Si由于儲量豐富、技術成熟、成本低等特性,是引用最為廣泛的半導體材料,與Si相較,SiC禁帶寬度更大,熱導率、擊穿電場強度更高,在高頻、高溫、高壓等應用場景具有優勢,其中新能源汽車是SiC市場規模增長的主要推動力,光伏儲能也為重要應用領域之一。供給方面目前面臨產能不足的問題,需要產能擴張及襯底尺寸擴大滿足供需缺口,市場目前處于成長期,且仍舊由美日歐企業主導,各家巨頭通過長協訂單等方式鎖定產能,多維度搶占SiC市場。SiC作為功率器件行業皇冠上的明珠,發展正當時。

SiC高性能材料,適用于高壓、高頻場景。
與Si相交,SiC禁帶寬度更大,熱導率、擊穿電廠強度更高,在高壓高頻等應用場景具有優勢。與SI器件相較,SiC器件的特性有1)耐高溫,SiC器件的極限工作溫度為600以上,Si器件不能超過300。2)易散熱,SiC材料的熱導率是Si的2-3倍,因此SiC器件對散熱設計的要求更低。3)低損耗,相同規格下,SiCMOS的總能量損耗較SiIGBT降低70%。4)可實現更高的工作頻率。因此SiC器件適用于高頻率開關、650V-3.3kV高壓場景,目前制約SiC大規模應用的因素是價格,該行預計隨著上游襯底產能逐步釋放,良率提高,價格或將逐步降低。

SiC市場進入風口期。
根據Yole數據,全球SiC功率器件市場規模將從2019年的5.4億美元增加至2025年的25.6億美元,CAGR為30%,根據CASAResearch數據,2020-2025年中國SiC、GaN電力電子器件市場規模CAGR為45%,新能源汽車和光伏儲能是SiC功率器件增長的主要推動力。補能焦慮是新能源汽車阿喀琉斯之踵,汽車800V高壓平臺技術逐漸冒尖,使用SiC的新能源汽車系統成本或與使用Si器件成本相差不大,因此該行認為汽車高壓平臺涌現促進SiC器件滲透率提升。此外SiC器件能夠促進能源高效轉換,在光伏儲能領域也起著至關重要作用,CASA預計至2025年光伏逆變器中SiC器件占比將提升至50%。
產能擴張+襯底尺寸擴大是未來的趨勢。
SiC晶圓制造難度較大,全球SiC晶圓供給緊張,美國在SiC晶圓市占率較高,該行認為主因發達國家較早布局SiC晶圓片。各國紛紛布局SiC產業,通過產能擴張和擴大襯底尺寸緩解產能緊平衡的狀態,中國也在加大投資力度縮小與國外差距。中國與全球在SiC產業的差距表現有:1)襯底:目前全球SiC襯底從6吋向8吋逐漸演變,中國SiC商業化襯底以4吋為主,正在逐步向6吋過渡。2)外延:全球6吋SiC外延已商業化,且研制出8吋產品,而國內基本實現4-6吋外延供給。3)器件:全球SiC器件電流和電壓設計大于中國,全球量產SiC二極管電壓分布在600V-3300V,電流覆蓋2A-100A,SiC晶體管量產產品擊穿電壓主要分布在650V-1700V,導通電流超過100A,推出的SiCMOS最高導通電流和擊穿電壓分別為140A和6500V,而中國二極管覆蓋電壓為650V-1700V,電流達到50A,SiCMOS電壓覆蓋650V、1200V和1700V。
SiC行業技術壁壘較高。
SiC襯底成本在SiC器件制造成本中占比較高,目前PVT為主流晶體生長法,工藝難點包括1)生長環境苛刻,黑匣子操作難以控制;2)生長速度慢,晶體尺寸擴大難;3)SiC存在加工困難、制造效率低、制造成本高等問題。在器件制造過程中,主要挑戰在于設備和工藝以及材料的選擇和供應。
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