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碳化硅发展历程

碳化硅是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时 误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂，1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，  也就是大家常说的艾奇逊炉，一直沿用至今。

自碳化硅被发现后数十年，发展进程一直较为缓慢。直到科锐（现更名为Wolfspeed）成立并 开始碳化硅的商业化，碳化硅行业在此后25年开始进入快速发展阶段。

1905年 第一次在陨石中发现碳化硅。

1907年 第一只碳化硅晶体发光二极管诞生。

1955年 理论和技术上重大突破，LELY提出生长高品质碳化概念，从此将SiC作为重要的电子材料。

1987年 以科锐（Wolfspeed）的研究建立了SiC生产线，SiC衬底开始商业化

1998年 Wolfspeed推出GaN-on-SiC新产品

2001年 2002年 英飞凌和 Wolfspeed分别推出首款小型 SiC 肖特基二 极管

2011年 Wolfspeed推出首款商用 SiC 功率 MOSFET

碳化硅优势

一、稳定高效，适用高压高频领域

第三代半导体材料是指以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料，具有击穿电场高、热导率高、 电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势，因此采用第三代半导体材料制备的半导体器件不仅能在更高 的温度下稳定运行，适用于高电压、高频率场景，还能以较少的电能消耗，获得更高的运行能力。

相比于Si，SiC具有 10 倍的击穿电场强度、 3 倍的禁带、2倍的极限工作温度和超过2倍的饱和电子 漂移速率。SiC 还具有 3 倍的热导率，这意味着 3 倍于Si的冷却能力。

二、节能+减重，新能源领域潜力广阔

罗姆通过输入WLTC（全球统一轻型车辆测试循环）行驶循环的模拟行驶试验条件，对逆变器进行 了采用第四代SiC MOSFET和IGBT的行驶电费试验。结果显示，采用SiC MOSFET总电费比IGBT  改善6%，市区模式改善10%。改善电力消耗也意味着，维持行车距离不变的情况下可以降低电池 电容。

另一方面，碳化硅基逆变器通过提高能量传导效率，可以做到比硅基逆变器更小更轻。罗姆在 Formula E电动方程式世界锦标赛中提供的SiC逆变器，将逆变器重量降低至9kg，相较传统逆变 器减重6kg。

产业趋势

产能向大尺寸转移：目前，碳化硅产业中衬底仍以4-6英寸为主。若将尺寸由6英寸提高至8英寸，SiC的单片面积将增大 77.8%，可利用面积大大提高。大直径衬底能够有效降低器件制备成本，以直径 6英寸衬底为例，  使用直径 6英寸衬底相对直径 4英寸衬底能够节省大约 30%的器件制备成本。

衬底供不应求，产能持续扩张：据 CASA Research 整理，国际龙头纷纷大力完善产业布局，强化竞争优势，持续加大衬底产能的 扩张。据各公司官网披露，Wolfspeed投资近 10 亿美元进行扩产，预计在2017-2024间整体产能 将扩大30倍；ROHM计划在2017年-2024 年间产能扩充 16 倍；II-VI 计划5年内产能扩充 5-10 倍。

规模效应渐显，价格逐渐降低：近年来，半绝缘型及导电型衬底的单价都在逐年递减，我们预计随着全球产能扩张逐步落地，未来3 年内衬底单价将会继续下降，从而有助于加速碳化硅下游渗透率整体提升。据CASA预测，随着SiC上游衬底、外延价格下降，预计 SiC 二极管和 SiC MOSFET 等器件的价格 每年以超过 10%的速度下降，并逐步取代 Si 器件。

碳化硅市场

目前碳化硅衬底市场以海外厂商为主导，国内企业市场份额较小。碳化硅衬底产品的制造涉及设备 研制、原料合成、晶体生长、晶体切割、晶片加工、清洗检测等诸多环节，需要长期的工艺技术积 累，存在较高的技术及人才壁垒。

碳化硅应用

碳化硅基氮化镓占据主导地位：在RF GaN行业，一切都始于GaN-on-SiC技术。20多年前推出的GaN-on-SiC现在是RF功率应用中 LDMOS和GaAs的重要竞争对手。射频（RF）GaN的两个市场驱动因素仍然是5G电信和国防。卫星 通信（SatCom）和消费类手机等新兴细分市场也代表着新的机会。据Yole预测，GaN RF市场的总 价值将在2020年-2026年间从8.91亿美元增加到24亿美元以上，复合年增长率（CAGR2020-2026）  为18%。

5G引领增长，GaN器件份额逐步提升：我国5G建设和应用保持在全球领先水平，根据工信部数据，2022年底5G基站总数将突破200万个，  而5G建设也是GaN射频器件的主要下游应用领域。

新能源驱动下游高速扩张：根据 Yole 预计，2019 年碳化硅功率器件的市场规模为 5.41 亿美元，预计 2025 年将增长至 25.62 亿美元，复合 年增长率约 30%。我们认为，受益于在电动汽车等下游应用的增长，导电型碳化硅衬底市场未来也将快速发展。

从应用端看，5年内新能源汽车的快速增长将成为碳化硅产业的近期增长引擎。2025-2030年，随着充电桩设施完 善、光伏技术成熟，预计将会给碳化硅产业带来第二、第三驱动力。

充电桩、光伏未来潜力无限：高压领域，SiC还可以应用于电网、光伏、轨道交通等不同领域。光伏逆变器中碳化硅功率器件的占比有望近年逐步提升，据CASA预测，2025年光伏逆 变器中采用SiC的功率器件占比有望提升至50%。