摘要：

1.碳化硅性能较优，作为功率半导体适用于消费电子、新能源车、轨道交通、电网等领域，能对整个电力系统带来革命性变革；

2.市场规模增长较快，新能源车对市场增长影响较大，在高压电力领域有独占优势，也是未来新增的市场空间；

3.材料未来有较多发展补足之处，如衬底大小、外延工艺、缺陷程度；设备国内目前国产化率低，尤其是外延设备和检测设备，长晶设备已有一定突破，需要在晶锭厚度上进行改良

一、碳化硅基本介绍

1.碳化硅应用：作为功率半导体器件，应用于消费电子、新能源汽车、轨道交通、电网

 

2.第三代半导体优势：宽禁带、击穿场强、更强的耐压性、更快的开关速率、更好的导电性（氮化镓有高迁移率，适用于5G领域）

 

3.碳化硅的系统应用会带来革命性变革：

可以提升整个系统的转化效率，简化并联串联结构；

降低能量损耗；

提升功率密度，帮助解决新能源汽车小型化、轻量化问题；可以做到高电压，单个功率器件理论上可以达到7万伏，目前已研发出3万伏。

 

4.碳化硅领域划分：

低压（600V以下）：以氮化镓为主，主要应用在消费电子，一般用蓝宝石及硅基衬底，有一定性能优势，价格战竞争领域：UPS（碳化硅和硅）、快充（硅/蓝宝石技术路线）  

中压（600伏~3300V）：以碳化硅为主，应用主要为新能源汽车；

高压：3300伏以上应用主要为轨道交通；

超高压：应用于配电网，碳化硅独特的应用领域，无其它材料可用，对成本几乎不太关注

  

二、碳化硅市场及应用介绍

1.碳化硅电子器件市场规模：

2019年在6亿美金左右，2023年达到10亿美金以上，2025年达到20亿美金左右。

新能源汽车是拉动市场需求的最大动力。

国内应用最好的是byd，其他厂商也在做应用级的开发。

 

2.碳化硅在新能源汽车上的应用表现：

电力系统小型化，提高功率密度，如特斯拉采用碳化硅，把电力系统体积缩（约40%左右）、减少重量（6-7公斤左右）、提升续航能力（提升10%左右）

十四五将带动新能源汽车发展，从而引领碳化硅的应用有一定突破，预期比较乐观

 

3.碳化硅在特高压领域（电力系统）的表现：

国内可以做到这种±1000千伏水平，电流达到3000安培-5000安培

纯粹使用硅要求很多并联串联，可靠性不如碳化硅

碳化硅器件可以实现1万伏以上甚至2万伏以上的这种器件，并且是可以实现大的电流

 

三、碳化硅材料及设备的发展 

 1.碳化硅材料及设备简介：

与硅相似：单晶、衬底加工、外延、模块、系统

与硅不同：（1）每个阶段工艺方法不同（硅为直拉法、区熔法；碳化硅为PVT物理气相输运法）；（2）生长温度不同（硅1000多度，碳化硅2000度）；（3）外延温度不一样（硅1000度，碳化硅1500-1600度）；（3）碳化硅需要控制的参数更多、技术难度更高；（4）器件加工不同（碳化硅需要高温氧化、和高温离子注入等）

晶圆面积：目前以4寸为主，明年4寸与6寸持平，后年以6寸为主，国内较为成熟的厂商为天科合达与山东天岳；国内新建的厂都以6寸为主，8寸正在研发，十四五期间预期能建设出8英寸生产线，国外已经研发成功但还未量产（8寸能有效降低应用成本），未来需要降成本，目前国内PVT生产厚度受到限制（国外做到4公分，国内2公分）

设备方面，设计相对简单，国内普遍自己设计然后再找代工，核心工艺为热场。

2.国内各产业链情况：

衬底：近几年国内出现了许多新进入厂商，目前市场主要供应商为美国的科瑞和罗姆，国内主要供应商为山东天岳和天科合达，目前产能在扩建，但关键问题在于能否做出高质量产品推广至市场。

外延：国内几家军工所在做，一般借助国外的设备，如LPE、Aixtron、Tel等，因此和国外差距不大，国外昭和电工主要做外延，做得比较好，国内东莞天域做得比较好。

外延设备：目前国内没有成熟的外研设备厂商，工艺难度较大，有几家厂商正在客户验证阶段。设备发展趋势为单片机向多片机发展，提升生产速率，降低单片成本。厚度方面1200V~1700V厚度需要控制在10-15微米，高压领域厚度达到100微米，材料厚度、均匀性的控制随着电压不同而不同。

5年前与现在对比生产速率已提高许多，国内技术发展非常快

 

3.SIC目前存在的缺陷：SiC和Si不同，表面存在微管，对器件的性能影响较大，对于一般的二极管等对材料表面缺陷要求较低，如果要做MOS管，则对缺陷要求较高，国内一直不能做出MOS管也是因为缺陷较大，合格率低，相比二极管95%的合格率，MOS合格率只有60%。

4.因此目前国内材料的发展情况总结：

产能：还需跟上，目前也正在积极扩产

外延：国内中压及低压外延水平，在厚度、均匀性、掺杂浓度包括缺陷性方面，都控制得较好，缺陷可以控制到0.2左右，主要指标都可以控制在1%左右，掺杂浓度可以控制到4%左右，因此国内低压领域可以满足二极管、IGBT等要求。在高压领域需要攻关的是材料，因为对材料要求较高，外延的厚度均匀性以及掺杂浓度要求较高。目前在研究阶段，外延方面需要40小时1400度高温氧化，但不适用于产业化生产，还需研发产业化技术。

检测：检测设备主要在国外，国内有研究院在做，单晶炉一台设备不到100万，一台检测设备在600~700万，也是国内较为稀缺的设备。

衬底：技术还需优化，晶锭需要更厚，国内只有2毫米，单片切出20片不到，国外能做到4毫米，切出40片；8英寸需要国产化，

设备方面：外延领域国产化设备也在开发，辅助材料，如石墨、碳化板等，也是国内的技术瓶颈。

Q&A

1、长晶设备等与国外差距在哪些环节？

长晶设备和国外差距不大，主要体现在工艺，如热场的设计、石墨图层、碳化板等国内是做不了的，5年前国内就有设备的设计能力，但是不能做到产业化，以前国内设备没有用户验证，因此技术也没有太多改良，未来随着国内衬底、外延生产厂商越来越多，用户情况会得到改进。

2、国内需求及供应水平，会不会供大于求？

6寸需求量在15万片左右，明年在20万片左右，十四五期间会达到50万片，4寸需求量在逐步降低；新能源汽车如特斯拉单车需要半片6寸衬底，未来市场很大；目前从建厂到扩产至少要3年左右，产能不会太快释放。

3、国内外龙头厂商之间的差距？

国外科锐、Ⅱ-Ⅵ、昭和（外延）、韩国SK，国内衬底市场天科合达、山东天岳、中电二所（烁科），差距在技术水平（2~3年），主要体现在1）成本，国外晶锭可以切40多片，4毫米左右，国内只有2毫米，切20片左右；2）缺陷，国内缺陷方面还需要控制；3）技术，国外8寸已开始建产线，国内才开始研发。值得注意的是外延方面差距较小。

设备方面国内有比较强的厂商，天科合达等都是设计完交给这些厂商代工，国外领先的原因主要是时间较长，工艺迭代次数较多。