碳化硅项目遍地开花 2022年或成关键转折点 一图看懂产业链分布

据媒体报道，近日，投资160亿元的长沙三安第三代半导体项目，首批施工单体已全面进入主体施工阶段，第二批施工单体将于9月底完成基础施工，春节前完成所有单体封顶。

根据此前报道，该项目于7月20日正式开工，作为长沙17个制造业标志性重点项目之一，主要建设具有自主知识产权的衬底（碳化硅）、外延、芯片及封装产业生产基地，项目建成达产后将形成超百亿元的产业规模，并带动上下游配套产业产值预计逾千亿元。

资料显示，第三代半导体是指禁带宽度在2.3eV及以上的半导体材料，目前比较成熟的有碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等。

其中，碳化硅相较于传统半导体硅材料，在耐高压、耐高温、高频等方面具备碾压优势，是材料端革命性的突破。随着碳化硅在特斯拉Model 3等高端车市场成功运用，未来汽车领域被认为将是其成长主要动力。

而根据方正证券分析师陈杭9月4日报告整理，碳化硅还可被应用于数据中心、智能电网、高铁动车、充电桩、5G、光伏、风力发电等多个领域，可谓“万物皆可碳化硅”。其中在5G领域，碳化硅还被认为是5G通信晶片中最理想的衬底。据Yole预测，2017年至2023年，碳化硅的复合年增长率将达到31%，到2023年，其市场规模约为15亿美元。

国内公司大手笔布局 项目遍地开花

据《科创板日报》不完全统计发现，仅是今年以来，就有十多个碳化硅项目在全国各地开工或取得积极进展，可谓遍地开花：

除了上述在长沙开工的三安光电项目外，安徽合肥有露笑科技投资的100亿元碳化硅等第三代半导体的研发及产业化项目，包括碳化硅晶体生长、衬底制作、外延生长等的研发生产；

浙江绍兴有同为露笑科技投资的7亿元碳化硅衬底片项目；

浙江宁波有华大半导体投资10.5亿元的宽禁带项目，计划年产8万片4-6吋碳化硅衬底及外延片、碳化硅基氮化镓外延片；

江苏徐州总投资3亿元的碳化硅功率半导体项目投产后年产碳化硅模块约70万只，产值约7亿元人民币；

山东青岛有中科钢研旗下的集成电路产业园，或于9月竣工投产，有望打破碳化硅晶体衬底片依赖进口；

上海则有ROHM-臻驱科技联合成立的实验室，致力于开发、测试及推广以碳化硅为基础材料的功率半导体技术；

山西则有中国电科旗下的国内最大碳化硅材料供应基地，一期项目可形成7.5万片的碳化硅晶片产能，已实现4英寸晶片量产，合格率达65%。

2022年成关键转折点 成本下降后或率先实现国产替代

从竞争格局来看，目前，美、欧、日厂商在全球碳化硅产业中较为领先，其中美国厂商占据主导地位。方正证券陈杭9月4日报告指出，除上述应用领域外，碳化硅在材料和器件在军工国防领域的重要作用愈发越来越突出，碳化硅外延设备在推动产业链国产化进程中，意义尤为重大。

需要注意的是，先发优势是半导体行业的特点，而相较于第一代、第二代半导体，国产厂商对碳化硅研究起步时间与国外厂商相差不多，因此国产厂商有希望追上国外厂商，完成国产替代。

目前，国内碳化硅产业内主要集中于4寸、6寸碳化硅衬底生产，8寸衬底已有样品出货。根据陈杭上述报告整理，与传统半导体类似，碳化硅产业链同样分为设备、衬底、外延、设计、制造、封测、应用7个部分，国内相关公司在产业链各段布局如下图所示：

虽然在制程上，碳化硅大部分设备与传统硅生产线相同，但陈杭强调，由于碳化硅具有硬度高等特性，需要一些特殊的生产设备，如高温离子注入机、碳膜溅射仪、量产型高温退火炉等，其中是否具备高温离子注入机是衡量碳化硅生产线的一个重要标准。

技术以外，部分机构认为，目前制约碳化硅功率器件大规模应用的核心原因依然是成本，主要源于低效的晶体生长过程。

据介绍，碳化硅器件价值链可分为衬底——外延——晶圆——器件，其中衬底所占的成本最高为50%，，主要原因单晶生长缓慢且品质不够稳定，这也使得碳化硅价格高，没有得到广泛的推广。但随着技术不断进步，产量逐渐攀升，未来碳化硅衬底以及外延片价格都将下降。

海通证券分析师王猛3月15日报告预测，2022年有望成为碳化硅价格下降的关键转折点，因为主流豪华汽车品牌开始量产采用碳化硅方案的车型，这将大幅提升Cree等衬底厂商8英寸线的产能利用率，到2025年碳化硅器件价格有望下降到当前水平的1/4-1/3，结合电池成本的节省，碳化硅的经济性和性能优势将充分显现。

在应用方面，陈杭认为，汽车电动化将形成碳化硅最大的下游市场。考虑到未来电动车需要更长的行驶里程，更短的充电时间和更高的电池容量，碳化硅MOSFET元件将是大势所趋，时间节点大约在2021年左右。碳化硅有望提高3%-5%的碳化硅逆变器效率，从而降低电池成本。