碳化硅复合材料首次纳入“十四五规划”，万亿产业大赛道爆发在即-韭研公社

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碳化硅复合材料首次纳入“十四五规划”，万亿产业大赛道爆发在即

价值研究型韭菜

2021-08-26 23:47:21

事件：

8月24日消息，工信部答复政协十三届全国委员会第四次会议第1095号提案称，下一步，将以重大关键技术突破和创新应用需求为主攻方向，进一步强化产业政策引导，将碳基材料纳入“十四五”原材料工业相关发展规划，并将碳化硅复合材料、碳基复合材料等纳入“十四五”产业科技创新相关发展规划，以全面突破关键核心技术，攻克“卡脖子”品种，提高碳基新材料等产品质量，推进产业基础高级化、产业链现代化。

碳化硅复合材料：

大到航空航天装备，小到芯片等半导体用品，正在各个“物件”中大显身手;制备出高密度高纯半导体阵列碳纳米管材料，并在此基础上实现性能超越同等栅长硅基CMOS技术的晶体管和电路，展现出碳管电子学的优势，现阶段，碳基新材料犹如一颗冉冉升起的新星。

碳基芯片将被定义为下一代主流

芯片先进制程工艺正逐渐接近物理极限，想要进一步提升芯片性能，从材料突围是重要途径之一。IMEC(欧洲微电子研究中心)近日在公开会议上提出了四种延续摩尔定律、打破2纳米硅基芯片物理极限的方法。经过讨论，专家组最终达成一致意见，碳基芯片将被定义为下一个芯片时代的主流。

碳基材料在碳基纳米材料基础上发展，以碳纳米管(CNT)、石墨烯为代表。ITRS研究报告曾明确指出，未来半导体行业的研究重点应聚焦于碳基电子学。制备出高密度高纯半导体阵列碳纳米管材料，并在此基础上实现性能超越同等栅长硅基CMOS技术的晶体管和电路，展现出碳管电子学的优势，碳基半导体被认为是后摩尔时代的颠覆性技术之一，碳基材料领域正蕴藏着全新机遇。

实现“碳中和”的大背景下，碳化硅是其中绕不开的上游核心材料，不管是光伏领域还是风力发电，还是新能源汽车，还是特高压，都离不开这个第三代半导体核心材料。

碳化硅市场

碳化硅被称为第三代半导体核心材料，碳化硅材料主要以在导电型碳化硅衬底上外延生长碳化硅外延层，应用在各类功率器件上，近年来随着技术工艺的成熟、制备成本的下降，在新能源领域的应用持续渗透。碳化硅材料将是未来新能源、5G通信领域中碳化硅、氮化镓器件的重要基础。

2019年中国碳化硅、氮化镓电力电子器件应用市场中，消费电源是第一大应用，占比28%，工业及商业电源次之，占比26%，新能源汽车排第三，占比11%。未来随着碳化硅产品的成本下降，将会有更多应用场景，预测2027年碳化硅器件的市场规模将从2020年的6亿美元增长至100亿美元。

碳化硅优势

碳化硅材料拥有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子迁移率以及抗辐射等特性，碳化硅衬底的芯片更适合在高频、高温、高压、高功率以及耐辐射的环境中工作。在功率等级相同的条件下，采用碳化硅器件可将电驱、电控等体积缩小化，满足功率密度更高、设计更紧凑的需求，同时也能使电动车续航里程更长。随着碳化硅技术的逐渐成熟，智能汽车在智能化、电气化趋势下的持续演进，下游传统汽车升级带来庞大的功率半导体需求，碳化硅功率器件替代空间广阔。

碳化硅绝缘击穿场强是硅的10倍，带隙、导热系数约为硅的3倍，同时能够在高温、高压等工作环境下工作，同时能源转换效率更高，所以被认为是一种超越硅极限的功率器件材料，在新能源领域中具有相比硅器件更好的表现。我们认为，未来碳化硅材料将在对能源转换效率、高温高压环境下工作可靠性好、体积重量要求高的电力电子领域大放异彩，主要因为：击穿电场高→耐高压、导通电阻低→小型化、可靠性强。采用碳化硅可以得到单位面积导通电阻非常低的高耐压器件。这能减少电能的损耗，有助于降低设备发热，简化散热设计，特别是在瞬时大电流情况下，设备温度积累减少，再加上耐温性增加与材料本身更强的导热率，也让设备散热更容易，车辆也就能爆发出更大的功率。

碳化硅前景

根据半导体时代产业数据中心，预测碳化硅晶片在半导体领域的出货量将从2020年的13万片仅占全球8.67%增长到2025年出货量80万片，2020-2025年复合增长率达到43.8%远高于全球27.2%的复合增长率，中国出货量占有率上升至16%。

一方面，全球碳化硅衬底、器件厂商对碳化硅市场预期积极，步调接近，显示供应商方面对前景充分看好。如Cree预计碳化硅衬底、碳化硅功率器件2024年市场规模分别可达11亿、50亿美元，

2018-2024

年复合增速达

44.47%

、

51.11%

；而

II-VI

更是预计

2030

年碳化硅市场规模将超

300 亿美元，

2020~2030

年复合增速高达

50.60%

。此外，

Rohm

、

ST

半导体、英飞凌等厂商亦对碳化硅市场未来增长持有强烈的信心

，凸显行业上行趋势的强劲。

另一方面，2020年全球新能源车销售量在新冠疫情影响出行的情况下实现了大幅增长，显示碳化硅下游市场需求或将迎来爆发期。据英飞凌，2020年全球新能源车销量达324万辆，同比增长43%，其中我国新能源车销量高达133.48万辆，稳居全球第一，占全球新能源车销量比重达41.2%。未来新能源车销量有望持续增加，带来对功率半导体的需求量大幅扩张，而碳化硅功率器件具备耐高温、耐高压、损耗低、体积小、重量轻等多种优势，未来或将持续替代硅功率器件，届时无论碳化硅器件还是衬底都将迎来持续的需求增长期。