第三代半导体深度研究：碳化硅—第三代半导体核心材料

导语：为什么要重视第三代半导体？一方面是碳化硅作为第三代半导体材料，有着高温、高压、高频性能更优异特点，二是，碳化硅器件以衬底为核心，在晶圆制造中成本占比约55%，同时设备要求较低，国内半导体领域有望“弯道超车”。

1、行业简介

什么是第三代半导体？

因半导体的材料使用不同，将分为一代，二代、三代。第一代主要是硅和锗等元素半导体为代表，第二代半导体材料是以砷化镓为代表。第三代半导体材料是指以碳化硅、氮化镓为代表的半导体材料。

与两代半导体材料相比，第三代半导体材料禁带宽度大，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，更适用高电压、高频率场景。

2、 行业现状

第三代半导体以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料，用于高压、高温、高频场景。广泛应用于新能源汽车、光伏、工控等领域。因此第三代半导体研究主要是集中在材料特征研究，本文主要是研究碳化硅的产业结构。

碳化硅产业链主要分为衬底、外延、器件模块、设备四个大领域。

目前SiC衬底分半绝缘型碳化硅衬底和导电型碳化硅衬底，市场高度集中，国外Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ全面领先，山东天岳在半绝缘型市场份额达30%。

导电型碳化硅衬底市场 Wolfspeed 一家独大。Wolfspeed 凭借较早布局先发优势，在良率及产能上遥遥领先，2020 年占据 60%市场份额，Ⅱ-Ⅵ以11%市场份额位居第二。

上游衬底是碳化硅产业链最关键的环节，高品质碳化硅衬底的生产成本较高，目前6寸碳化硅衬底的价格在6500元-7000元人民币左右，导致第三代半导体推进速度很慢。随着规模化，不良率的提升、大尺寸化，2025年左右有望将至硅基器件的2倍左右。

3、行业产业链上下游

碳化硅产业链，主要分为衬底、外延、器件模块、设备四个大领域。目前碳化硅衬底是器件核心，成本占比约55%。

4、 行业的投资逻辑

1）价格下降，碳化硅产品渗透率有望提升

碳化硅器件产品价格高企是影响渗透率提升的关键要素，随着碳化硅晶圆大尺寸化，碳化硅衬底成本逐渐降低，保持10%-20%的跌幅，预计3-5年内价格将逐渐降为Si基产品的2倍左右，将极具性价比替代的Si基产品。

2）下游新能源汽车和光伏需求保持高景气

新能源汽车和光伏是SiC 器件最主要应用市场，行业年复合增速达34%。碳化硅基器件新能源汽车方面，应用于车载充电系统和电源转换系统，提高续航。碳化硅基器件主在光伏方面，主要应用逆变器中，提高能量转换效率（相较于硅基器件，碳化硅基器件的转换效率可从96%提升至99%以上，能量损耗降低 50%以上）。

5、行业的主要上市公司

截止2023年，A股碳化硅产业链公司；衬底环节：国内半绝缘型碳化硅衬底龙头，同时涉及的公司还有露笑科技、东尼电子。外延目前公司均为上市。器件环节：有华润微、新洁能、士兰微、斯达半导。模块环节有时代电气。整体产业链环节都涉及的主要是三安光电。