2023碳化硅行業(yè)調(diào)研：碳化硅市場持續(xù)高增長趨勢

• 黃文玉 2023年11月23日 來源：互聯(lián)網(wǎng) Yole 中國機床工具工業(yè)協(xié)會 444 22
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碳化硅由于化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好，除作磨料用外，還有很多其他用途，例如：以特殊工藝把碳化硅粉末涂布于水輪機葉輪或汽缸體的內(nèi)壁，可提高其耐磨性而延長使用壽命1～2倍;用以制成的高級耐火材料，耐熱震、體積小、重量輕而強度高，節(jié)能

隨著科技的快速發(fā)展，半導(dǎo)體行業(yè)也在不斷尋求新的材料和工藝，以實現(xiàn)更高的性能、更低的功耗和更小的尺寸。在這個過程中，碳化硅(SiC)作為一種新型的半導(dǎo)體材料，逐漸走入了人們的視線。碳化硅，是一種無機物，化學(xué)式為SiC，是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物，莫桑石。在C、N、B等非氧化物高技術(shù)耐火原料中，碳化硅為應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟的一種，可以稱為金鋼砂或耐火砂。

中國工業(yè)生產(chǎn)的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體。碳化硅有黑碳化硅和綠碳化硅兩個常用的基本品種，都屬α-SiC。①黑碳化硅含SiC約95%，其韌性高于綠碳化硅，大多用于加工抗張強度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等。②綠碳化硅含SiC約97%以上，自銳性好，大多用于加工硬質(zhì)合金、鈦合金和光學(xué)玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。此外還有立方碳化硅，它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體，用以制作的磨具適于軸承的超精加工，可使表面粗糙度從Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。

在電子領(lǐng)域，碳化硅功率器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于充電樁、充電器、電源、變頻器，逆變器等領(lǐng)域，能夠提高能源利用效率，減小設(shè)備體積和重量，降低成本。在醫(yī)療領(lǐng)域，碳化硅X射線探測器具有高靈敏度、低噪聲、高分辨率等優(yōu)點，有助于提高疾病診斷效率和治療效果。在汽車領(lǐng)域，碳化硅功率器件能夠提高車輛的能效和可靠性，減少維護成本，是新能源汽車發(fā)展的重要方向之一。

碳化硅由于化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好，除作磨料用外，還有很多其他用途，例如：以特殊工藝把碳化硅粉末涂布于水輪機葉輪或汽缸體的內(nèi)壁，可提高其耐磨性而延長使用壽命1～2倍;用以制成的高級耐火材料，耐熱震、體積小、重量輕而強度高，節(jié)能效果好。低品級碳化硅(含SiC約85%)是極好的脫氧劑，用它可加快煉鋼速度，并便于控制化學(xué)成分，提高鋼的質(zhì)量。此外，碳化硅還大量用于制作電熱元件硅碳棒。

以碳化硅材料為襯底的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括碳化硅襯底材料的制備、外延層的生長、器件制造以及下游應(yīng)用市場。在碳化硅襯底上，主要使用化學(xué)氣相沉積法(CVD 法)在襯底表面生成所需的薄膜材料，即形成外延片，進一步制成器件。應(yīng)用領(lǐng)域最終主要分為射頻器件(5G、國防等)和功率器件(能源等)。

碳化硅行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及競爭格局分析

近年來中國碳化硅功率器件市場規(guī)?？焖僭鲩L，其主要驅(qū)動因素之一是新能源汽車市場的快速滲透。2021年，新能源汽車占下游應(yīng)用市場的份額為38%。其次是消費類電源，占比為22%;光伏逆變器占據(jù)著15%的份額。

我國功率半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)歷個四個階段：拓荒時代、本土聯(lián)盟、結(jié)構(gòu)性變革和國產(chǎn)替代，我國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，總體呈現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈完整、廠家多、發(fā)展迅速等特點。截止2022年4月，中國功率半導(dǎo)體相關(guān)企業(yè)已超320家。主要分布在廣東(130家)和江蘇(56家)等東南沿海地區(qū)。功率半導(dǎo)體市場穩(wěn)中向好，全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模由2017年的441億美元增長至2022的年481億美元。2020年受疫情影響功率半導(dǎo)體市場規(guī)模有所下降，但2021年便恢復(fù)至459億美元。

碳化硅在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域中是第三代半導(dǎo)體材料代表之一，從碳化硅器件的制造成本結(jié)構(gòu)來看，襯底成本最大，占比達47%;其次是外延成本，占比為23%。這兩大工序是SiC器件的重要組成部分。其次分別為前段和研發(fā)費用，占比分別為19%和6%。根據(jù)數(shù)據(jù)，2018年和2021年碳化硅功率器件市場規(guī)模分別約4億和9.3億美元，復(fù)合增速約32.4%，受益于5G通信、國防軍工、新能源汽車和新能源光伏等領(lǐng)域的發(fā)展，碳化硅器件市場規(guī)模增速可觀。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2022-2027年中國碳化硅行業(yè)市場全景調(diào)研及投資價值評估研究報告》顯示：

從市場競爭格局來看，全球碳化硅器件市場格局仍由海外巨頭主導(dǎo)，以意法半導(dǎo)體、英飛凌、科銳、羅姆半導(dǎo)體等為代表的企業(yè)占據(jù)了大部分市場份額。國內(nèi)廠商中，比亞迪已經(jīng)在整車中率先使用SiC器件，比亞迪半導(dǎo)體率先實現(xiàn)了SiC三相全橋模塊在電機驅(qū)動控制器中的大批量裝車。

碳化硅分為黑碳化硅和綠碳化硅，2020年中國黑碳化硅產(chǎn)量為75萬噸，綠碳化硅產(chǎn)量為10.5萬噸，2021年中國黑碳化硅產(chǎn)量為90萬噸，綠碳化硅為11萬噸，產(chǎn)量相繼上漲。說明我國碳化硅行業(yè)發(fā)展前景及需求量較為良好。根據(jù)海關(guān)顯示，2020年受到全球疫情影響，中國碳化硅進口量急劇下降，2020年中國碳化硅進口量為1624.7噸，同比下降72.89%，隨著疫情態(tài)勢的放緩，中國碳化硅進口量有一定的恢復(fù)，2021年中國碳化硅進口量為3873.5噸，同比增長138.41%，增長可觀。

數(shù)據(jù)顯示，2018-2020年和2021上半年晶棒良率分別為41%、38.57%、50.73%和49.90%，襯底良率分別為72.61%、75.15%、70.44%和75.47%，綜合良率目前大約為37.7%。說明中國碳化硅的技術(shù)級層面有限，目前還沒有找到能提高綜合良率的辦法。在碳化硅器件各環(huán)節(jié)生產(chǎn)中，襯底的成本最高，為47%，第二為外延，占比12%，第三為前段，占比19%，這是碳化硅器件生產(chǎn)過程中最重要的三個環(huán)節(jié)，生產(chǎn)成本過高導(dǎo)致利潤收入減少，售價溢出就會降低產(chǎn)品的滲透率，從而阻礙碳化硅的發(fā)展。

2023年5月4日，從中科院物理所獲悉，該所科研團隊在碳化硅材料產(chǎn)業(yè)化方面再迎進展：國際知名半導(dǎo)體企業(yè)英飛凌科技近日發(fā)布公報稱，已與中國碳化硅材料供應(yīng)商天科合達簽訂一份長期供貨協(xié)議，以維護整體供應(yīng)鏈穩(wěn)定。后者正是中科院物理所產(chǎn)學(xué)研合作的產(chǎn)物。

碳化硅行業(yè)未來發(fā)展趨勢預(yù)測

隨著碳化硅(SiC)在電動汽車、新能源等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，市場需求不斷增長。近期，一批碳化硅項目集中開工，部分公司接到批量訂單，推動了碳化硅加速量產(chǎn)。

相關(guān)機構(gòu)表示，碳化硅市場高增長趨勢吸引業(yè)界激進投資，遠期規(guī)劃產(chǎn)能合計數(shù)已超遠期需求，未來供過于求將導(dǎo)致尾部廠商被出清，技術(shù)(降本能力)、產(chǎn)能(有效產(chǎn)能)、客戶關(guān)系為決定競爭格局的關(guān)鍵要素。

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