新能源飛奔背後，“碳化硅” 賽道爭奪戰誰是下一個王者？

“碳化硅” 一詞最開始在生活中出現，可能是特斯拉宣佈在 Model3 車型中使用碳化硅（SiC）的功率器件。隨着近兩年新能源汽車、光伏等行業迎來爆發性的表現，“碳化硅” 賽道也引來資本市場的關注。在不到 2 年的時間裏，$Wolfspeed(WOLF.US) 的股價實現了從 27 美元到 142 美元的 5 倍跨越。

資料來源：長橋 APP

原本的電子器件，主要以硅原料來做，比如我們通常説的 “芯片”、“半導體”、“電子零部件” 等。然而隨着新能源汽車、光伏等的發展，對於電力轉換效率提出了更高的要求。相比於硅材料而言，碳化硅材料具有耐高温、耐高壓、耐高頻等特性。不僅能適用在新能源汽車等領域中，還能實現節能增效的表現。因此，隨着新能源汽車等領域的高速發展，勢必會提升對碳化硅（SiC）的需求。

在特斯拉 Model 3 中能直接看到的是最終的產品碳化硅（SiC）器件，而其具體生產還要經歷襯底、外延等生產環節，其中最為核心也是價值量最高的環節就是襯底。襯底是在碳化硅器件的成本中佔比接近 50%，並且襯底的好壞也直接影響外延環節和最終產品的性能。海豚君認為對碳化硅產業鏈的研究，最核心的部分是襯底。

對於投資，終究要落腳到公司。從襯底市場看，國內也有一部分廠商在生產佈局，但和海外廠商仍有明顯差距，在 5 年以上。在襯底市場中，Cree（現 Wolfspeed）仍是最有影響力和技術最領先的公司，公司已經與$意法半導體(STM.US) 、$英飛凌(IFX.DE) 、$ABB.US 等公司簽下了超 10 億美元的長期訂單。在選擇投資 SiC 時，Cree（現 Wolfspeed）將是賽道中最為確定的公司。

但同時也應該關注到，SiC 賽道仍是處於行業發展期的成長賽道。即使像 Wolfspeed 這樣地位的公司，也仍未實現完全盈利。在市場放水的情況下，未來的高成長預期有望帶來享受高估值的機會。而在市場收水的預期中，估值仍可能受到下殺的風險。從賽道中優選公司角度，Wolfspeed 是其中最為確定的公司。

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在本篇文章中，海豚君主要來解決以下問題：

1、什麼是碳化硅（SiC）？為什麼新能源汽車、光伏中要用碳化硅（SiC）？

2、是什麼構成了碳化硅的核心價值？製備碳化硅的難點在哪？投資碳化硅應該關注什麼環節？

3、碳化硅行業中，國內外進展如何？落腳到投資，如何優選碳化硅行業的優質公司？

一、什麼是碳化硅（SiC）？

隨着特斯拉的車輛中開始使用碳化硅（SiC）器件，碳化硅這個原本比較 “陌生” 的詞語也經常能在耳邊聽到。那麼具體什麼是碳化硅呢？

碳化硅（SiC），顧名思義，是由碳元素和硅元素組成的一種半導體材料。通常，市場上大多見到的半導體芯片等基本都以硅為主要原材料。而碳化硅（SiC）能用來做半導體材料，主要是其具有耐高温、耐高頻、耐高壓的特性。

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碳化硅（SiC）其實也不是一種新材料，在 100 多年前就已經出現。那為什麼是在發展新能源的當下，成為市場關注點的呢？

在過往以集成電路為主的電子產品中，基本不需要面對高温、高壓、高頻的場景，硅（Si）材料基本能應對。而隨着近年新能源等產業的發展，新能源汽車、光伏及軌道交通等場景中經常要應對較為複雜的場景。

特斯拉率先使用 SiC 逆變器，直接打開了碳化硅（SiC）在新能源汽車的預期空間。將硅（Si）基組件替換成碳化硅（SiC）能明顯地提升車輛的續航能力。根據 Wolfspeed 數據，在逆變器中使用 SiC 器件後，能減小整體的體積、重量和成本，在車輛續航上也有 5-10% 的提升。

在特斯拉 Model 3 搭載 SiC 逆變器後，其餘各大車廠也紛紛跟進對碳化硅（SiC）領域進行佈局。據 Yole 預測，在全球電力電子領域中碳化硅（SiC）的市場空間有望從 2019 年的 5.42 億美元，成長至 2025 年的 25.62 億美元。在此期間高達 30% 的年均複合增長率，也賦予了碳化硅（SiC）賽道的高成長的預期。

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二、碳化硅（SiC）行業的最核心環節在哪？

從產業鏈角度看，碳化硅（SiC）類器件的製造，主要包含 “襯底 - 外延 - 器件製造” 三個步驟。

而在各環節的價值量比較中，SiC 產業呈現明顯 “頭重腳輕” 的特徵，其中襯底和外延有將近 70% 的價值量佔比。與硅基器件相比，SiC 類器件的上游材料製造環節具有較高的技術壁壘，這也使得上游材料更大的影響了最終產品的成本項。由此可以看出，襯底及外延環節的降本將是 SiC 產業的主要發展方向。

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1）SiC 襯底：襯底是碳化硅產業中最重要的環節，價值量佔比接近 50%。沒有 SiC 襯底，就造不出 SiC 器件，所以襯底是最基本的材料基礎。

SiC 襯底是將原材料高純硅粉/碳粉，通過原料合成、晶體生長、晶錠切割、晶圓切割、研磨拋光等環節進行製備。在襯底生產中，最主要的難點在於超高温環境、長晶時間久、加工工藝高。

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由於襯底是 SiC 器件最大的成本項來源，襯底端價格的下降也是整個行業最主要的關注點。參考產業鏈信息，目前國內 SiC 襯底主流規格分別為 4 英寸和 6 英寸，襯底價格呈現每年下降 10% 左右的幅度。相對來看，4 英寸襯底的良率達到 70% 以上，而 6 英寸襯底良率還不到 50%。隨着產品良率的逐年提升，SiC 襯底的價格有望進一步下探。

而對於未來 SiC 襯底價格能否下降的主要因素在於：①工藝和設備的改進，提升長晶效率；②減少損耗，提升產品良率；③從襯底到最終產品的轉換率提升；④增加尺寸提升晶圓利用率。

2）SiC 外延：外延環節，在 SiC 製備過程中的價值量佔比接近 1/4，是從材料到 SiC 器件製備過程中不可缺少的環節。

外延層的製備，主要是在 SiC 襯底基礎上生長出一層單晶薄膜，再用以製造出所需的電力電子器件。目前外延層的製造，最主流方法是化學氣相沉積法（CVD 法），利用氣態的先驅反應物，通過原子、分子間化學反應的途徑生成固態薄膜的技術。

資料來源：海豚君整理

那為什麼器件不直接在 SiC 襯底上做，而要在外延層上做呢？

因為晶體在生長過程中，襯底表面不可避免會有缺陷。如果直接在襯底上做器件，會影響整個襯底的質量，從而對器件的性能有影響。而外延層的設計，使得整個表面更加平整，減少了缺陷，更保障器件的性能。

在碳化硅襯底基礎上，對於外延層的選擇上，有氮化鎵外延也有碳化硅外延，主要取決於最終器件的應用領域。①碳化硅外延，主要用於生產 SBD、IGBT、MOSFET 等高壓功率半導體領域；②氮化鎵外延，主要用於微波射頻領域、光電領域，也有一部分用於中低壓功率半導體。

資料來源：天嶽先進、海豚君

外延層製備，能有效提升器件的性能，需要較厚的外延層、整齊的表面和較低的雜質度。而能否做出較好品質的外延層，需要成熟的設備和優質的襯底。這是由於在外延層製備中，襯底的缺陷有可能被複制在表面沉積的外延層，所以襯底的好壞直接也影響外延層的質量。

綜合整個 SiC 產業鏈看，襯底將是碳化硅的最核心環節。襯底本身就佔到整體產業價值鏈的 1/2，它還直接影響外延層的質量，實際影響程度將達到 70% 以上。因此海豚君認為，對 SiC 的研究最主要的是圍繞襯底環節的研究。

三、核心襯底環節的利益，被哪些公司佔據？

襯底，是 SiC 產業鏈中最核心的環節。而對於投資，還要落腳到公司，那麼襯底環節具體是被哪些公司佔據主要的市場呢？

出於 SiC 下游應用場景的需求不同，襯底也分為半絕緣型襯底和導電型襯底兩部分，兩部分市場格局有不同的表現。

1）半絕緣型襯底市場：半絕緣型襯底主要用於微波射頻、光電和中低壓功率半導體等領域，主要是通過覆蓋氮化鎵外延塗層，再進行器件製造。在半絕緣型 SiC 襯底市場，主要由 3 個廠商構成了 9 成多的市場份額。但主要市場上仍以美國公司為主，Cree（現 Wolfspeed）和 II-VI 兩家美國公司佔據了 70% 以上的市場。

資料來源：Yole、海豚君

從市佔率角度看，山東天嶽作為一家中國公司，擠進了全球前三，很不容易。但這也並不表明，國內在半絕緣型襯底方面已經追上了美國。從技術追趕時間上看，國內企業和美國企業的差距從過去的 10 多年縮短至 10 年以內。同時也要正視差距，Cree（現 Wolfspeed）和 II-VI 分別於 2015 年和 2019 年實現了 8 寸片量產，而山東天嶽目前仍不具備量產能力。

資料來源：海豚君整理

在半絕緣型襯底方面，雖然山東天嶽在全球擁有 30% 的市佔率，但主要仍是以 4 英寸和 6 英寸產能為主。而美國 Cree（現 Wolfspeed）和$美國貳陸.US 基本將 4 寸產能完成淘汰，實現了 6 寸產能的轉化。海豚君從兩家公司的 8 寸片量產時間推測，$天岳先進(688234.SH) 的 8 寸量產可能要在 2023 年以後。市場佔有率反應當前的銷售情況，並不能全面反映出技術和能力的差距。

2）導電型襯底市場：導電型襯底由於可以應用於高壓環境下，所以常被用來製造 IGBT、MOSFET 等高壓功率半導體，主要下游應用就是當下大力發展的新能源汽車、光伏等領域。出於對能量轉換效率和續航里程的追求，導電型 SiC 襯底將是碳化硅產業的重中之重。

在導電型襯底市場中，是美國 Cree（現 Wolfspeed）一家獨大的市場格局，市場佔有率達到 60% 以上。由於具有絕對領先的市場份額，Cree（現 Wolfspeed）在市場上有明顯的定價話語權。市場上前三大廠商也都為國外廠商，三家合計佔有 90% 以上的市場。

資料來源：Yole、海豚君

在導電型 SiC 襯底市場，國內廠商與國外的差距更加明顯。國內廠商目前仍主要以 4 寸襯底生產為主，其中天科合達和山東天嶽的市佔率僅有 1.7% 和 0.5%。海外廠商已經在向 8 寸發力，而國內廠商還在努力將產能從 4 寸片轉向 6 寸片。

綜合國內外 SiC 產業公司的發展看，國內公司與海外差距仍有 5 年以上。Cree（現 Wolfspeed）目前牢牢佔據整個行業領頭羊的位置，在技術和地位上都遙遙領先。在新能源發展的當下，Cree（現 Wolfspeed）是當前賽道中最核心的公司，公司已經與意法半導體、英飛凌、ABB 等公司簽下了超 10 億美元的長期訂單。在選擇投資 SiC 時，Cree（現 Wolfspeed）將是賽道中最為確定的公司。

從碳化硅的整個行業看，Wolfspeed 是可以關注的優質資產。但市場收水預期的當下，仍應關注整體市場的系統風險。海豚君會繼續關注碳化硅行業發展和 wolfspeed，並在適當時候進行深度覆蓋。