新能源汽車和光伏發電領域是SiC器件主要應用場景。

（1）新能源汽車：SiC器件主要應用在PCU（動力控制單元，如車載DC/DC）和OBC（充電單元），相比于Si器件，SiC器件可減輕PCU設備的重量和體積，降低開關損耗，提高器件的工作溫度和系統效率；OBC充電時，SiC器件可以提高單元功率等級，簡化電路結構，提高功率密度，提高充電速度。

（2）光伏發電領域：SiC材料具有更低的導通電阻、柵極電荷和反向恢復電荷特性，使用SiC-Mosfet或SiC-Mosfet與SiC-SBD結合的光伏逆變器，可將轉換效率從96%提升至99% +，能量損耗降低50% +，設備循環壽命提升50倍。

新能源汽車是未來第一大應用市場。2027年全球導電型SiC功率器件市場規模有望達63億美元，2021-2027年CAGR達34%；2027年新能源汽車導電型SiC功率器件市場規模有望達50億美元，占比高達79%。

SiC的主要器件和廣泛應用場景

2027年導電型SiC器件市場規模

?SiC產業鏈包括襯底-外延-器件-應用，70%價值集中在襯底&外延

碳化硅器件產業鏈主要包括襯底、外延、器件制造（設計、制造、封測）三大環節。從工藝流程上看，首先由碳化硅粉末通過長晶形成晶碇，然后經過切片、打磨、拋光得到碳化硅襯底；襯底經過外延生長得到外延片；外延片經過光刻、刻蝕、離子注入、沉積等步驟制造成器件。

SiC產業鏈70%價值量集中在襯底和外延環節。碳化硅襯底、外延成本分別占整個器件的47%、23%，合計約70%，后道的器件設計、制造、封測環節僅占30%。這與硅基器件成本構成截然不同，硅基器件生產成本主要集中在后道的晶圓制造約50%（碳化硅器件制造也包含晶圓制造，但成本占比相對較小），襯底成本占比僅為7%。SiC產業鏈價值量倒掛的現象說明上游襯底廠商掌握著核心話語權，是國產化突破的關鍵。

SiC產業鏈：襯底-外延-器件-應用

?襯底：導電型Wolfspeed一家獨大，絕緣型天岳先進入圍前三

海外龍頭起步較早，長期壟斷SiC襯底市場，CR3達80%。海外龍頭企業在碳化硅領域起步較早，其中Wolfspeed和Ⅱ-Ⅵ公司在研發和產業化方面領先國內數十年，例如Wolfspeed/Ⅱ-Ⅵ的6寸半絕緣型碳化硅襯底量產時間早于國內天岳先進15/10年。根據Yole數據，2020年海外廠商的SiC襯底CR3達78%，其中Wolfspeed市占率45%，羅姆（收購SiCrystal）市占率20%，位居第二；國內龍頭天科合達、天岳先進僅為3%、3%。

導電型襯底Wolfspeed一家獨大，絕緣型襯底天岳先進入圍前三。2020年全球導電型SiC襯底依舊被Wolfspeed、II-VI、羅姆壟斷，CR3高達90%，其中Wolfspeed市占率高達62%，一家獨大；半絕緣型襯底中天岳先進表現亮眼，市占率約30%，僅次于全球龍頭II-VI、Wolfspeed的35%、33%。

國內龍頭在8寸襯底均有突破，但產能方面仍有差距。

（1）天岳先進已經成功研發6英寸導電型碳化硅襯底，23年5月已經實現6寸襯底交付，處于產量的快速爬坡階段，30萬片6寸襯底產能釋放將早于原計劃的2026年。此外，天岳也實現高質量8英寸產品的制備。

（2）天科合達同樣已經實現6英寸導電型碳化硅襯底的量產，2021年徐州生產基地6英寸系列產品產能達全國首位，2023年公司計劃實現8英寸導電型碳化硅襯底的小規模量產。

（3）晶盛機電（晶越）已經掌握了6英寸碳化硅的長晶技術和晶片加工工藝，預期產能為40萬片/年，此外晶盛機電已經掌握8英寸碳化硅襯底技術。

國內企業碳化硅襯底研究進展與產能規劃

碳化硅襯底的生產流程包括長晶、切片、研磨和拋光四個環節

長晶：核心環節，通過物理氣相傳輸法（PVT）在高溫高壓的條件下，將碳化硅原料氣化并沉積在種子晶上，形成碳化硅單晶錠。需要精確控制各種參數，如溫度、壓力、氣流、硅碳比等，以保證晶體的質量和純度。

切片：將碳化硅單晶錠沿著一定的方向切割成薄片。由于碳化硅的高硬度和脆性，切割過程需要使用特殊的工具，如鉆石線或多線切割機。切割過程會造成晶片表面的刀痕和損傷層，需要后續的研磨和拋光處理。

研磨：去除切割造成的表面缺陷和控制晶片厚度。根據研磨的目的和精度，可以分為粗磨和精磨兩個階段。研磨過程需要使用高硬度的磨料，如碳化硼或金剛石粉。

拋光：提高晶片表面光潔度和平整度。拋光也可以分為粗拋和精拋兩個階段。粗拋主要采用機械拋光方式，使用較小粒徑的硬磨料，如B4C或金剛石等。精拋主要采用化學機械拋光（CMP）方式，利用化學腐蝕和機械磨損協同作用，實現晶片表面的全局平坦化

碳化硅襯底生產流程圖

?SiC外延：國外設備商主導，未來2 - 3年有望快速實現國產替代

外延工藝必不可少。與傳統硅器件不同，碳化硅器件不能直接制作在襯底上，需要在襯底上生長一層晶相同、質量更高的單晶薄膜(外延層)，再制作器件。外延可分為①同質外延：在導電型SiC襯底生長SiC，常用于低功率器件/射頻器件/光電器件；②異質外延：在半絕緣Sic襯底生長GaN，常用于高功率器件。

外延晶體更優質可控，層厚越大，耐壓越高。碳化硅晶體生長的過程中會不可避免地產生缺陷、引入雜質，導致質量和性能不足，而外延層的生長可以消除襯底中的某些缺陷，使晶格排列整齊。外延厚度越大（難度越大），能承受的電壓越高，一般100V電壓需要1μm厚度外延，600V需要6μm，1200-1700V需要10-15μm，15000V則需要上百微米（約150μm）。

SiC外延分為異質/同質兩種類型

Sic晶體-襯底-外延-器件-模塊-系統全產業鏈

外延片：Wolfspeed &昭和電工雙寡頭壟斷，設備成為最大掣肘

國外雙寡頭壟斷全球市場，CR2超90%。2020年Wolfspeed與昭和電工分別占據全球碳化硅導電型外延片市場52%和43%的市場份額，合計高達95%，形成雙寡頭壟斷。由于進口外延爐供貨短缺+國內外延爐仍需驗證+

外延工藝難度大，國內SiC外延廠商較少，市占率較低。

瀚天天成和東莞天域國內CR2超80%。①技術方面：6寸外延均較為成熟和穩定，8寸均有儲備，其中瀚天天成已實現8寸外延技術的突破，且具有量產能力；東莞天域正攻克關鍵技術，預計2025年首條8寸外延產線投產。②產能方面：瀚天天成2022年6寸產能達12萬片，2023年計劃產能40萬片（包括6/8寸），至2025年產能目標約140萬片；東莞天域2022年6寸產能達8萬片，并且啟動年產100萬片的6/8寸外延項目，預計2025年竣工并投產

國內外碳化硅外延廠商產品/產能布局

外延爐：CVD成本適中&質量好&生長速度快，是主流外延技術

SiC外延主要設備是CVD。SiC外延需要嚴格控制厚度均勻性、摻雜均勻性、缺陷率和生長速率，方法包括化學氣相沉積CVD、液相外延LPE、分子束外延MBE等，其中CVD兼備成本適中+外延質量好+生長速度快的優勢，應用最廣。CVD工藝流程：①利用載氣（H2）將反應源氣體（如SiH4/C3H8）輸送到生長室內的熱區；②氣體達到被加熱的SiC襯底，反應沉積單晶薄膜（外延片）。

MOCVD是新型CVD，沉積溫度更低&沉積層多樣。MOCVD反應源是金屬有機化合物，傳統CVD是無機化合物，一般有機物熔點比無機物低，且種類遠大于無機物。因此MOCVD沉積溫度（500-1200℃）顯著低于傳統CVD（900-2000℃），且能在不同襯底上沉積超薄層甚至原子層的特殊結構表面。

CVD制作SiC外延片過程

外延爐：國外廠商主導，未來2-3年有望快速實現國產替代

國內外延設備由國外廠商主導，國內主打外延設備以意大利的LPE、德國的愛思強、日本的Nuflare產品為主，其MOCVD設備的核心差異是對氣體流量的控制：（1）Nuflare：垂直氣流，噴淋頭和托盤距離長，優勢在于流場均勻、particle少、產能大，缺陷在于設備成本高（3500萬元單腔）、厚度和摻雜的均勻性略差、耗材成本高。（2）LPE：水平氣流，優勢在于價格適中（1100萬元單腔）、生長速率高、厚度和摻雜的均勻性較好，缺陷在于上壁粒子掉落導致良率偏低、工藝可調性差、PM周期短、單設備產能提升難度大。（3）愛思強：垂直氣流（公轉+自轉），優勢在于厚度和摻雜的均勻性好，缺陷在于重復性差（不適用量產）、Particle較多。

未來2-3年SiC MOCVD設備國產替代加速。國內設備相對國外在技術、成本和性價比方面具備優勢，在SiC產業即將迎來井噴之際，時間上不允許國外幾家廠商進行大的技術方案革新或者推倒重來。我們預計接下來2-3年SiC MOCVD會出現和LED MOCVD格局類似的演變，即市場上國產短時間內大量替代國外設備。

SiC-CVD設備進展/產能規劃

?切片：國內激光切割工藝主要設備供應商：大族激光、德龍激光

大族激光作為國內激光廠商龍頭，SiC晶錠激光切片機已交付驗證。大族激光作為國內激光廠商龍頭，具有明顯的體量優勢，經過長期激烈市場競爭，激光加工設備市占率約13%。根據大族激光2023年7月公司公告，應用于第三代半導體的SiC晶錠激光切片機已經交付客戶進行驗證。

德龍激光專注于高端激光設備和精細微加工，是國內唯二SiC切片設備供應廠商。德龍激光走定制化高端路線，憑借多年技術創新和工藝積累，德龍激光在半導體及光學領域，與下游知名客戶建立了穩定的合作關系。現有SiC激光切片設備市場，大族激光為德龍激光唯一競爭對手，市占份額各占約50%。由于半導體行業高進入壁壘，短期內暫無其他明顯競爭對手。

?磨拋：高精度要求下設備呈現寡頭壟斷特點，國產替代有望加速

SiC行業中所使用的磨拋設備均由藍寶石、硅晶等行業中的單一設備所改造延伸而來，因此廠商眾多。國外廠商包括日本的秀和工業、Disco和東京精密，法國的Soitec，瑞士的梅耶博格，美國的Applied Materials和Speedfam等；國內廠商包括邁為、特思迪、揚帆半導體等。為滿足產業化需求，切磨拋的全自動量產化正在逐步開展。

DISCO是全球半導體制造設備龍頭，多年專注于晶圓減薄、拋光等領域。產品包括研磨機（Grinders）、拋光機（Polishers）、研磨拋光一體機（Grinder/Polisher）、表面平坦機（Surface Planer）等；在SiC減薄方面，公司采用4軸磨削和干法拋光以提高產品質量。

國內，邁為股份對標Disco所有型號，國產化進展符合預期。邁為在2019年立項研磨機，是國內最早將全自動減薄機推向量產的廠商（23年1月），截至2023年7月，8英寸減薄機已量產。

DISCO磨拋產品

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