碳化硅發展歷程

碳化硅是由美國人艾奇遜在1891年電熔金剛石實驗時，在實驗室偶然發現的一種碳化物，當時 誤認為是金剛石的混合體，故取名金剛砂，1893年艾奇遜研究出來了工業冶煉碳化硅的方法，  也就是大家常說的艾奇遜爐，一直沿用至今。

自碳化硅被發現后數十年，發展進程一直較為緩慢。直到科銳（現更名為Wolfspeed）成立并 開始碳化硅的商業化，碳化硅行業在此后25年開始進入快速發展階段。

1905年 第一次在隕石中發現碳化硅。

1907年 第一只碳化硅晶體發光二極管誕生。

1955年 理論和技術上重大突破，LELY提出生長高品質碳化概念，從此將SiC作為重要的電子材料。

1987年 以科銳（Wolfspeed）的研究建立了SiC生產線，SiC襯底開始商業化

1998年 Wolfspeed推出GaN-on-SiC新產品

2001年 2002年 英飛凌和 Wolfspeed分別推出首款小型 SiC 肖特基二 極管

2011年 Wolfspeed推出首款商用 SiC 功率 MOSFET

碳化硅優勢

一、穩定高效，適用高壓高頻領域

第三代半導體材料是指以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導體材料，具有擊穿電場高、熱導率高、 電子飽和速率高、抗輻射能力強等優勢，因此采用第三代半導體材料制備的半導體器件不僅能在更高 的溫度下穩定運行，適用于高電壓、高頻率場景，還能以較少的電能消耗，獲得更高的運行能力。

相比于Si，SiC具有 10 倍的擊穿電場強度、 3 倍的禁帶、2倍的極限工作溫度和超過2倍的飽和電子 漂移速率。SiC 還具有 3 倍的熱導率，這意味著 3 倍于Si的冷卻能力。

二、節能+減重，新能源領域潛力廣闊

羅姆通過輸入WLTC（全球統一輕型車輛測試循環）行駛循環的模擬行駛試驗條件，對逆變器進行 了采用第四代SiC MOSFET和IGBT的行駛電費試驗。結果顯示，采用SiC MOSFET總電費比IGBT  改善6%，市區模式改善10%。改善電力消耗也意味著，維持行車距離不變的情況下可以降低電池 電容。

另一方面，碳化硅基逆變器通過提高能量傳導效率，可以做到比硅基逆變器更小更輕。羅姆在 Formula E電動方程式世界錦標賽中提供的SiC逆變器，將逆變器重量降低至9kg，相較傳統逆變 器減重6kg。

產業趨勢

產能向大尺寸轉移：目前，碳化硅產業中襯底仍以4-6英寸為主。若將尺寸由6英寸提高至8英寸，SiC的單片面積將增大 77.8%，可利用面積大大提高。大直徑襯底能夠有效降低器件制備成本，以直徑 6英寸襯底為例，  使用直徑 6英寸襯底相對直徑 4英寸襯底能夠節省大約 30%的器件制備成本。

襯底供不應求，產能持續擴張：據 CASA Research 整理，國際龍頭紛紛大力完善產業布局，強化競爭優勢，持續加大襯底產能的 擴張。據各公司官網披露，Wolfspeed投資近 10 億美元進行擴產，預計在2017-2024間整體產能 將擴大30倍；ROHM計劃在2017年-2024 年間產能擴充 16 倍；II-VI 計劃5年內產能擴充 5-10 倍。

規模效應漸顯，價格逐漸降低：近年來，半絕緣型及導電型襯底的單價都在逐年遞減，我們預計隨著全球產能擴張逐步落地，未來3 年內襯底單價將會繼續下降，從而有助于加速碳化硅下游滲透率整體提升。據CASA預測，隨著SiC上游襯底、外延價格下降，預計 SiC 二極管和 SiC MOSFET 等器件的價格 每年以超過 10%的速度下降，并逐步取代 Si 器件。

碳化硅市場

目前碳化硅襯底市場以海外廠商為主導，國內企業市場份額較小。碳化硅襯底產品的制造涉及設備 研制、原料合成、晶體生長、晶體切割、晶片加工、清洗檢測等諸多環節，需要長期的工藝技術積 累，存在較高的技術及人才壁壘。

碳化硅應用

碳化硅基氮化鎵占據主導地位：在RF GaN行業，一切都始于GaN-on-SiC技術。20多年前推出的GaN-on-SiC現在是RF功率應用中 LDMOS和GaAs的重要競爭對手。射頻（RF）GaN的兩個市場驅動因素仍然是5G電信和國防。衛星 通信（SatCom）和消費類手機等新興細分市場也代表著新的機會。據Yole預測，GaN RF市場的總 價值將在2020年-2026年間從8.91億美元增加到24億美元以上，復合年增長率（CAGR2020-2026）  為18%。

5G引領增長，GaN器件份額逐步提升：我國5G建設和應用保持在全球領先水平，根據工信部數據，2022年底5G基站總數將突破200萬個，  而5G建設也是GaN射頻器件的主要下游應用領域。

新能源驅動下游高速擴張：根據 Yole 預計，2019 年碳化硅功率器件的市場規模為 5.41 億美元，預計 2025 年將增長至 25.62 億美元，復合 年增長率約 30%。我們認為，受益于在電動汽車等下游應用的增長，導電型碳化硅襯底市場未來也將快速發展。

從應用端看，5年內新能源汽車的快速增長將成為碳化硅產業的近期增長引擎。2025-2030年，隨著充電樁設施完 善、光伏技術成熟，預計將會給碳化硅產業帶來第二、第三驅動力。

充電樁、光伏未來潛力無限：高壓領域，SiC還可以應用于電網、光伏、軌道交通等不同領域。光伏逆變器中碳化硅功率器件的占比有望近年逐步提升，據CASA預測，2025年光伏逆 變器中采用SiC的功率器件占比有望提升至50%。