图2： 碳化硅MOSFET 器件体积更小 .... 4

图3： 碳化硅MOSFET 器件节能性更好 .... 4

图4： 碳化硅器件与硅基器件频率特性....... 5

图5： 碳化硅外延生长及下游应用 ....... 6

图6： 碳化硅衬底层和外延层结构 ....... 6

图7： 碳化硅外延片缺陷与衬底片缺陷的关联性 ...... 6

图8： 碳化硅功率器件分类 ....... 7

图9： 碳化硅MOSFET 平面结构（左）与沟槽结构（右） ....... 9

图10： 罗姆沟槽型与平面型SiC MOSFET 对比 .... 10

图11： 罗姆第二代和第一代沟槽型SiC MOSFET 对比 .... 10

图12： Wolfspeed 公司第三代半导体发展历史 .... 10

图13： 碳化硅器件市场规模及预测（亿美元） ...... 11

图14： 碳化硅器件市占率不断提升 ...... 11

图15： 2018-2020 年国内碳化硅签署投资项目总额（亿元） ....... 12

图16： 2020 年政府参与项目的占比（亿元） ....... 12

图17： 碳化硅产业链 ....... 12

图18： 碳化硅器件成本分布 ....... 13

图19： 硅基器件的成本结构 ....... 13

图20： CREE 公司碳化硅衬底尺寸演进 ....... 13

图21： 碳化硅衬底尺寸升级后边缘损耗更低 ...... 14

图22： 两种类型的碳化硅材料下游用途 ...... 15

图23： 碳化硅功率器件应用领域 ....... 16

图24： 碳化硅光伏逆变器 ....... 16

图25： 蔚来汽车SiC 电驱 ....... 16

图26： 碳化硅功率器件市场规模（百万美元） ...... 17

图27： 碳化硅器件在新能源汽车上的应用 ...... 18

图28： 2026 年汽车中SiC 器件价值量占比 ....... 18

图29： 碳化硅MOSFET 在汽车主逆变器中的拓扑图 ....... 18

图30： 车载充电机（OBC）在电动汽车中的作用 ..... 19

图31： 碳化硅MOSFET 在汽车DC-DC 转换器中的拓扑 .... 20

图32： 全球新能源车销量预测（万辆） ...... 21

图33： 部分已采用碳化硅器件的车型 ...... 21

图34： 光伏逆变器中碳化硅功率器件占比预测 ...... 22

图35： 轨道交通中碳化硅功率器件占比预测 ...... 23

图36： 400KM 续航所需充电时间（min） .... 24

图37： Si-IGBT 与SiC-MOSFET 整车损耗测试 ..... 24

图38： 400V 电子电气架构 .... 24

图39： 800V 电子电气架构 .... 24

图40： 直流快速充电桩示意图 ....... 26

图41： 不同类型射频器件市场份额预测（功率在3W 以上） .... 27

图42： 不同材料微波射频器件的应用范围对比 ...... 27

图43： 5G 基站发展趋势 ..... 27

图44： 碳化硅基氮化镓器件市场规模变化（百万美元） ..... 28

图45： 特斯拉Model 3 逆变器拆解图 .... 29

图46： 特斯拉Model 3 逆变器小模块 .... 29

图47： 单片6 英寸衬底可供应主驱逆变器数量 ..... 30

图48： 22KW 双向OBC 中SiC MOSFET 拓扑图 ..... 31

图49： 天科合达建设周期 ....... 32

图50： 2020 年导电型衬底市占率 .... 32

图51： Wolfspeed 营收（百万美元）及增速 .... 32

图52： 2020 年全球半绝缘型衬底市占率 .... 33

图53： 2021 年全球SiC 功率器件市场格局 ....... 33

图54： 碳化硅材料制造过程 ....... 35

图55： 两种SiC 衬底的主要制造方法 ...... 36

图56： 4H-SiC 晶型生成条件苛刻 .... 36

图57： 气体法合成SiC 时附带反应较多 ...... 37

图58： 6 英寸PVT 长晶炉理论温场仿真 ..... 37

图59： 溶液法生长SiC 晶体长晶示意图 ...... 37

图60： 激光切片技术KABRA 的优势 ....... 38

图61： SILTECTRA 碳化硅衬底分裂工艺 ..... 38

图62： 高温离子注入机 ....... 40

图63： 高温退火炉 .... 40

图64： 标准功率模块剖面结构图 ....... 41

图65： DBC/AMB 应用场景比较 ..... 41

图66： 国内外AMB 基板供应商 ....... 42

图67： 国内碳化硅生态圈 ....... 43

图68： 三安光电营收及增速（亿元） ...... 46

图69： 三安光电业务情况 ....... 46

图70： 三安光电SiC 业务历程 ....... 46

图71： 湖南三安碳化硅全链整合超级工厂 ...... 47

图72： 天岳先进产品分类 ....... 48

图73： 天岳先进营收及增速（亿元，%） ...... 48

图74： 天岳先进归母净利润及增速（亿元，%） ...... 48

图75： 天岳先进碳化硅半导体材料项目建设进度表 ..... 49

图76： 天岳先进SiC 衬底开发历程 ...... 49

图77： 天科合达营收及增速（亿元，%） ...... 51

图78： 天科合达归母净利润及增速（亿元，%） ...... 51

图79： 天科合达SiC 衬底研发历史 ...... 51

图80： 天科合达碳化硅产能&产量（片） ...... 52

图81： 天科合达长晶炉产能产量（台） ...... 52

图82： 时代电气产品种类 ....... 53

图83： 时代电气2018-2021H1 营收和归母净利润及增速（亿元，%） .... 54

图84： 时代电气2018-2021 年营收构成及新兴装备业务占比情况（亿元，%） ..... 54

图85： 斯达半导产品应用领域 ....... 56

图86： 斯达半导营收及增速（亿元，%） ...... 56

图87： 斯达半导归母净利润及增速（亿元，%） ...... 56

图88： 新洁能产品应用领域 ....... 58

图89： 新洁能营收及增速（亿元，%）....... 58

图90： 新洁能归母净利润及增速（亿元，%） ...... 58

图91： 中瓷电子工业激光器用电子陶瓷产品 ...... 60

图92： 中瓷电子营收及增速（亿元，%） ...... 60

图93： 中瓷电子归母净利润及增速（亿元，%） ...... 60

图94： 国联万众主要产品 ....... 61

图95： 长飞光纤解决方案 ....... 63

图96： 长飞光纤营收及增速（亿元，%） ...... 63

图97： 长飞光纤归母净利润及增速（亿元，%） ...... 63

图98： 长飞先进业务应用领域 ....... 64

图99： 晶盛机电业务布局 ....... 65

图100： 晶盛机电营收及增速（亿元，%） .... 66

图101： 晶盛机电归母净利润及增速（亿元，%） ....... 66

图102： 晶盛机电成功研发8 英寸SiC 晶体 ....... 66

图103： 北方华创营收及增速（亿元，%） .... 67

图104： 北方华创归母净利润及增速（亿元，%） ....... 67

图105： 北方华创在化合物半导体设备方面的布局 ....... 67

图106： 博敏电子业务布局 ..... 68

图107： 博敏电子营收及增速（亿元，%） .... 68

图108： 博敏电子归母净利润及增速（亿元，%） ....... 68

图109： 博敏电子AMB 项目发展历程 ..... 69

图110： 露笑科技营收及增速（亿元，%） .... 71

图111： 露笑科技归母净利润及增速（亿元，%） ....... 71

图112： 露笑科技的碳化硅布局历程 .... 72

图113： 东尼电子营收及增速（亿元，%） .... 72

图114： 东尼电子归母净利润及增速（亿元，%） ....... 72

图115： 民德电子功率半导体产业链布局情况 ....... 73

图116： 民德电子营收及增速（亿元，%） .... 74

图117： 民德电子归母净利润及增速（亿元，%） ....... 74

表格目录

表1： 三代半导体材料特性对比 ....... 3

表2： 半绝缘型和导电型碳化硅衬底的对比 ...... 5

表3： 外延片缺陷对最终器件的影响 ....... 7

表4： 碳化硅二极管分类.... 8

表5： 沟槽结构SiC MOSFET ....... 9

表6： 各个国家和地区三代半导体发展计划 .... 11

表7： 各企业在衬底尺寸方面的研发进度 .... 14

表8： 22KW 双向OBC 中SiC 器件与Si 器件对比.... 19

表9： 在主驱逆变器中采用SiC 器件的车企 .... 21

表10： 部分已采用或预计采用800V 平台的车企 ...... 25

表11： 新能源汽车主驱逆变器SiC 市场空间测算 ..... 30

表12： 新能源汽车车载充电机SiC 市场空间测算 ..... 31

表13： 2021 年全球SiC 器件厂商排名 .... 34

表14： SiC 晶圆制造在原来Si 基础上需求特定设备（部分） .... 39

表15： 国内SiC 器件制造企业 ....... 40

表16： 各类陶瓷基板预测市场规模（亿美元） ...... 42

表17： 国内SiC 衬底项目及产品规划 ...... 44

表18： 碳化硅行业重点关注个股 ....... 45

表19： 三安光电盈利预测与财务指标 ...... 47

表20： 天岳募资情况（万元） ....... 49

表21： 天岳先进盈利预测与财务指标 ...... 50

表22： 天科合达募资情况（万元） ...... 52

表23： 时代电气SiC 领域产品情况介绍 ...... 54

表24： 时代电气盈利预测与财务指标 ...... 55

表25： 斯达半导非公开发行A 股募集资金投资项目情况（万元） ....... 57

表26： 斯达半导盈利预测与财务指标 ...... 57

表27： 新洁能非公开发行A 股募集资金投资项目情况 .... 59

表28： 新洁能盈利预测与财务指标 ...... 59

表29： 中瓷电子盈利预测与财务指标 ...... 62

表30： 博敏电子分业务收入预测（百万元） ...... 70

表31： 博敏电子盈利预测与财务指标 ...... 70

表32： 东尼电子拟募资情况（万元） ...... 72

表33： 截至2022 上半年民德电子募资及使用情况（万元） ..... 74

表 34： 博敏电子财务报表数据预测汇总 ...... 76