2024年中國(guó)碳化硅行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀及行業(yè)發(fā)展技術(shù)壁壘

• 李基錦 2024年2月16日 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 964 60
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碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它被用于制造大功率電力電子器件，如二極管、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管、金氧半場(chǎng)效晶體管、絕緣柵雙極型晶體管及門極可斷晶閘管器件等。由于碳化硅功率器件能顯著降低電子設(shè)備的能耗，它們?cè)谛履茉雌嚒?/p>

碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它被用于制造大功率電力電子器件，如二極管、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管、金氧半場(chǎng)效晶體管、絕緣柵雙極型晶體管及門極可斷晶閘管器件等。由于碳化硅功率器件能顯著降低電子設(shè)備的能耗，它們?cè)谛履茉雌?、高鐵、太陽(yáng)能光伏、風(fēng)能、電力輸送、UPS不間斷電源等電力電子領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。此外，碳化硅還用于制造高性能的LED照明器件和高級(jí)耐火材料。

在工業(yè)應(yīng)用中，碳化硅因其高硬度、優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和耐磨性能而備受重視。它的硬度僅次于金剛石，且具有高熱導(dǎo)率和低熱膨脹系數(shù)，使其在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出色。此外，碳化硅還可用作電熱元件和脫氧劑，在煉鋼工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。

在新能源汽車領(lǐng)域，碳化硅功率器件可以提高電動(dòng)汽車的能源利用效率，降低整車能耗，延長(zhǎng)續(xù)航里程。在光伏發(fā)電領(lǐng)域，使用碳化硅功率器件的光伏逆變器可以提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率，帶來(lái)低成本和高效率。在軌道交通領(lǐng)域，碳化硅器件能夠提升軌道交通牽引變流器供電頻率，提升裝備應(yīng)用的靈活性和機(jī)動(dòng)性。在航空航天領(lǐng)域，碳化硅是制備航空發(fā)動(dòng)機(jī)的理想材料，可有效減小設(shè)備損耗。此外，碳化硅在5G通信、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年中國(guó)碳化硅行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析及投資前景預(yù)測(cè)研究報(bào)告》分析

從“十五”計(jì)劃開(kāi)始，中國(guó)政府就將發(fā)展集成電路、元器件等高科技領(lǐng)域作為重要任務(wù)。在“十三五”計(jì)劃期間，先進(jìn)半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展被明確寫入規(guī)劃中。而“十四五”規(guī)劃的出臺(tái)，進(jìn)一步圍繞新一代半導(dǎo)體、碳化硅等材料發(fā)布了促進(jìn)性政策，顯示出碳化硅行業(yè)在國(guó)家戰(zhàn)略中的地位。國(guó)家層面出臺(tái)的政策包括《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄(2019版)》和《“戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料”重點(diǎn)專項(xiàng)2020年度項(xiàng)目》等，旨在鼓勵(lì)和支持碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的襯底和外延環(huán)節(jié)、中游的器件和模塊制造環(huán)節(jié)，以及下游的應(yīng)用環(huán)節(jié)。其中，襯底制造是產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)壁壘最高、價(jià)值量最大的環(huán)節(jié)。全球碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)美國(guó)一家獨(dú)大的局面，美國(guó)在碳化硅領(lǐng)域布局較早，因此占據(jù)全球碳化硅襯底約60%的市場(chǎng)份額。大尺寸的晶圓也是碳化硅的發(fā)展方向，尺寸越大，單位襯底可制造的芯片數(shù)量越多，邊緣浪費(fèi)就越小，單位芯片成本越低。

碳化硅行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀

近年來(lái)，碳化硅在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展，成為市場(chǎng)上的熱門材料。在2021年，我國(guó)黑碳化硅的產(chǎn)量達(dá)到了90萬(wàn)噸，而綠碳化硅的產(chǎn)量為11萬(wàn)噸。碳化硅器件的成本分布中，襯底的成本占據(jù)了最大的比例，高達(dá)47%。這種由碳和硅組成的化合物半導(dǎo)體單晶材料具有許多優(yōu)越的性能，如禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、電子飽和漂移速率高等。這些特性使得碳化硅襯底能夠突破傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體器件及其材料的物理極限，開(kāi)發(fā)出更適應(yīng)高壓、高溫、高功率、高頻等條件的新一代半導(dǎo)體器件。

在無(wú)線通信基礎(chǔ)設(shè)施方面，5G技術(shù)的廣泛應(yīng)用對(duì)射頻器件提出了更高的要求。相比砷化鎵和硅基LDMOS射頻器件，以碳化硅為襯底的氮化鎵射頻器件因其優(yōu)越的導(dǎo)熱性能和在高頻段下的大功率射頻輸出能力，成為5G基站功率放大器的主流選擇。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年中國(guó)5G基站數(shù)量達(dá)到了142.5萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)100.7%。隨著5G技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，預(yù)計(jì)未來(lái)中國(guó)5G基站數(shù)量還將持續(xù)增長(zhǎng)。

在進(jìn)出口方面，我國(guó)碳化硅的出口量遠(yuǎn)大于進(jìn)口量，但進(jìn)出口數(shù)量波動(dòng)明顯。2020年受全球疫情影響，進(jìn)出口數(shù)量均出現(xiàn)了大幅度下降。然而，2021年中國(guó)碳化硅的出口數(shù)量同比增漲了374891噸，漲幅高達(dá)76.99%。同時(shí)，碳化硅的進(jìn)口數(shù)量也同比增長(zhǎng)了138.40%。進(jìn)出口金額方面，我國(guó)碳化硅的進(jìn)出口金額受進(jìn)出口數(shù)量影響波動(dòng)較大。盡管如此，2021年中國(guó)碳化硅的進(jìn)口金額同比增漲了54.81%，達(dá)到了1225萬(wàn)美元;出口金額同比增漲了58.04%，達(dá)到了34917萬(wàn)美元。

在進(jìn)出口均價(jià)方面，我國(guó)碳化硅的進(jìn)口均價(jià)在2017年后有所下降，但在2020年均價(jià)有所回升;而出口均價(jià)則波動(dòng)不大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年中國(guó)碳化硅的進(jìn)口均價(jià)為3.16美元/千克;出口均價(jià)為0.93美元/千克。

碳化硅行業(yè)的發(fā)展前景廣闊，其在新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，我國(guó)碳化硅產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)保持穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

碳化硅行業(yè)發(fā)展技術(shù)壁壘

原料純度要求高。碳化硅的制備需要高純度的原料，如高純度的硅和碳。原料中的雜質(zhì)會(huì)對(duì)碳化硅的性能產(chǎn)生不良影響，因此原料的提純技術(shù)是制備高質(zhì)量碳化硅的關(guān)鍵。

生長(zhǎng)條件苛刻。碳化硅晶體需要在高溫、高壓等極端條件下生長(zhǎng)。這些條件對(duì)設(shè)備的要求較高，生長(zhǎng)過(guò)程中還需要精確控制溫度、壓力等參數(shù)，以保證晶體的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

加工難度大。由于碳化硅具有高硬度、高脆性等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法難以對(duì)其進(jìn)行有效加工。因此，需要開(kāi)發(fā)針對(duì)碳化硅材料的特殊加工技術(shù)，如激光加工、離子束加工等。

器件制備工藝復(fù)雜。碳化硅器件的制備工藝相對(duì)復(fù)雜，需要多道工序和精確的工藝控制。同時(shí)，由于碳化硅材料的特殊性，器件的封裝和測(cè)試技術(shù)也需要相應(yīng)的發(fā)展。

可靠性問(wèn)題。碳化硅器件在高溫、高壓、高輻射等惡劣環(huán)境下工作時(shí)，容易出現(xiàn)性能退化、失效等問(wèn)題。因此，需要提高碳化硅器件的可靠性和穩(wěn)定性，以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

這些技術(shù)壁壘限制了碳化硅行業(yè)的快速發(fā)展，但同時(shí)也為行業(yè)內(nèi)的企業(yè)提供了技術(shù)創(chuàng)新和突破的機(jī)會(huì)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和突破，碳化硅行業(yè)的發(fā)展前景將更加廣闊。

了解更多本行業(yè)研究分析詳見(jiàn)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院《2024-2029年中國(guó)碳化硅行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析及投資前景預(yù)測(cè)研究報(bào)告》。同時(shí), 中研普華產(chǎn)業(yè)研究院還提供產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)、產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、園區(qū)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)招商、產(chǎn)業(yè)圖譜、智慧招商系統(tǒng)、IPO募投可研、IPO業(yè)務(wù)與技術(shù)撰寫、IPO工作底稿咨詢等解決方案。

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