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碳化硅:第三代半导体核心材料,国产替代空间广阔
来源:乐晴智库 2023-02-14 259
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    近年来国家频繁出台政策助力第三代半导体行业发展,国内产业链逐步成熟。面向“十四五”,国家重点研发计划启动实施2021 年“新型显示与战略性电子材料”重点专项,第三代半导体是其重要内容。

    作为第三代半导体材料的典型代表,碳化硅(SiC)材料被认为是功率半导体行业主要进步发展方向,用于制作功率器件,可显著提高电能利用率。

    与硅基半导体材料相比,以碳化硅为代表的第三代半导体材料具有高击穿电场、高饱和电子漂移速度、高热导率、高抗辐射能力等特点。

    新能源汽车是碳化硅功率器件的主要应用场景,碳化硅功率器件可使新能源汽车的系统效率更高、重量更轻及结构更加紧密,有助于节省成本以及续航里程的提升。

    随着碳化硅器件制造成本的日渐降低、工艺技术的逐步成熟,碳化硅功率器件行业将迎来爆发式增长。

    预计碳化硅将受益于新能源汽车快速增长2021年前平缓增长,2022年迎来增长拐点、2024年开启加速增长、2026年开始全面使用。#碳化硅#

    资料来源:天风证券

    据机构测算,2021年到2025年全球碳化硅衬底总市场规模将从19亿元增长至143亿元,需求量将从30万片增长至420万片。

    特斯拉率先在Model 3中集成全碳化硅模块,随后国外车企如丰田、本田、福特、大众等,国内如比亚迪、蔚来等陆续宣布将采用碳化硅方案。

    搭载碳化硅的新能源车型列表:

    资料来源:浙商证券

    碳化硅产业中衬底是技术壁垒最高的环节,是渗透率提升爆发的核心赛道。

    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。

    衬底和外延目前在碳化硅产业中价值比约60%。

    从市场格局来看,碳化硅市场主要被海外企业占据。市场主要由美国Wolfspeed公司、日本的罗姆和美国的II-VI占据,国内企业产品主要集中在二极管等领域。

    受益于中国5G通讯、新能源等新兴产业的技术水平、产业化规模的世界领先地位,国内碳化硅器件巨大的应用市场空间驱动上游半导体行业快速发展。

    在此背景下,我国第三代半导体企业数量从2018年不足100家增长到2020年的170家,产业化规模不断提高。国内碳化硅厂商有望迎头赶上。

    碳化硅代表企业全景图:

    资料来源:CASA,浙商证券

    基于国防军工及新能源行业的高景气度,考虑到碳中和催动能源转型降低能耗,碳化硅行业有望迎来高速发展期。

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