1、关键假设、驱动因素及主要预测
　　关键假设：
　　1）新能源汽车渗透率持续提升，SiC迎来上车导入期；2）国产材料商、设备商市场份额逐步提升。
　　驱动因素：
　　1）新能源汽车渗透率持续提升，我们预计未来三年全球装机量CAGR约30%。
　　2）衬底环节：国产SiC衬底片厂商良率持续提升、降低衬底成本，提升SiC应用渗透率；长切磨抛设备商打破国外垄断，加速国产化。
　　3）外延环节：国外外延设备产能不足、交期缓慢，利好国产替代。
　　主要预测：
　　1）我们预计到2025年全球/国内6寸碳化硅衬底片新增市场空间约380/156亿元，2023-2025年CAGR为78%/90%。
　　2）我们预计到2025年全球/国内6寸碳化硅单晶炉新增市场空间约100/40亿元，2023-2025年CAGR为63%/75%。
　　3）我们预计到2025年全球/国内6寸碳化硅切片设备新增市场空间约30/13亿元，2023-2025年CAGR约48%/58%。
　　4）我们预计到2025年全球/国内6寸碳化硅磨抛设备的市场空间约56/23亿元，2023-2025年CAGR约81%/94%。
　　5）我们预计到2025年全球/国内6寸碳化硅外延炉新增市场空间约130/53亿元，2023-2025年CAGR约75%/88%。
　　6）我们预计到2025年全球/国内6寸碳化硅激光切割设备新增市场空间约5/2亿元，2023-2025年CAGR约60%/71%。
　　2、我们与市场不同的观点
　　1）从行业趋势看，SiC上车是大势所趋。全球已有多家车企的多款车型使用SiC，2018年特斯拉率先在Model 3上搭载SiC，从此拉开了碳化硅大规模上车序幕，蔚来、比亚迪、吉利、现代汽车等车企纷纷跟进。
　　2）衬底材料端良率提升是关键，设备端生长、切片、研磨抛光各环节国产化率逐步提升。目前衬底的材料端与国外龙头差距主要在于良率，设备端国内长晶已基本实现国产化，切片&研磨抛光国产化率有待进一步提升。
　　3）外延设备由国外设备商主导，未来2-3年有望快速实现国产替代。意大利LPE、德国爱思强、日本的Nuflare占比达80%+，设备核心壁垒在于气体流量的控制，国内晶盛机电、北方华创等均在积极推进国产替代。
　　3、股价催化剂：SiC衬底&外延持续扩产，国产设备商订单落地，设备国产化率提升。
　　4、风险提示：新能源车销量不及预期的风险、碳化硅渗透率提升不及预期的风险、SiC设备国产化率提升不及预期、各家厂商技术研发不及预期。
　　投资要点
　　SiC行业概况：第三代半导体材料性能优越，新能源车等场景带动SiC放量。碳化硅（SiC）具有更高热导率、高击穿场强等优点，适用于制作高温、高频、高功率器件，新能源汽车是未来第一大应用市场，2027年新能源汽车导电型SiC功率器件市场规模有望达50亿美元，占比高达79%，全球已有多家车企的多款车型使用SiC，例如特斯拉、蔚来、比亚迪等，SiC迎来上车导入期。SiC产业链70%价值量集中在衬底和外延环节，其中衬底、外延成本分别占整个器件的47%、23%，后道的器件设计、制造、封测环节仅占30%。
　　 SiC衬底：材料端良率提升是关键，设备端生长、切片、研磨抛光各环节国产化率逐步提升。（1）衬底：随着下游持续扩产，我们预计全球/国内6寸碳化硅衬底片新增市场空间约380/156亿元，海外龙头起步较早，根据Yole，2020年海外厂商Wolfspeed等CR3达78%，国内龙头天科合达、天岳先进分别仅为3%，国内SiC衬底良率较低约50%，而海外龙头良率已达85%左右。（2）长晶：物理气相传输（PVT）最成熟，难点在于温度控制、杂质控制、生长速度缓慢等，随着国内SiC衬底加速扩产，我们预计2025年全球/国内6寸碳化硅单晶炉新增市场空间约100/40亿元，国内厂商已经较好的实现了碳化硅单晶炉的国产化，其中北方华创市占率超50%，晶升股份市占率约28%，晶盛机电设备自产自用。（3）切片：金刚线切割效率高、污染少，正逐渐代替砂浆切割，激光切片损耗少、效率高，有望替代金刚线成为新一代主流切割技术，我们预计到2025年全球/国内6寸碳化硅切片设备新增市场空间约30/13亿元，金刚线切割方面高测股份已推出分别兼容4-8英寸的SiC金刚线切片机并持续推进国产替代，激光切割方面大族激光和德龙激光市场份额各占约50%。（4）研磨抛光：我们预计2025年全球/国内6寸碳化硅磨抛设备的市场空间约56/23亿元，DISCO为龙头，国内迈为股份对标DISCO，推动设备国产化。
　　 SiC外延：国外设备商主导，未来2-3年有望快速实现国产替代。SiC外延需严格控制缺陷，工艺难度大，我们预计2025年全球/国内6寸碳化硅外延炉新增市场空间约130/53亿元，目前以意大利LPE（水平气流）、德国爱思强（垂直气流）、日本的Nuflare（垂直气流）为主，其MOCVD设备的核心差异是对气体流量的控制，国内晶盛机电、北方华创、芯三代、中电48所和深圳纳设智能等均在积极推进国产替代。此外在外延完成后，SiC仍需要激光划片进行晶圆的切割，我们预计2025年全球/国内6寸碳化硅激光切割设备新增市场空间约5/2亿元，国内德龙激光、大族激光市占率各50%。
　　投资建议：重点

研究报告全文：证券研究报告机械行业深度报告碳化硅设备行业深度报告SiC东风已来关注衬底与外延环节的材料设备国产化机遇勘误版证券分析师周尔双执业证书编号S0600515090001zhouesdwzqcomcn证券分析师刘晓旭liuxxdwzqcomcn研究助理李文意liwenyidwzqcomcn2023年9月14日SiC需求乘车而起材料设备商迎国产化机遇1关键假设驱动因素及主要预测关键假设1新能源汽车渗透率持续提升SiC迎来上车导入期2国产材料商设备商市场份额逐步提升驱动因素1新能源汽车渗透率持续提升我们预计未来三年全球装机量CAGR约302衬底环节国产SiC衬底片厂商良率持续提升降低衬底成本提升SiC应用渗透率长切磨抛设备商打破国外垄断加速国产化3外延环节国外外延设备产能不足交期缓慢利好国产替代主要预测1我们预计到2025年全球国内6寸碳化硅衬底片新增市场空间约380156亿元2023-2025年CAGR为78902我们预计到2025年全球国内6寸碳化硅单晶炉新增市场空间约10040亿元2023-2025年CAGR为63753我们预计到2025年全球国内6寸碳化硅切片设备新增市场空间约3013亿元2023-2025年CAGR约48584我们预计到2025年全球国内6寸碳化硅磨抛设备的市场空间约5623亿元2023-2025年CAGR约81945我们预计到2025年全球国内6寸碳化硅外延炉新增市场空间约13053亿元2023-2025年CAGR约75886我们预计到2025年全球国内6寸碳化硅激光切割设备新增市场空间约52亿元2023-2025年CAGR约60712我们与市场不同的观点1从行业趋势看SiC上车是大势所趋全球已有多家车企的多款车型使用SiC2018年特斯拉率先在Model3上搭载SiC从此拉开了碳化硅大规模上车序幕蔚来比亚迪吉利现代汽车等车企纷纷跟进2衬底材料端良率提升是关键设备端生长切片研磨抛光各环节国产化率逐步提升目前衬底的材料端与国外龙头差距主要在于良率设备端国内长晶已基本实现国产化切片研磨抛光国产化率有待进一步提升3外延设备由国外设备商主导未来2-3年有望快速实现国产替代意大利LPE德国爱思强日本的Nuflare占比达80设备核心壁垒在于气体流量的控制国内晶盛机电北方华创等均在积极推进国产替代3股价催化剂SiC衬底外延持续扩产国产设备商订单落地设备国产化率提升4风险提示新能源车销量不及预期的风险碳化硅渗透率提升不及预期的风险SiC设备国产化率提升不及预期各家厂商技术研发不及预期2投资要点SiC行业概况第三代半导体材料性能优越新能源车等场景带动SiC放量碳化硅SiC具有更高热导率高击穿场强等优点适用于制作高温高频高功率器件新能源汽车是未来第一大应用市场2027年新能源汽车导电型SiC功率器件市场规模有望达50亿美元占比高达79全球已有多家车企的多款车型使用SiC例如特斯拉蔚来比亚迪等SiC迎来上车导入期SiC产业链70价值量集中在衬底和外延环节其中衬底外延成本分别占整个器件的4723后道的器件设计制造封测环节仅占30SiC衬底材料端良率提升是关键设备端生长切片研磨抛光各环节国产化率逐步提升1衬底随着下游持续扩产我们预计全球国内6寸碳化硅衬底片新增市场空间约380156亿元海外龙头起步较早根据Yole2020年海外厂商Wolfspeed等CR3达78国内龙头天科合达天岳先进分别仅为3国内SiC衬底良率较低约50而海外龙头良率已达85左右2长晶物理气相传输PVT最成熟难点在于温度控制杂质控制生长速度缓慢等随着国内SiC衬底加速扩产我们预计2025年全球国内6寸碳化硅单晶炉新增市场空间约10040亿元国内厂商已经较好的实现了碳化硅单晶炉的国产化其中北方华创市占率超50晶升股份市占率约28晶盛机电设备自产自用3切片金刚线切割效率高污染少正逐渐代替砂浆切割激光切片损耗少效率高有望替代金刚线成为新一代主流切割技术我们预计到2025年全球国内6寸碳化硅切片设备新增市场空间约3013亿元金刚线切割方面高测股份已推出分别兼容4-8英寸的SiC金刚线切片机并持续推进国产替代激光切割方面大族激光和德龙激光市场份额各占约504研磨抛光我们预计2025年全球国内6寸碳化硅磨抛设备的市场空间约5623亿元DISCO为龙头国内迈为股份对标DISCO推动设备国产化SiC外延国外设备商主导未来2-3年有望快速实现国产替代SiC外延需严格控制缺陷工艺难度大我们预计2025年全球国内6寸碳化硅外延炉新增市场空间约13053亿元目前以意大利LPE水平气流德国爱思强垂直气流日本的Nuflare垂直气流为主其MOCVD设备的核心差异是对气体流量的控制国内晶盛机电北方华创芯三代中电48所和深圳纳设智能等均在积极推进国产替代此外在外延完成后SiC仍需要激光划片进行晶圆的切割我们预计2025年全球国内6寸碳化硅激光切割设备新增市场空间约52亿元国内德龙激光大族激光市占率各50投资建议重点推荐晶盛机电SiC衬底片外延炉迈为股份SiC研磨机高测股份SiC金刚线切片机德龙激光SiC激光切片划片机北方华创SiC长晶炉外延炉建议关注晶升股份SiC长晶炉大族激光SiC激光切片划片机纳设智能未上市SiC外延炉等风险提示新能源车销量不及预期的风险碳化硅渗透率提升不及预期的风险SiC设备国产化率提升不及预期各家厂商技术研发不及预期3目录行业概况第三代半导体材料性能优越1SiC新能源车等场景带动SiC放量SiC衬底材料端良率提升是关键设备端生2长切片研磨抛光各环节国产化率逐步提升SiC外延国外设备商主导未来2-3年有3望快速实现国产替代4本土重点公司5投资建议6风险提示411第三代半导体材料拥有宽带隙适用于高温高频高功率器件第一代半导体间接带隙窄带隙1950年起以硅Si为代表的半导体材料取代了笨重的电子管推动了以集成电路为核心的微电子产业迅速发展硅材料属于间接带隙电子跃迁至导带时需要改变动量光利用率低且带隙窄不耐压适用于低压低频中功率集成电路在光电子领域和高频高功率器件方面受限第二代半导体直接带隙窄带隙1990年起以砷化镓GaAs磷化铟InP为代表的半导体材料崭露头角属于直接带隙且具有相对宽的带隙载流子速度更快噪音更低其适用于制作高速高频大功率以及发光电子器件但受限于材料本身难以满足更高功率更高电压更高频率的器件需求第三代半导体直接带隙宽带隙近年来以氮化镓GaN碳化硅SiC为代表的半导体材料备受关注直接带隙宽带隙的物理特性使其具有更高热导率2倍高击穿场强10倍高饱和电子漂移速率2倍等优点适用于制作高温高频高功率器件在国防新能源汽车光伏储能等领域有广泛应用图半导体材料从第一代到第三代的发展过程图半导体材料性能对比主要材料SiGe第一代第二代第三代第一代材料特点低电压低频中功率项目半导体应用领域电子信息新能源光伏产业等SiGaAs4H-SiCGaN禁带宽度eV1121433234主要材料GaAsInP等砷化物和磷化物饱和电子漂移710102025第二代材料特点高频低噪声速率10cms半导体应用领域无线通信光通讯以及国防军工热导率15054413WcmK击穿电场强度主要材料金刚石等03043533第三代SiCGaNZnOMVcm半导体材料特点禁带宽度高电子迁移率应用领域国防新能源汽车光伏储能等1350800030002000cm2Vs5数据来源第三代宽禁带功率半导体及应用发展现状东吴证券研究所12SiC作为第三代半导体材料具有耐高压耐高频和耐高温的优势SiC作为第三代半导体材料具备诸多显著优势1耐高压SiC材料相比于Si材料具有10多倍的击穿场强因此可以通过更低的电阻率和更薄的漂移层实现更高的击穿电压相同的耐压值下SiC功率模块导通电阻尺寸仅为Si的110功率损耗大幅减少2耐高频SiC材料不存在电流拖尾现象能够提高元件的开关速度是硅Si开关速度的3-10倍从而适用于更高频率和更快的开关速度3耐高温SiC材料具有禁带宽度大约Si的3倍热导率高约Si的33倍熔点高2830约Si-1410的两倍的特点因此SiC器件在减少电流泄露的同时大幅提高工作温度图第三代SiC和第一代Si材料性能对比a低功耗SiC器件导通电阻仅为Si的110b耐高温SiC的带隙宽度是Si的3倍可防止漏电流流动并可在高温下运行c高速开关SiC高电子迁移率更高开关快d散热SiC的热导率约是Si的3倍散热快6数据来源三菱电机官网东吴证券研究所13新能源汽车光伏发电双轮驱动碳化硅产业放量新能源汽车和光伏发电领域是SiC器件主要应用场景1新能源汽车SiC器件主要应用在PCU动力控制单元如车载DCDC和OBC充电单元相比于Si器件SiC器件可减轻PCU设备的重量和体积降低开关损耗提高器件的工作温度和系统效率OBC充电时SiC器件可以提高单元功率等级简化电路结构提高功率密度提高充电速度2光伏发电领域SiC材料具有更低的导通电阻栅极电荷和反向恢复电荷特性使用SiC-Mosfet或SiC-Mosfet与SiC-SBD结合的光伏逆变器可将转换效率从96提升至99能量损耗降低50设备循环寿命提升50倍新能源汽车是未来第一大应用市场2027年全球导电型SiC功率器件市场规模有望达63亿美元2021-2027年CAGR达342027年新能源汽车导电型SiC功率器件市场规模有望达50亿美元占比高达79图SiC的主要器件和广泛应用场景图2021年导电型SiC器件市场规模单位百万美元新能源汽车787494充电设施和光伏12612工业6856315414轨道交通其他图2027年导电型SiC器件市场规模单位百万美元191113新能源汽车325509充电设施和光伏4587工业498679轨道交通其他7数据来源Yole东吴证券研究所14全球已有多款SiC车型量产交付SiC迎来上车导入期全球已有多家车企的多款车型使用SiC2018年特斯拉率先在Model3上搭载SiC从此拉开了碳化硅大规模上车序幕蔚来比亚迪吉利现代汽车等车企纷纷跟进特斯拉凭借先发优势以及Model3ModelY等主力车型热销一直是SiC装车的主力担当随着比亚迪汉EV蔚来ES6理想L9等热门车型的陆续上市SiC装车量得到进一步扩大据CleanTechnica2023年1-5月SiC车型超100万辆从行业趋势看SiC上车是大势所趋特斯拉曾在2023年3月初的投资者大会上表示将减少75的SiC用量一度引发SiC未来发展前景不明的猜测但近期全球汽车市场却用实际行动表达了对SiC的支持如全球第四大汽车集团Stellantis宣布已与多家供应商签订包括SiC在内的半导体合作协议总价值超80亿元博格华纳向安森美SiC产品下定金额超72亿元瑞萨电子也与Wolfspeed签署了一份为期10年的碳化硅晶圆供应协议等图全球已有多款SiC车型量产交付品牌车型上市交付时间2023上半年销量SiC合作方或供应商特斯拉Model32017年7月28日意法半导体Wolfspeed安森859095特斯拉ModelY2019年3月15日美比亚迪唐EV2018年12月47714比亚迪自研模块意法半导体比亚迪汉EV2020年7月26日4343博世欣锐Wolfspeed比亚迪海豹2022年7月29日42797蔚来汽车ES62019年Q228699蔚来汽车ES82017年12月3601蔚来汽车ET52022年9月4840自研电驱蔚来驱动科技安森蔚来汽车ET72022年3月1525美蔚来汽车ES72022年6月10440蔚来汽车EC72023年4月2220理想汽车L92022年6月21日42511苏州斯科三安8小鹏汽车G92022年10月7136斯达半导模块瞻芯电子数据来源爱集微东吴证券研究所15SiC产业链包括衬底-外延-器件-应用70价值集中在衬底外延碳化硅器件产业链主要包括衬底外延器件制造设计制造封测三大环节从工艺流程上看首先由碳化硅粉末通过长晶形成晶碇然后经过切片打磨抛光得到碳化硅衬底衬底经过外延生长得到外延片外延片经过光刻刻蚀离子注入沉积等步骤制造成器件SiC产业链70价值量集中在衬底和外延环节碳化硅衬底外延成本分别占整个器件的4723合计约70后道的器件设计制造封测环节仅占30这与硅基器件成本构成截然不同硅基器件生产成本主要集中在后道的晶圆制造约50碳化硅器件制造也包含晶圆制造但成本占比相对较小衬底成本占比仅为7SiC产业链价值量倒挂的现象说明上游衬底厂商掌握着核心话语权是国产化突破的关键图产业链衬底外延器件应用SiC---图碳化硅器件成本结构图硅基器件的成本结构9数据来源中商产业研究院亿渡数据东吴证券研究所目录行业概况第三代半导体材料性能优越1SiC新能源车等场景带动SiC放量SiC衬底材料端良率提升是关键设备端生2长切片研磨抛光各环节国产化率逐步提升SiC外延国外设备商主导未来2-3年有望3快速实现国产替代4本土重点公司5投资建议6风险提示1021衬底大尺寸有效降本国内外龙头均已成功研发8寸SiC衬底从电化学性质差异来看碳化硅衬底可以被分为导电型和半绝缘型半绝缘型电阻率较高电阻率105cm不易导电耐高压导电型电阻率较低电阻率区间为1530mcm导电能力强根据导电类型可以进一步分成N型空穴导电或者P型电子导电半导体半绝缘型SiC衬底GaN外延主要用于制造射频器件应用于5G通讯等领域导电型SiC衬底SiC外延主要用于制造功率器件应用于新能源汽车等领域大尺寸衬底有效摊薄成本成为行业趋势目前碳化硅衬底主流尺寸是46寸其中半绝缘型碳化硅衬底以4寸为主导电型碳化硅衬底以6寸为主大尺寸可以摊薄单位芯片的成本当衬底从6寸扩大到8寸时可切割出的碳化硅芯片32mm2数量有望从448颗增加到845颗增加了75目前国际上龙头企业的碳化硅衬底正从6寸往8寸发展国际龙头WolfspeedII-VI以及国内龙头天岳先进等都已成功研发8英寸衬底产品图碳化硅可根据电化学性质进行分类图碳化硅衬底的发展趋势是从6英寸向8英寸发展半绝缘型导电型8英寸电阻率105cm1530mcm6英寸200mm外延GaN等异质外延SiC同质外延功率器件肖特基二极器件微波射频器件管MOSFETP型适用高频高温环境高温高压电动汽车充电桩北应用5G通讯军工雷达伏新能源等11数据来源天岳先进招股书东吴证券研究所21衬底导电型Wolfspeed一家独大绝缘型天岳先进入围前三海外龙头起步较早长期垄断SiC衬底市场CR3达80海外龙头企业在碳化硅领域起步较早其中Wolfspeed和-公司在研发和产业化方面领先国内数十年例如Wolfspeed-的6寸半绝缘型碳化硅衬底量产时间早于国内天岳先进1510年根据Yole数据2020年海外厂商的SiC衬底CR3达78其中Wolfspeed市占率45罗姆收购SiCrystal市占率20位居第二国内龙头天科合达天岳先进仅为33导电型衬底Wolfspeed一家独大绝缘型衬底天岳先进入围前三2020年全球导电型SiC衬底依旧被WolfspeedII-VI罗姆垄断CR3高达90其中Wolfspeed市占率高达62一家独大半绝缘型衬底中天岳先进表现亮眼市占率约30仅次于全球龙头II-VIWolfspeed的3533图2020年全球导电型半绝缘型SiC衬底左导电型衬底中半绝缘型衬底右市场格局12数据来源Yole亿渡数据东吴证券研究所21衬底海外龙头积极扩产保障8寸碳化硅衬底批量供应海外企业已领先6寸碳化硅衬底供应并开始供应8寸衬底1美国Wolfspeed在2012年成功研制并规模化生产6寸碳化硅衬底全球首发2019年成功研制8寸碳化硅并宣布建设新工厂2022年Wolfspeed又宣布将投资高达13亿美元建造世界上最大的8英寸碳化硅材料工厂产能提高10倍以上2美国-在2015年成功研制8寸导电型SiC衬底2019年再次推出8寸半绝缘SiC衬底2021年II-VI表示未来5年内SiC衬底的生产能力将提高5-10倍包括68寸3日本Rohm在2009年收购老牌碳化硅衬底供应商SiCrystal切入市场2015年成功研发8寸碳化硅衬底2023年7月宣布新建8寸碳化硅晶圆厂预计2030年碳化硅产能提升35倍表国外龙头企业碳化硅衬底研究进展与产能规划公司6寸衬底进展8寸衬底进展产能成功研制2012年全球首次成功研制美国Wolfspeed2019年宣布产50-60万片年并规模化生产线建设计划通过收购Ascatron和2015年成功研制8寸导电美国-Innovion拥有6寸碳化硅型SiC衬底2019年推出850-60万片年衬底和外延的生产能力寸半绝缘SiC衬底成功研制并规模已经研发成功8寸碳化硅日本Rohm50-60万片年化生产衬底13数据来源亿渡数据Infineon中国经济网IT之家中国证券网面包板东吴证券研究所21衬底国内企业已具备6寸SiC衬底量产能力正积极布局8寸国内龙头在8寸衬底均有突破但产能方面仍有差距1天岳先进已经成功研发6英寸导电型碳化硅衬底23年5月已经实现6寸衬底交付处于产量的快速爬坡阶段30万片6寸衬底产能释放将早于原计划的2026年此外天岳也实现高质量8英寸产品的制备2天科合达同样已经实现6英寸导电型碳化硅衬底的量产2021年徐州生产基地6英寸系列产品产能达全国首位2023年公司计划实现8英寸导电型碳化硅衬底的小规模量产3晶盛机电晶越已经掌握了6英寸碳化硅的长晶技术和晶片加工工艺预期产能为40万片年此外晶盛机电已经掌握8英寸碳化硅衬底技术表国内企业碳化硅衬底研究进展与产能规划6寸衬底进展8寸衬底进展产能规划已实现6英寸导电型碳化硅衬已经研发8英寸产品生产线已过自天岳先进20-30万片年底产品量产主扩径实现高质量8英寸产品的制备已实现6英寸导电型碳化硅衬宣布将于2023年实现8英寸导电型天科合达20-30万片年底产品量产碳化硅衬底小规模量产晶盛机电已掌握行业领先的8英寸碳化硅衬底工艺和技术公司通过自有已具备6英寸碳化硅的长晶技籽晶经过多轮扩径成功生长出8英晶盛机电晶越40万片年术和晶片加工工艺寸N型碳化硅晶体解决了8英寸碳化硅晶体生长过程中温场不均晶体开裂气相原料分布等难点问题数据来源亿渡数据Infineon中国经济网东吴证券研究所1421衬底天科合达天岳先进6寸半绝缘型导电型衬底技术对标海外设备人才短缺导致国内衬底良率偏低半导体行业是技术密集型行业国内人才和技术水平相对缺乏且宽禁带半导体关乎国家军事安全受到海外严格出口限制因此由于设备人才短缺国内SiC衬底良率较低国内龙头天岳先进天科合达的良率只有50而海外Wolfspeed的良率已达85左右这导致国内碳化硅功率半导体器件的价格较高昂且市场渗透率较低天科合达天岳先进6寸衬底参数对标海外国内企业的大尺寸碳化硅衬底的量产进度仍与海外龙头有较大差距但在6寸衬底的技术参数上国内龙头天科合达天岳先进与海外WolfspeedII-VI不存在明显差距表6英寸半绝缘型碳化硅衬底参数对比表6英寸导电型碳化硅衬底参数对比产品性能WolfspeedII-VI天科合达天岳先进产品性能WolfspeedII-VI天科合达天岳先进1500mm1500mm15001500mm1500mm1500mm直径025未披露直径025未披露mm00-0500-05mm02mm02mmmmmmmm微管密度未披露01cm-25cm-205cm-2微管密度1cm-201cm-22cm-205cm-25面5面多型面积未披露不允许不允许多型面积未披露不允许不允许积积1106110111109c1108c电阻率范围0015-约0015-0015-cmcmmm电阻率范围0028cm002cm0025cm0025cm总厚度变化10m未披露6m10m总厚度变化10m未披露6m10m弯曲度绝未披露未披露30m25m弯曲度绝对值未披露未披露30m25m对值翘曲度40m未披露40m40m翘曲度40m未披露40m40m表面粗糙度未披露Ra05nmRa02nmRa02nm表面粗糙度未披露Ra05nmRa02nmRa02nm15数据来源天岳先进招股说明书东吴证券研究所1521衬底我们预计2025年全球6寸碳化硅衬底新增市场空间约380亿元我们预计到2025年6寸碳化硅衬底新增市场空间约380亿元其中导电型碳化硅衬底市场空间约260亿元新能源汽车Sic衬底为主要来源贡献市场空间约245亿元半绝缘型碳化硅衬底市场空间约120亿元核心假设16寸导电型碳化硅村底价格随良率提升而逐年降低2022-25年价格分别为6600630060005500元片2新能源汽车光伏逆变器风能变流器储能逆变器的SiC村底片用量分别为05003009005片台3碳化衬底占器件成本比例50表我们预计到2025年全球6寸碳化硅衬底新增市场空间约380亿元2023-2025年CAGR为78全球碳化硅衬底片市场空间测算2022A2023E2024E2025E导电型全球新能源汽车销量万辆11007143819122542碳化硅渗透率221020356寸碳化硅衬底片的单车需求量片辆305050505全球新能源汽车6寸碳化硅需求量万片41231072191445全球新增光伏装机量GW230325348380全球光伏逆变器需求量万台51386168015811540碳化硅渗透率6263442506寸碳化硅衬底片的单台需求量片台7003003003003全球光伏逆变器6寸碳化硅衬底片需求量万片856790143166193全球新增风电装机量GW107125137146全球风能变流器需求量万台43423937碳化硅渗透率243240486寸碳化硅衬底片的单台需求量片台009009009009全球风能变流器6寸碳化硅衬底片需求量万片901010102全球储能新增GWh4388159300全球储能逆变器需求量万台487106221844600碳化硅渗透率243240486寸碳化硅的单台需求量片台005005005005全球储能逆变器6寸碳化硅衬底片需求量万片10061744110全球轨道交通6寸碳化硅衬底片需求量万片110010010010016寸碳化硅衬底片售价元片126600630060005500全球6寸导电型碳化硅衬底片需求量万片19888021234753134891011全球6寸导电型碳化硅衬底片市场空间亿元1305541274261414131210000-新能源汽车6645311472447-风光储逆变器64101127168绝缘型全球射频器件市场空间亿元1367147216471822碳化硅器件渗透率78910碳化硅衬底价值量占比50556065全球半绝缘型碳化硅衬底市场空间亿元1547964888911846寸碳化硅衬底片市场空间合计亿元16141560912022163379816数据来源IEA等东吴证券研究所测算21衬底我们预计2025年国内6寸碳化硅衬底新增市场空间约156亿元我们预计到2025年6寸碳化硅衬底新增市场空间约156亿元其中导电型碳化硅衬底市场空间约108亿元新能源汽车Sic衬底为主要来源贡献市场空间约103亿元半绝缘型碳化硅衬底市场空间约47亿元核心假设16寸导电型碳化硅村底价格随良率提升而逐年降低2022-25年价格分别为6600630060005500元片2新能源汽车光伏逆变器风能变流器储能逆变器的SiC村底片用量分别为05003009005片台3中国半绝缘型衬底渗透率分为别323436540表我们预计到2025年国内6寸碳化硅衬底新增市场空间约156亿元2023-2025年CAGR为90中国碳化硅衬底片市场空间测算2022A2023E2024E2025E导电型中国新能源汽车销量万辆170690011621500碳化硅渗透率22618256寸碳化硅衬底片的单车需求量片辆305050505中国新能源汽车6寸碳化硅需求量万片4123527105188中国新增光伏装机量GW87118120124中国光伏逆变器需求量万台5527613543503碳化硅渗透率6313947556寸碳化硅衬底片的单台需求量片台7003003003003中国光伏逆变器6寸碳化硅衬底片需求量万片856741606469中国新增风电装机量GW0000中国风能变流器需求量万台24232119碳化硅渗透率263442506寸碳化硅衬底片的单台需求量片台009009009009中国风能变流器6寸碳化硅衬底片需求量万片901010101中国储能新增GWh113161108中国储能逆变器需求量万台822535891218碳化硅渗透率263442506寸碳化硅的单台需求量片台005005005005中国储能逆变器6寸碳化硅衬底片需求量万片1001041230中国轨道交通6寸碳化硅衬底片需求量万片110000000010016寸碳化硅衬底片售价元片126600630060005500中国6寸导电型碳化硅衬底片需求量万片9533511231975134891011中国6寸导电型碳化硅衬底片市场空间亿元63211674108714131210000-新能源汽车351706271031-风光储逆变器28414655绝缘型全球射频器件市场空间亿元190205229253碳化硅器件渗透率78910碳化硅衬底价值量占比50556065全球半绝缘型碳化硅衬底市场空间亿元154796488891184中国半绝缘型衬底渗透率1632343640中国半绝缘型碳化硅衬底市场空间亿元17151615223247176寸碳化硅衬底市场空间合计亿元181417224399156数据来源IEA等东吴证券研究所测算21碳化硅衬底的生产流程包括长晶切片研磨和抛光四个环节长晶核心环节通过物理气相传输法PVT在高温高压的条件下将碳化硅原料气化并沉积在种子晶上形成碳化硅单晶锭需要精确控制各种参数如温度压力气流硅碳比等以保证晶体的质量和纯度切片将碳化硅单晶锭沿着一定的方向切割成薄片由于碳化硅的高硬度和脆性切割过程需要使用特殊的工具如钻石线或多线切割机切割过程会造成晶片表面的刀痕和损伤层需要后续的研磨和抛光处理研磨去除切割造成的表面缺陷和控制晶片厚度根据研磨的目的和精度可以分为粗磨和精磨两个阶段研磨过程需要使用高硬度的磨料如碳化硼或金刚石粉抛光提高晶片表面光洁度和平整度抛光也可以分为粗抛和精抛两个阶段粗抛主要采用机械抛光方式使用较小粒径的硬磨料如B4C或金刚石等精抛主要采用化学机械抛光CMP方式利用化学腐蚀和机械磨损协同作用实现晶片表面的全局平坦化图碳化硅衬底生产流程图合成长晶碳化硅晶锭高纯碳粉硅粉碳化硅粉加工研磨抛光切片碳化硅衬底碳化硅晶片碳化硅晶棒18数据来源晶升股份招股书东吴证券研究所22长晶碳化硅晶体生长的主流方法是物理气相传输PVT碳化硅单晶炉的长晶方式晶体制备方法主要包括物理气相传输PhysicalVaporTransportPVT高温化学气相积淀HTCVD及液相外延LPE1物理气相传输PVT是最成熟的制备方法由于设备简单操作易控制运行成本低等优点国外厂商WolfspeedII-VISiCrystal国内厂商天岳先进天科合达晶盛机电均选择PVT法制备碳化硅晶体2HTCVD法的主要技术挑战是沉积温度的控制HTCVD法生长晶体纯度较高可实现近匀速晶体生长但良率较低长晶成本较高瑞典的Norstel和日本电装公司采用HTCVD方法3LPE法的主要技术挑战是生长速率和结晶质量的平衡LPE法生长的晶体质量高缺陷密度低但其生长速度缓慢生长长度受限日本的住友金属公司采用LPE方法表碳化硅单晶炉三种长晶方法长晶方式物理气相传输PVT高温化学气相积淀HTCVD液相外延LPE示意图将SiH4C2H4等反应气体通过载气从反应在高温区2000C将SiC粉末升华将SiC器的底部通入在中部热区发生反应并形成在1800C的温度下碳硅溶液共溶从过冷工艺气体沿着温度梯度输送在较冷的尾部SiCSiC簇升华至反应器顶端籽晶处生长工饱和溶液中析出SiC晶体籽晶凝聚为晶体艺温度为1800-2300C可制备高纯度高质量的半绝缘型碳化硅晶目前技术成熟度仍相对较低具有质量高目前国际主流大规模应用的晶体生长方法体具有工艺参数可调性产品多样性等优易扩径易实现稳定的P型掺杂长晶过程具有技术方案成熟生长过程简单设备成简介势受晶体生长设备高纯气体成本较高可观测等特点有望成为未来制备尺寸更大本低等特点技术难点主要为大尺寸衬底制生长工艺尚未成熟等因素制约商业化进展结晶质量更高成本更低的碳化硅单晶生备缺陷水平控制及良率提升缓慢未实现大规模应用长方法1919数据来源晶升股份招股书东吴证券研究所22长晶碳化硅晶体生长的主流方法是物理气相传输PVTPVT碳化硅单晶炉的晶体生长过程1将高纯碳化硅粉料置于单晶炉内的石墨坩埚底部并将碳化硅籽晶粘结在坩埚盖内部2通过电磁感应加热或电阻加热的方式令坩埚内的温度升高至2000以上并在坩埚内形成轴向温度梯度使籽晶处的温度略低于粉料处3碳化硅粉料分解成硅原子SiC2分子以及Si2C分子等气相物质在温度梯度的驱动下从高温区粉料向低温区籽晶输送在籽晶的碳面上按照籽晶的晶型进行有规律的原子排列使晶体逐渐增厚进而生长成碳化硅晶锭图PVT碳化硅单晶炉的设备构造图碳化硅单晶炉包含PVT感应加热电阻加热单晶炉TSSG单晶炉等类别产品20数据来源晶升股份招股书上海皓越电炉技术有限公司东吴证券研究所