SiC行业深度报告：SiC东风已来

（报告出品：东吴证券）

SiC行业概况：第三代半导体材料性能优越，新能源车等场景带动SiC放量

第三代半导体材料拥有宽带隙，适用于高温、高频、高功率器件

第一代半导体（间接带隙&窄带隙）：1950年起，以硅（Si）为代表的半导体材料取代了笨重的电子管，推动了 以集成电路为核心的微电子产业迅速发展。硅材料属于间接带隙（电子跃迁至导带时需要改变动量，光利用率 低）且带隙窄（不耐压），适用于低压、低频、中功率集成电路，在光电子领域和高频高功率器件方面受限。

第二代半导体（直接带隙&窄带隙）：1990年起，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表的半导体材料崭露 头角，属于直接带隙且具有相对宽的带隙，载流子速度更快、噪音更低。其适用于制作高速、高频、大功率以 及发光电子器件，但受限于材料本身，难以满足更高功率、更高电压、更高频率的器件需求。

第三代半导体（直接带隙&宽带隙）：近年来，以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）为代表的半导体材料备受关 注，直接带隙&宽带隙的物理特性使其具有更高热导率（2倍+）、高击穿场强（~10倍）、高饱和电子漂移速率 （~2倍）等优点，适用于制作高温、高频、高功率器件，在国防、新能源汽车、光伏储能等领域有广泛应用。

SiC作为第三代半导体材料具有耐高压、耐高频和耐高温的优势

SiC作为第三代半导体材料具备诸多显著优势：（1）耐高压：SiC材料相比于Si材料具有10多倍的击穿场强， 因此可以通过更低的电阻率和更薄的漂移层实现更高的击穿电压，相同的耐压值下，SiC功率模块导通电阻/尺 寸仅为Si的1/10，功率损耗大幅减少。（2）耐高频：SiC材料不存在电流拖尾现象，能够提高元件的开关速度， 是硅（Si）开关速度的3-10倍，从而适用于更高频率和更快的开关速度。（3）耐高温：SiC材料具有禁带宽度 大(约Si的3倍)、热导率高(约Si的3.3倍），熔点高(2830℃，约Si-1410℃的两倍)的特点，因此SiC器件在减少电 流泄露的同时大幅提高工作温度。

新能源汽车+光伏发电双轮驱动碳化硅产业放量

新能源汽车和光伏发电领域是SiC器件主要应用场景。（1）新能源汽车：SiC器件主要应用在PCU（动力控制 单元，如车载DC/DC ）和OBC（充电单元），相比于Si器件， SiC器件可减轻PCU设备的重量和体积，降低开 关损耗，提高器件的工作温度和系统效率；OBC充电时，SiC器件可以提高单元功率等级，简化电路结构，提高 功率密度，提高充电速度。（2）光伏发电领域：SiC材料具有更低的导通电阻、栅极电荷和反向恢复电荷特性，使用SiC-Mosfet 或SiC-Mosfet 与SiC-SBD 结合的光伏逆变器，可将转换效率从 96% 提升至 99% +，能量损耗降 低 50% +，设备循环寿命提升 50 倍。新能源汽车是未来第一大应用市场。2027年全球导电型SiC功率器件市场规模有望达63亿美元，2021-2027年 CAGR达34%；2027年新能源汽车导电型SiC功率器件市场规模有望达50亿美元，占比高达79%。

全球已有多款SiC车型量产交付，SiC迎来上车导入期

全球已有多家车企的多款车型使用SiC。2018年特斯拉率先在Model 3上搭载SiC，从此拉开了碳化硅大规模上车序幕，蔚来、 比亚迪、吉利、现代汽车等车企纷纷跟进，特斯拉凭借先发优势以及Model 3、Model Y等主力车型热销，一直是SiC装车的主 力担当。随着比亚迪汉EV、蔚来ES6、理想L9等热门车型的陆续上市，SiC装车量得到进一步扩大。据Clean Technica，2023年 1-5月SiC车型超100万辆。

从行业趋势看，SiC上车是大势所趋。特斯拉曾在2023年3月初的投资者大会上表示，将减少75%的SiC用量，一度引发SiC未来 发展前景不明的猜测，但近期全球汽车市场却用实际行动表达了对SiC的支持，如全球第四大汽车集团Stellantis宣布，已与多 家供应商签订包括SiC在内的半导体合作协议，总价值超80亿元；博格华纳向安森美SiC产品下定金额超72亿元；瑞萨电子也与 Wolfspeed签署了一份为期10年的碳化硅晶圆供应协议等。

SiC衬底：材料端良率提升是关键，设备端生长、切片、研磨抛光各环节国产化率逐步提升

衬底：大尺寸有效降本， 国内外龙头均已成功研发8寸SiC衬底

从电化学性质差异来看，碳化硅衬底可以被分为导电型和半绝缘型。半绝缘型电阻率较高（电阻率≥105Ω·cm），不易导电，耐高压；导电型电阻率较低（电阻率区间为15~30mΩ·cm），导电能力强，根据导电类型可以进一 步分成N型（空穴导电）或者P型（电子导电）半导体。半绝缘型SiC衬底+ GaN外延，主要用于制造射频器件， 应用于5G通讯等领域；导电型SiC衬底+ SiC外延，主要用于制造功率器件，应用于新能源汽车等领域。 

大尺寸衬底有效摊薄成本，成为行业趋势。目前碳化硅衬底主流尺寸是4/6寸，其中半绝缘型碳化硅衬底以4寸 为主，导电型碳化硅衬底以6寸为主。大尺寸可以摊薄单位芯片的成本，当衬底从6寸扩大到8寸时，可切割出 的碳化硅芯片(32mm2 )数量有望从448颗增加到845颗，增加了75%。目前国际上龙头企业的碳化硅衬底正从6寸 往8寸发展，国际龙头Wolfspeed、II-VI以及国内龙头天岳先进等都已成功研发8英寸衬底产品。

长晶：碳化硅晶体生长的主流方法是物理气相传输（PVT）

碳化硅单晶炉的长晶方式（晶体制备方法）主要包括物理气相传输（Physical Vapor Transport, PVT）、高温 化学气相积淀（HTCVD）及液相外延（LPE）。（1）物理气相传输（PVT）是最成熟的制备方法。由于设备简单，操作易控制，运行成本低等优点，国外厂商 Wolfspeed、II-VI、SiCrystal，国内厂商天岳先进、天科合达、晶盛机电均选择PVT法制备碳化硅晶体。（2）HTCVD法的主要技术挑战是沉积温度的控制。HTCVD法生长晶体纯度较高、可实现近匀速晶体生长，但良 率较低、长晶成本较高。瑞典的Norstel和日本电装公司采用HTCVD方法。（3）LPE法的主要技术挑战是生长速率和结晶质量的平衡。LPE法生长的晶体质量高、缺陷密度低，但其生长速 度缓慢、生长长度受限。日本的住友金属公司采用LPE方法。

切片：切割是SiC衬底加工的首道工序，线锯切割是主流技术

SiC衬底加工精度直接影响器件性能，要求SiC晶片表面超光滑、无缺陷、无损伤。SiC单晶的加工过程主要分 为切片、研磨和抛光，其中切割是SiC衬底加工的第一道工序，对后续衬底外延以及晶圆制造至关重要。

SiC的硬度仅次于金刚石，属于高硬脆材料，切割难度大。切片容易在晶片表面和亚表面产生裂纹损伤，影响 后道工艺的开展，因此对WARP（翘曲）、BOW（弯曲）、TTV（总厚度偏差）等精度控制要求很高。

线锯切割是主流技术。切割技术主要包括传统锯切、线锯切割、激光切割、冷分离和电火花切片等，其中传 统锯切（如内圆锯片、金刚石带锯）切缝大、材料损耗多，不适用于SiC晶体切割；激光切割通过激光在晶体 内部形成改性层，从碳化硅晶体上剥离出晶片，断面质量好&切割效率高，产品处于下游验证阶段；冷分离将 激光聚焦在材料内部形成改质层，通过冷冻胶使材料收缩从而分离晶片，几乎无材料损耗且加工效率高，但 存在光束能量均匀性问题；线锯切割技术成熟，出片率较高，速度较快，成本便宜，是主流切割技术。

磨抛：研磨初步去除SiC晶片切割中形成的表面刀痕和损伤层

切片会使晶圆表面损伤，而衬底表面的缺陷和划伤会在外延生长过程中延伸到外延层，形成外延缺陷进而 应县器件的良率，磨削或研磨环节的目的是对SiC晶片表面进行前期加工，提高表面质量，获得相对平整的 待抛光表面。研磨是在刚性研具上注入磨料，在一定的压力下，通过工件与研具之间的相对滑动，并通过 磨粒的微切削去除方式使被加工材料的表面脱落，从而提高工件的形状精度、尺寸和降低材料的表面粗糙 度的一种精密加工方法。

SiC 单晶衬底研磨采用金刚石研磨液进行研磨，可分为两道工艺：粗磨和精磨。粗磨是为了提高加工效率并 去除由多线切割引起的刀痕和变质层，使用粒径较大的磨粒；精磨是为了去除由粗磨造成的加工损伤层， 改善表面粗糙度，使用粒径较小的磨粒。

研磨有单面研磨和双面研磨两种方式，双面研磨能更好的改善SiC衬底的翘曲度与平面度。磨削和单面研磨 一次只能磨削衬底的一个面，而双面研磨具有上、下两个研磨盘，可以同时研磨衬底的两个面。磨削或单 面研磨过程中，衬底用蜡粘在钢盘上，由于施加压力前后衬底发生微变形，造成上下表面发生翘曲变形， 平面度变差。双面研磨时，研磨盘首先施压工件最高点，使该处发生变形并逐渐被磨平，高点被逐渐磨平 后，衬底所受压力逐渐减小，衬底均匀受力，使各处变形一致，去除压力后翘曲变形也很小。

SiC外延：国外设备商主导，未来2-3年有望快速实现国产替代

外延片：晶体结构优质可控，可分为同质外延&异质外延

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议）

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