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三代半导体价值量最高部分,SiC衬底国内厂商开始突破!

三代半导体价值量最高部分,SiC衬底国内厂商开始突破!

安信证券指出,衬底是碳化硅产业链最核心环节,价值量占比50%,壁垒很高,随着国产化开始突破,后续有望推动碳化硅产业链放量和降成本。

1)衬底是产业链最核心的环节,直接制约碳化硅应用放量

碳化硅材料属于第三代半导体,碳化硅产业链分为衬底材料制备、外延层生长、器件制造以及下游应用,衬底属于碳化硅产业链上游,制备工艺复杂,生长速度慢,产出良率低,是碳化硅产业链亟待突破的最核心部分,也是国内外厂商重点发力的环节。

根据CASA,产业链价值量集中于衬底环节,目前价值量占整个产业链50%左右。

与硅相比,碳化硅衬底制备技术壁垒高,成本远高于硅衬底。碳化硅衬底制备过程主要存在以下难点:

一是对温度和压力的控制要求高,其生长温度在2300℃以上;

二是长晶速度慢,7天的时间大约可生长2cm碳化硅晶棒;

三是晶型要求高、良率低,只有少数几种晶体结构的单晶型碳化硅才可作为半导体材料;

四是切割磨损高,由于碳化硅的硬度极大,在对其进行切割时加工难度较高且磨损多。

昂贵的时间成本和复杂的加工工艺使得碳化硅衬底的成本较高,限制了碳化硅的应用放量。随着国内外企业布局碳化硅衬底研发,尺寸不断扩大、良率逐渐提升,碳化硅衬底成本有望不断下降,提高下游应用市场渗透率。

2)下游市场多点开花,替代硅基材料进程加速

①新能源车:目前大多数新能源汽车的电压平台为400V,为提高电动汽车的充电速度、减轻器件重量,新能源汽车800V电压平台正在推进,对应的OBC、DC/DC及PDU等电源产品都需要升级,碳化硅器件在新能源汽车市场渗透率也将进一步提高。

预计到2025年新能源汽车中SiC功率半导体市场预计将以38%的年复合增长率增长。

②光伏领域:采用碳化硅器件可有效提高光伏发电转换效率。根据天科合达招股书,碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET与碳化硅SBD结合的功率模块的光伏逆变器,转换效率可从96%提升至99%以上,能量损耗降低50%以上,设备循环寿命提升50倍。

③5G领域:半绝缘型碳化硅衬底主要应用于制造氮化镓射频器件。

3)Cree等国际巨头占据主导地位,国内公司加速追赶

欧美国家在碳化硅产业的布局早先于我国,国际龙头企业市场占有率极高。

2020上半年全球半导体SiC晶片市场中,美国Cree出货量占据全球45%。

此外,Cree/II-VI等国际碳化硅衬底龙头企业的制备技术也领先于国内。Cree公司可批量供应4-6英寸导电型和半绝缘型碳化硅衬底,并成功研发8英寸衬底,先已开始建设8英寸产品生产线;贰陆公司也可实现4至6英寸碳化硅衬底的供应,并计划未来5年内,将SiC衬底的生产能力提高5至10倍。

而国内碳化硅衬底厂商仍以4英寸衬底供应为主。但是,国内碳化硅衬底企业发展态势良好,在较短时间内完成了4-6英寸衬底制备技术的研发,并持续积极投资碳化硅项目,以缩小与国际龙头企业的差距,有望实现追赶。

截至2021年,我国从事碳化硅衬底研制的企业已经有30家,近年来规划总投资已经超过300亿元,规划总产能已经超过180万片/年。露笑科技、山东天岳、天科合达等多家国内公司投资建厂。

资料来源:券商研报

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2021年11月25日 00:23
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