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一、碳化硅简介
碳化硅是半导体芯片的衬底，衬底的意思就是芯片最底层材料，相当于盖楼的地基，碳化硅作为衬底材料后，衬底的成本大幅度提升。衬底材料目前已经发展到第三代了，但是代际之间不是替代的关系，只是因为不同的特性，应用在不同的领域。
第一代主要是硅，比如CPU\GPU用的就是硅材料衬底，现在90%的半导体衬底用的都是硅材料制作的。（大规模集成电路）第二代衬底材料的代表是磷化铟、砷化镓。因为有高速高频的光电性能，所以主要用在光模块、LED光电子器件中。（光通信、光显示、光存储）

第三代衬底材料是碳化硅、氮化镓。因为耐高温该高压，主要用于新能源汽车和光伏等领域。（高频高功率电子器件）

三代半导体的共存与协同互补而非替代 ：硅仍是逻辑芯片和消费电子的绝对主流（占全球半导体市场 95%），GaAs 和 InP 专注高频、光电子细分市场，SiC/GaN 则在新能源、工业领域有不可替代的作用。
技术融合案例 ：比如 GaN-on-Si，将氮化镓与低成本硅衬底结合，用于快充和射频场景；还有 SiC 与 IGBT 结合，形成的混合模块能提升电网转换效率。
未来趋势 ：一方面朝着异质集成方向发展，把不同材料（如 Si + GaN）集成到同一芯片，兼顾性能与成本；另一方面，超宽禁带材料（如氧化镓、金刚石）有望开启超高压（超 20kV）和量子计算等新赛道。

二、碳化硅产业链流程
碳化硅产业链流程主要包括以下几个关键环节：流程的第一步是由粉末生长出衬底，再由衬底生长出外延片，外延片经过沉积光刻刻蚀生产出芯片，最后是封装成碳化硅器件。功率器件的生产难度远远小于CPU\GPU，功率器件简单说就是调电压、调电流的电力器件，比较先进的是MOSFET和IGBT。
碳化硅产品从生产到应用的全流程历时较长。以碳化硅功率器件为例，从单晶生长到形成衬底需耗时1 个月，从外延生长到晶圆前后段加工完成需耗时6-12 个月，从器件制造再到上车验证更需1-2 年时间。对于碳化硅功率器件IDM 厂商而言，从工业设计、应用等环节转化为收入增长的周期非常之长，汽车行业一般需要4-5年。

1、单晶生长：使用高纯硅粉和高纯碳粉作为原材料，通过特定的化学反应和物理处理，形成碳化硅晶体。
把粉末放在石墨坩埚中，加热到2000度，粉末变为气体，附着在籽晶的基座上，然后慢慢成长为晶锭，这个过程非常缓慢，一小时只能生长0.2-0.4毫米，生长出衬底材料至少需要一个月。
难点：时间长；需要放在封闭的坩埚内，无法控制成长情况，所以良率很；生长太慢，大尺寸太难做。我们现在刚刚可以做6英寸，但8英寸是未来的发展方向，虽然尺寸大了一点，但是尺寸是几何级增长的。

衬底材料变为碳化硅之后，衬底成本提高到47%，外延片也需要生长，外延成本达到23%。
因此上游碳化硅材料生长环节壁垒最高。
2、衬底制作：将形成的碳化硅晶体切割、研磨、抛光和清洗，制成单晶薄片，即半导体衬底材料。
3、外延片制作：在单晶衬底上，通过化学气相沉积（CVD）方法，淀积一层单晶，形成外延片。
4、晶圆加工：在外延片上进行光刻、沉积、离子注入和金属钝化等前段工艺，加工形成碳化硅晶圆。
5、器件制造与封装测试：将晶圆切割成die，进行封装，形成碳化硅芯片。制造的电子电力器件及模组通过验证后，可进入应用环节。

衬底材料变为碳化硅之后，衬底成本提高到47%，外延片也需要生长，外延成本达到23%。
因此上游碳化硅材料生长环节壁垒最高。
2、衬底制作：将形成的碳化硅晶体切割、研磨、抛光和清洗，制成单晶薄片，即半导体衬底材料。
3、外延片制作：在单晶衬底上，通过化学气相沉积（CVD）方法，淀积一层单晶，形成外延片。
4、晶圆加工：在外延片上进行光刻、沉积、离子注入和金属钝化等前段工艺，加工形成碳化硅晶圆。
5、器件制造与封装测试：将晶圆切割成die，进行封装，形成碳化硅芯片。制造的电子电力器件及模组通过验证后，可进入应用环节。

新能源车占碳化硅市场应用的63%，所以新能源车功率器件的替代空间决定了一定时间内碳化硅的市场。新能源车的功率器件市场空间到2028年能达到66亿美元，复合增长率能达到32%。
从最新的数据来看，2024年上半年，中国新能源车碳化硅装机量73.5万套，同比增长83%，渗透率为10%，其中纯电动车的渗透率为23%。
碳化硅在800伏车型的占比达到58%，未来都是要替换为碳化硅的，这都是碳化硅的市场。
碳化硅还有另外一个市场就是光伏逆变器。在光伏逆变器中使用碳化硅，可以使转换效率从96%提升到99%，能量损耗降低50%以上，设备循环寿命提高50倍，从市场空间看，2027年能达到4.23亿美元，复合增长率为18%。

四、碳化硅技术发展趋势
目前制约碳化硅行业快速发展的最大不利因素是高成本。下游企业在碳化硅的优异性能与高成本之间，要找到一个让自己利益最大化的平衡点，这也是几乎所有新兴科技商业化的必经之路。现在碳化硅的MOSFET是硅基IGBT成本的3-15倍，性能也优异得多。与IGBT相比，碳化硅MOSFET器件在高压、高频、高温环境下有更好的表现，可以带来更高的电能转换效率及更低的能量损耗，最近几年在汽车以及新能源领域渗透率提升非常快。
新能源车企用碳化硅功率器件充电确实快，但成本高了这么多肯定是要转移到消费者身上的，消费者是否买账直接决定了车的销量，所以这是企业一定要审慎衡量的问题。如果成本下来了，性能增强却不加价，销量自然就能上去。
那如何降低碳化硅的成本呢？
一是完善工艺水平来提高产品良率。现在我们国家厂商6英寸碳化硅的良率是40%到50%，海外厂商良率是60%-70%，不存在卡脖子的技术。
二是通过扩大晶圆尺寸来降低成本。现在主流是6英寸，不过正在向8英寸过渡。尺寸增加一点，难度几何级上涨。从6英寸转到8英寸，碳化硅芯片数量将从448颗增加到845颗，成本会降低20%-35%。所以行业内企业都必须布局8英寸产品，否则就会被市场淘汰，所以我们投资就要优先选择布局8英寸的企业。

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