黄金十年：SiC功率大力扩产应对需求爆发，国内企业有望同步成长

（报告出品方/作者：国盛证券郑震湘佘凌星刘嘉元）

一、汽车电子驱动SiC功率市场黄金十年

1.1功率器件下游应用分布广泛，需求景气度抬升

化合物半导体主要应用于（1）光电子，如LED、激光器等；（2）射频通信，如PA、LNA。开关、滤波器等；（3）电力电子，如二极管、MOSFET、IGBT等。

GaAs、GaN受益于5G终端及基站，SiC受益于新能源汽车。

第二代化合物GaAs相对成熟，主要用于通讯领域，全球市场容量接近百亿美元，受益于射频芯片尤其是PA升级驱动。

GaN大功率、高频性能更出色，主要应用于军事领域，受益于基站PA对高频、高压需求；SiC主要作为高功率半导体材料应用于汽车以及工业电力电子，在大功率转换应用中具有巨大的优势，有望受益于新能源汽车。

第三代化合物半导体渗透率稳步提升。

根据Yole和Omdia，2020年SiC和GaN功率半导体全球市场将增长至8.54亿美元，其中SiC电力电子市场规模约7.03亿美元，到2025年有望超过30亿美元。

综合Yole、IHS、Gartner等多家三方机构数据，2020年全球功率半导体器件市场规模约180~200亿美元，SiC、GaN电力电子器件渗透率约为4.2%~4.5%，同比提升1%。

国内第三代半导体市场快速成长，渗透率仍有较大提升空间。

根据CASA统计，2020年我国第三代半导体电力电子和射频电子总产值超过100亿元，同比增长69.5%。

其中，SiC、GaN电力电子产值规模达44.7亿元，同比增长54%，衬底材料约2.2亿元，外延及芯片约5亿元，器件及模组约7.2亿元，装臵约30亿元，与前几年相比，中下游的增速加快。据中国半导体行业协会数据，2020年国内SiC、GaN电力电子器件渗透率仅1.56%，低于全球的4.2%~4.5%的水平，仍有较大上升空间。

根据CASA，未来5年SiC、GaN电力电子器件应用市场有望以45%的CAGR增长到2025年的超过300亿元市场规模。

第三代半导体材料器件在新能源汽车、太阳能光伏和消费类电源（PFC）三个领域应用取得较大进展。

我国第三代半导体电力电子器件领域主要应用于新能源汽车、消费类电源（PFC）、光伏逆变器、快充电源、工业级商业电源等。

其中，新能源汽车是第三代半导体电力电子器件领域最大的市场，规模约为15.8亿元，占到整个第三代半导体电力电子器件市场规模的38%。

随着SiC分立器件或模块在汽车逆变器、车载充电器（OBC）和DC/DC转换器中被广泛使用，CASA预计国内SiC汽车领域CAGR有望达到30.6%，到2025年市场规模超45亿元，预计全球汽车SiC功率半导体市场预计将以38.0％的CAGR增长至2025年超过100亿元市场规模。

1.2碳化硅：高压、大功率器件核心材料

SiC作为第三代化合物半导体，相比Si具有大禁带宽度、高临界击穿场强、高热导率三个最显著特征。

4H-SiC的禁带宽度是Si的3倍，因此SiC材料能够在更高温（如汽车电子）下稳定工作。

SiC的临界击穿场强可以达到Si的10倍，与Si器件相比，SiC可以在更高杂质浓度、更薄漂移层厚度的情况下制作出高耐压功率器件。

从而同时实现“高耐压”、“低导通电阻”、“高频”三个特性。SiC的导热率可达Si的3倍，因此能够提高热传导能力。

随着电子元器件集成度提升，功率和密度增大，单位体积发热量增加，高导热率的材料有利于元器件向更小型化发展。

SiC在高电压、高功率领域应用具有优势。

由于SiC材料具有耐高温、耐高压、低导通电阻（低开关损耗）、高频等优良特性，因此应用于汽车电子、光伏、轨道交通、工业控制等领域将带来比Si材料更显著的优势。

目前SiC半导体仍处于发展初期。

SiC衬底处于行业上游，1970年代SiC单晶生长方法取得突破，1990年代SiC衬底实现产业化。SiC衬底本身具有较高的成本。

SiC外延材料和SiC基电力电子器件性能及其可靠性仍然受到衬底结晶缺陷、表面加工质量的制约。

晶圆生长过程中易出现材料的基面位错，以致SiC器件可靠性下降。另一方面，晶圆生长难度导致SiC材料价格昂贵，想要大规模得到应用仍需一段时期的技术改进。

目前市场上SiC产品主要包括SiC二极管、SiCMOSFET、SiC二极管与SiCMOSFET构成的全SiC模块、以及SiC二极管与SiIGBT构成的混合模块这四大类产品。

SiC裸片目前主要出售给大客户。SiC二极管在挖矿机、数据中心电源、充电桩中有批量的商业应用。

SiCMOSFET应用于光伏逆变器、充电桩、电动汽车充电与驱动、电力电子变压器等。

SiC二极管在功率因素校正（PFC）中应用较广，是SiC器件主要的应用领域。

当前的SiC器件主要包括纯肖特基接触的SBD器件和带有p型注入的结势垒型JBS器件。电压集中在650V、1200V。

SiCMOSFET兼具耐高压和无尾电流的优点。

Si材料器件会随着电压增加，单位面积导通电阻增加，因此600V以上的电压中主要采用IGBT，IGBT导通电阻比MOSFET还要小，但缺点在于关断时会产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。

SiC器件漂移层电阻比Si器件低，SiCMOSFET能够实现高耐压和低导通电阻，且MOSFET原理上不产生尾电流，所以用SiC-MOSFET替代IGBT能够明显地减少开关损耗，并且实现散热部件的小型化。

SiCMOSFET相比IGBT，还能在高频条件下驱动，从而实现无源器件的小型化。与600V～900V的SiMOSFET相比，SiCMOSFET芯片面积更小（可实现小型封装），且体二极管的恢复损耗非常小，适用于工业机器电源、高效率功率调节器的逆变器或转换器中。

目前SiC基电力电子器件已经广泛应用于光伏、功率因子校正电源、汽车、风电及牵引机车行业。

汽车领域已经较为广泛搭载SiCSBD和SiCMOSFET。

据Yole统计，2018年，国际上有20多家汽车厂商已经在车载充电机（OBC）中使用SiCSBD或SiCMOSFET。

此外，特斯拉Model3的逆变器采用了意法半导体生产的全SiC功率模块，该功率模块包含两个采用创新芯片贴装解决方案的SiCMOSFET，并通过铜基板实现散热。

目前针对车用电机控制器的SiC模块主要包括：650V、900V和1200V三个电压等级，电流从几十安培到几百安培不等。

SiC和GaN这两种第三代半导体材料均可作为MOSFET器件材料。

基于其自身特性的差异，600~900V应用采用GaN器件的居多，900V以上应用采用SiC器件的居多。

此外，当前已有较多的GaNFET器件应用在高端的DC-DC转化器中，SiCMOSFET的使用也会逐渐增多，但分别应用在不同的场景和领域：SiCMOSFET主要应用在高压大电流的模块，GaNFET主要应用在高频的模块。

在高压、超高压器件，SiC的优势尤为明显。

目前600V、1200V、1700VSiC器件已实现商业化，预期未来3300V（三菱电机已经生产出来）和6500V级、甚至万伏级以上的应用需求将快速提升。

SiC混合模块的电流可以做到1000A以上，与相同电流电压等级的Si模块比较，性能优势较为明显，成本和可靠性方面相对于全SiC模块较易被用户接受，因此，在要求有高电能转换效率的领域具有较大的应用市场。

随着SiC产品向高压大容量方向发展，SiC产品的应用领域、应用量都会越来越多。但在600V及以下小容量换流器中，在面临现有SiMOSFET强有力竞争之外，还可能会受到GaN器件的冲击。

1.3多因素推动，SiC大规模运用甜蜜点到来

尽管SiC功率器件在性能上有诸多优势，但此前SiC的发展主要受到价格、晶圆质量、工艺技术等限制，没有被大规模使用。

近两年，起步较早的Wolfspeed、Rohm、英飞凌等海外厂商不断进行产品迭代，产品性能、质量持续提升；晶圆良率提升，尺寸升级，产能扩充，衬底价格快速下探，我们认为SiC器件广泛应用的甜蜜点已经到来。

1.3.1产品升级迭代，性能及稳定性提升打开更大应用市场空间

自Wolfspeed发布2011年发布业界首款SiCMOSFET以来，罗姆、三菱电机、意法半导体、英飞凌等陆续也推出SiC功率产品并持续进行迭代。

衬底质量不断提升。

SiC外延材料和SiC基功率器件性能及可靠性受到衬底结晶缺陷、表面加工质量的制约，晶圆生长过程中易出现材料的基面位错，以致SiC器件可靠性下降。

2020年以来，国外6英寸SiC衬底产品已实现商用化，主流大厂陆续推出8英寸衬底样品并开始投建8英寸SiC晶圆产线，微管密度达到0.6cm-2。SiC外延方面，6英寸产品实现商用化。

国内SiC商业化衬底仍然以4英寸为主，并逐步向6英寸过渡，微管密度小于1个/cm2，衬底可用面积实现95%。

研发方面，实现了高质量6英寸衬底材料的制备，微管密度为0.5个/cm2，螺位错密度为1200个/cm2。

SiC功率晶体设计不断迭代，产品性能持续提升。

随着SiC功率晶体设计的不断发展，各厂商近年来持续进行产品升级迭代，可靠性和性能大幅提升。

目前已量产的增强型碳化硅功率晶体的晶粒结构主要有平面式（planar）和沟槽式（trench）两种。平面式结构设计较为简单，沟槽式在制造过程中多一步栅槽刻蚀工艺。

沟槽式结构能够更有效利用较高的电子迁移率，达到更低的通态电阻。

以Rohm的第三代沟槽栅极SiCMOSFET为例，相比第二代产品，第三代采用了沟槽型栅极结构，将RonA减小了一半，获得相同导通电阻所需要的芯片面积有所减小，还可以降低成本。

此外，Rhom通过采用特殊双沟槽结构（Doubletrench），解决了沟槽栅极MOSFET结构底部的栅极氧化膜在关断时会承受较高的电场，难以保证长期可靠性的问题（英飞凌采取非对称沟槽式（AsymmetricTrench）结构解决这一问题）。

英飞凌依托在Si基功率器件领域强大实力，2016年推出的SiCMOSFET产品基于CoolSiC™沟槽栅设计，面向光伏逆变器、电池充电设备及储能装臵，其系统性能在功率转换开关器件的优值系数（FOM）值上取得了巨大改进，从而带来更高的效率和功率密度，以及更低的系统成本。

英飞凌即将推出的第二代产品已经处于成熟开发阶段，性能预计较第一代再提升25-30%，同时可靠性进一步提升，有望打开更大的应用市场空间。

1.3.2SiC成本下降迎来价格甜蜜点

DieSize和成本是SiC技术产业化的核心变量。我们比较目前市场主流1200V硅基IGBT及SiC基MOSFET，可以发现SiC基MOSFET产品较Si基产品能够大幅减少DieSize，且表现性能更好。

但是最大阻碍仍在于WaferCost，根据yoledevelopment测算，单片成本SiC比Si基产品高出7~8倍。

目前SiC主流尺寸处于4英寸向6英寸过渡阶段。

单晶尺寸的增加往往会伴随结晶质量的下降，SiC衬底从1~8英寸不等，主流尺寸为4~6英寸。由于尺寸越大，生产效率越高，但生产品质控制难度越高，因此目前6英寸主要用于二极管，4英寸主要用于MOSFET。

由于6英寸的硅晶圆产线可以升级改造成用于生产SiC器件，所以预计6英寸SiC衬底的高市占率会维持较长时间。

未来5年内驱动SiC器件市场增长的主要因素将由SiC二极管转变为SiCMOSFET。

目前，SiC电力电子器件市场的主要驱动因素是功率因数校正（PFC）和光伏应用中大规模采用的SiC二极管。

然而，得益于SiCMOSFET性能和可靠性的提高，3~5年内，SiCMOSFET有望在电动汽车传动系统主逆变器中获得广泛应用，未来5年内驱动SiC器件市场增长的主要因素将由SiC二极管转变为SiCMOSFET。

SiC成本下降依赖于尺寸增加、可用厚度增加和缺陷密度下降。伴随大直径衬底占比不断提高，衬底单位面积生长成本下降。单晶可用厚度在不断增加。以直径100mm单晶为例，2015年前大部分单晶厂商制备单晶平均可用厚度在15mm左右，2017年底已经达到20mm左右。

伴随衬底结晶缺陷密度下降的同时，工艺复杂程度增加。在大部分衬底提供商完成低缺陷密度单晶生长工艺及厚单晶生长工艺研发后，衬底单位面积价格会迎来相对快速的降低。

SiC电力电子器件价格进一步下降，与同类型Si器件价差缩小。

根据CASA，Mouser，从公开报价来看，2020年底650VSiCSBD均价为1.58元/A，同比下降13.2%，与Si器件的价差约3.8倍；1200VSiCSBD均价为3.83元/A，同比下降8.6%，与Si器件的差距约4.5倍。

根据CASA调研，实际成交价低于公开报价，650VSiCSBD实际成交价格约0.7元/A，1200VSiCSBD价格约1.2元/A，约为公开报价的60%-70%，同比则下降了20%-30%，实际成交价与Si器件价差已经缩小至2-2.5倍之间，已经达到了甜蜜点。

若考虑系统成本（周边的散热、基板等）和能耗等因素，SiC产品已经具备一定竞争力，随着产业链技术更加成熟和产能不断扩充，未来在下游新能源汽车、光伏逆变、消费类电子等市场应用有望加速渗透。

1.4新能源汽车是SiC器件最重要驱动力

随着全球对于气候变暖、二氧化碳减排的认知不断提升，各国政府陆续推出一系列燃油车禁售目标及新能源车补贴措施，例如我国《新能源汽车产业发展规划（2020-2035）》提出到2025年新能源汽车新车销量占比达到25%左右。

车企也纷纷制定新能源车销量占比目标，例如奥迪预计到2025年其新能源车型销量占比达到40%，沃尔沃计划2025年达到50%，2030年达到100%，宝马预计到2030年新能源车型销量占比达到50%等等。新能源汽车的高速发展为第三代半导体功率器件带来广阔应用空间。

新能源汽车将是SiC器件需求规模大幅增长的主要推动力。

按照SiC功率器件应用发展来看，初期SiC器件主要用于PFC电源领域，过去十年SiC在光伏及一些能源储存系统中被广泛，未来十年，新能源汽车、充电设施、轨道交通将是SiC器件需求规模大幅增长的主要推动力。

根据Yole，2019年SiC全球市场规模超过5.4亿美元，到2025年将达到25.6亿美元，CAGR30%，其中新能源汽车占比最高，2025年市场规模将达到15.5亿美元，CAGR38%，充电桩增速高达90%。

新能源汽车系统架构中涉及到SiC应用的系统主要有电机驱动器、车载充电器（OBC）/非车载充电桩和电源转换系统（车载DC/DC）。

SiIGBT具有导通压降小、耐压高、开关速度快的优势，目前大量应用于新能源汽车的OBC、DC/DC和电机控制器中。

未来SiC器件将在新能源汽车应用中具有更大优势。IGBT是双极型器件，在关断时存在拖尾电流，因此关断损耗大。

MOSFET是单极器件，不存在拖尾电流，SiCMOSFET的导通电阻、开关损耗大幅降低，整个功率器件具有高温、高效和高频特性，能够提高能源转换效率。

电机驱动：电机驱动中使用SiC器件的优势在于提升控制器效率，提升功率密度和开关频率，减少开关损耗以及简化电路散热系统，从而降低成本、大小，改善功率密度。

丰田的SiC控制器将电驱动控制器体积减小80%。

电源转换：车载DC/DC变换器的作用是将动力电池输出的高压直流电转换为低压直流电，从而为动力推进、HVAC、车窗升降、内外照明、信息娱乐和一些传感器等不同系统提供不同的电压。

使用SiC器件可降低功率转换损耗并实现散热部件的小型化，从而减小变压器体积。

充电模块：

车载充电器和充电桩使用SiC器件，能够发挥其高频、高温和高压的优势，采用SiCMOSFET，能够显著提升车载/非车载充电机功率密度、减少开关损耗并改善热管理。

根据Wolfspeed，汽车电池充电机采用SiCMOSFET在系统层面的BOM成本将降低15%；在400V系统相同充电速度下，SiC充电量较硅材料可以翻倍。

-非车载直流快速充电机：

将输入的外部AC转换为电动汽车所需的DC电源，并将其存储在电池中。SiC的高开关速度是新型快速充电器的核心。

车载蓄电池充电机（OBC）：

将来自电池子系统的DC电源转换为主驱动电机的AC电源。在插入外部电源充电时，OBC的整流电路将AC电源转换为DC电源，为蓄电池充电。

OBC系统还可以通过再生制动收集车辆动量产生的动能，并送到电池。与硅相比，SiCOBC体积小60％，器件热量和能量损失都更少。

特斯拉引领行业潮流，率先在逆变器上使用SiC。

特斯拉Model3的电驱动主逆变器采用意法半导体的全SiC功率模块，包含650VSiCMOSFET，其衬底由科锐提供。

目前特斯拉仅在逆变器中引用了SiC材料，未来在车载充电器（OBC）、充电桩等都可以用到SiC。

大陆电动车龙头厂比亚迪汉四驱版是国内首款在电机控制器中使用自主研发SiC模块的电动汽车。

借助SiC的低开关及导通损耗及高工作结温特性，汉EV的SiC模块同功率情况下体积较硅IGBT缩小一半以上，功率密度提升一倍。

根据比亚迪，公司计划到2023年，在旗下所有电动车中用SiC功率半导体全面替代IGBT。

2020年12月，比亚迪半导体公布目前在规划自建SiC产线，预计2021年建成自有SiC产线。

目前汽车SiC模块供应链厂商主要从四个维度进军市场。

SiC模组厂商与Tier1厂商合作：以罗姆为代表，2020年6月，罗姆与大陆集团（Continental）动力总成事业群纬湃科技（VitescoTechnologies）达成合作协议，共同开发SiC动力解决方案，纬湃科技将首选合作伙罗姆提供的SiC功率器件，提升电动汽车功率电子效率；

领先功率器件及模块厂商：

在全球Si功率器件领先的英飞凌、安森美、ST意法半导体等厂商在SiC材料功率器件同样具备优势。

衬底厂商垂直整合：

以II-VI为代表，通过收购SiC器件厂商，及GE的SiCIP授权，垂直整合SiC业务；

电动汽车OEM厂商同时也是Tier1：

例如比亚迪，不仅是整车厂，比亚迪半导体具备自主研发SiC模块能力。

车用SiC器件渗透率提升有望带来市场规模快速扩张。

据Yole统计，新能源汽车是SiC功率器件下游最重要的应用市场，预计到2024年新能源车用SiC功率器件市场规模将达到近12亿美元。

2018年国际上有20多家汽车厂商已经在车载充电机（OBC）中使用SiCSBD或SiCMOSFET。

目前以特斯拉Model3、比亚迪汉为代表的车型在逆变器中采用SiC功率模块只是车用SiC器件的起步，未来随着SiC在车载充电器、DC/DC转换以及充电桩中渗透率提升，市场空间有望快速扩大。

仅考虑逆变器的使用，新能源车将消耗绝大部分SiC衬底产能；如果考虑车载OBC、充电桩、DC/DC的SiC使用渗透提升，需求量将更大。

从产能角度来看，以特斯拉Model3为例估算，根据拆解图，主逆变器中有24个SiC模块，每个模块2个SiCMOSFET，共需要48颗芯片。

一个6寸片面积约为8.8辆车所消耗的SiCMOSFET芯片面积，假设10%边缘损耗和60%良率，则单个6寸片足够供应约4.7辆车。Model3/Y2019年交货量30万辆，消耗6.4万片SiC，约占当年全球产能24%。

尽管SiC产业链在快速扩产，预计2025年产能为2019年的10倍，中期测算，仅考虑逆变器的搭载，新能源汽车将占SiC衬底产能50%。

根据Yole及科锐业务情况，科锐预计到2024年，其SiC晶圆可服务市场规模约11亿美元，SiC器件可服务市场规模达到50亿美元。

考虑降价因素2025年新能源汽车SiC需求中枢在59~65亿美元。

我们假设2025年全球新能源汽车出货量1800万~2000万辆，考虑SiC晶圆随着技术成熟价格下降，假设单价约2000美元/片，则预计到2025年新能源汽车仅逆变器SiC需求空间弹性中枢在59~65亿美元。

此外，新能源汽车DC/DC、车载充电器系统及充电桩中SiC的应用将进一步提升新能源车用SiC市场规模！

二、产业链大力扩产应对需求爆发，国内企业有望同步成长

SiC上游处于供不应求阶段，诸多硅电力电子厂商积极参与。

目前，国外已有超过30家公司具备SiC材料、器件制造能力，并从事相关商业活动。现有硅电力电子器件龙头制造商或多或少地活跃在SiC领域。

目前有包括Infineon、Rohm、Cree、STM等20家企业提供SiC肖特基二极管产品。据CASA，2020年国内投产3条6英寸SiC晶圆产线，到2020年底，国内至少已有8条6英寸SiC晶圆制造产线（包括中试线），另有约10条SiC生产线正在建设。

国内600~3300VSiCSBD的产业化初见成效，开始批量应用，面向电网的6.5kVSiCSBD正在研发。国内企业也已经研发出1200V/50ASiCMOSFET。

2.1外资厂商主导SiC市场，大力扩产迎接需求

科锐：全球SiC衬底龙头企业，引领行业升级营收连续五个季度环比增长。

公司2022财年第⼀季度营收1.57亿美元，环比增长7.4%，同比增长35.6%。

单季度Non-GAAP净亏损2380万美元，Non-GAAP毛利率33.5%，Q2为32.3%，资本开支2.09亿美元。

展望下季度，公司预计营收区间为1.65至1.75亿美金，环比再提升，单季度Non-GAAP净亏损收窄至1900-2300万美元。与通用汽车达成战略合作。

2021年10月，Wolfspeed宣布与通用汽车达成一项战略供应商协议，Wolfspeed降维为通用汽车的未来电动汽车计划开发并提供碳化硅功率器件解决方案，Wolfspeed碳化硅器件将赋能通用汽车电动汽车动力系统。

更名Wolfspeed，战略重大转变，第三代化合物半导体成核心业务。

科锐（Cree|Wolfpseed，美）是目前全球最大的SiC衬底制造商，公司1987年成立于达勒姆，创始人曾在北卡罗来纳州立大学从事SiC物理特性相关科研工作。

公司技术最初商业化用于LED市场，小部分产品进入军用和航空航天领域，后进入照明市场。

近年来，科锐战略发生重大转变，2021年10月，公司公告正式更名Wolfpseed，Wolfspeed原本是Cree的主营第三代化合物半导体业务的子公司，公司在2019年出售了照明业务，2020年10月宣布出售LED业务，足见公司在第三代化合物半导体领域的信心。

Wolfspeed业务的竞争对手包括其他材料供应商，如II-VI公司和日本Rohm，在功率器件领域，竞争对手还包括英飞凌和意法半导体。

引领行业升级，向8英寸衬底发展。

Woldspeed1991年推出全球第一款商用SiC晶圆，后陆续引领全球实现2英寸、4英寸、6英寸SiC单晶量产商用，8英寸SiC单晶衬底也已研制成功。

业务垂直涵盖衬底和器件。

Wolfspeed第三代化合物射频和电力电子材料和器件业务分为材料、射频产品、功率产品三部分。其中材料产品包括4英寸/6英寸的硅基和SiC基衬底，SiC外延包括n型、p型和厚膜外延以及氮化物异质外延。

Wolfspeed功率产品包括SiCMOSFET裸芯片、SiCMOSFET、SiC模块、SiC基肖特基二极管裸芯片、SiC基肖特基二极管以及栅极驱动板和参考设计，主要应用于汽车电子、工业和再生能源领域。

公司功率和射频产品主要由位于北卡罗莱纳州的自有工厂以及在加州MorganHill的租赁工厂生产。其LED生产基地位于广东惠州。

Wolfspeed有望2022H1率先实现8英寸SiC衬底量产。

Wolfspeed是全球第一个推出8英寸SiC衬底的厂商，根据公司最新法说会，MohawkValley仍有望在2022年上半年投产，代表着公司将在全球率先实现8英寸SiC衬底量产外售。

通常随着晶圆尺寸增加另存，成本会下降35%-40%，预计Wolfspeed从6寸向8寸转移，成本将下降至少50%。

需求旺盛，Wolfspeed营收恢复增长。

复盘Wolfspeed季度营收、毛利率、ASP及出货量，第三代化合物半导体业务营收从2019年年中开始下滑，2019年的下滑主要是因为功率及射频需求减少，出货量降低，2020年开始，受中美贸易摩擦、疫情影响，公司营收同比下降，尤其是贸易摩擦，导致亚洲需求减少，部分客户调整供应链，转向其他供应商。

2021年以来，随着下游对功率及射频需求的增长，公司营收恢复增长。

Wolfspeed的竞争优势及壁垒在于：

1）专利数量多：

截至2019年6月，Wolfspeed拥有1379项美国授权专利和约2394项国外专利，最长有效期到2039年。

此外Wolfspeed还与LED、SiC、GaN和电源设备市场的主要厂商达成了约20项专利及交叉许可协议。

2）规模大、市占率高：

SiC衬底全球市占率接近60%，近年来有所下降，未来随着公司大力扩产，聚焦SiC业务，有望维持高市占率。

3）超过20年SiC领域经验积累：

SiC衬底制造过程需要超高温控制，以提升结晶质量；SiC材料硬度高，需要掌握SiC划切技术（英飞凌曾收购具备可减少损耗的特殊划切技术厂商Siltectra）。

4）车规级认证周期长、要求严格：

车规级SiC器件对产品性能要求高，具有认证周期长，通过认证后与客户合作关系稳固长久的特点，目前Wolfspeed已有多款车规级产品，在建的NorthFab将满足车规级8寸工艺标准。

Wolfspeed计划未来大幅扩产30倍（相比2016Q3）。目前全球SiC衬底市场主要由科锐主导，其市场份额占全球6成。

2019年5月，科锐宣布未来5年投资10亿美元用于扩大SiC产能，与2016Q3产能比，科锐2024年的SiC、GaNDevice（GaNonSiCRF）、SiC晶圆产能将分别最大扩大30倍。

Wolfspeed同时扩产现有工厂和投建新工厂，扩厂SiC衬底及器件产能。Wolfspeed10亿Capex中4.5亿美元用于“NorthFab”新工厂，增产SiC和GaN器件，同时筹备符合车载认定要求的生产产线，预计在2020年开始生产。

预计到2024年6英寸SiC晶圆产能将提高30倍，8英寸SiC晶圆将会实现量产，产能将进一步提高。另外将对达勒姆总部的园区内的现有工厂投资4.5亿美元，作为其SiC晶圆的第一个“MegaFactory”，增加SiC晶圆产能。

剩下一亿美元用于其他领域相关业务投资。

除自用生产SiC器件外，Wolfspeed与意法半导体、英飞凌、安森美等公司均签订长期SiC晶圆供货战略协议，为这些公司提供6寸SiC晶圆

II-VI：垂直布局SiC产业链，五年扩产5~10倍美国II-VI公司成立于1971年，其主营业务包括光电材料和化合物半导体，产品应用于光通信、工业、航空国防、消费电子等领域。

2020财年总营收23.8亿美元，其中化合物半导体营收占比35%，约8.3亿美元。

垂直整合打通SiC产业链。

II-VI在SiC领域有接近20年的研究经验，目前也已经研发成功8寸SiC晶圆。

II-VI在SiC的布局采用的是垂直整合的方式，在其衬底产能基础上，2020年6月，获得通用电气SiC器件及功率模组技术，2020年8月收购Ascatron（瑞典）以及INNOViON（美国）。

Ascatron是瑞典国家科研所旗下公司，由宽带隙材料专家团队带领，专注于SiC外延及器件。

INNOViON是全球最大的离子注入服务供应商，全球范围内有30台注入设备，技术覆盖从2英寸到12英寸晶圆，以及各种半导体材料，包括硅、砷化镓、磷化铟和SiC。通过垂直整合，预计公司未来将在SiC器件市场占据一定份额。

未来五年衬底扩产5-10倍。

就II-VI公司衬底业务来讲，自2014年以来，其SiC衬底产能平均每18-24个月翻倍，公司计划自2020年开始，5年内6寸晶圆产能扩张5-10倍，同时扩大运用差异化的材料技术的8寸晶圆产能。

II-VI的SiC产品应用领域聚焦射频及汽车电子用功率半导体。

结合Yole，StrategyAnalytics，LightCounting等数据，公司预计化合物半导体及金刚石在射频及功率器件中的市场规模将在2025年达到62亿美元。

SiC衬底：价值量占比最高的环节，目前受海外龙头主导SiC衬底是SiC器件价值量最高的环节。

SiC器件发展主要分为3个部分：SiC单晶的制备、SiC晶体外延生长、SiC电力电子器件应用。根据英飞凌，SiC衬底目前仍是SiC器件成本中占比最高的部分。

全球衬底市场仍由外资厂商主导。

SiC衬底制备是生产SiC器件的关键技术，科学家最早于1955年制备出3C-SiC孪晶，奠定了SiC发展基础，20世纪80年代初，科研人员制备出SiC晶体，全球对SiC的投入开始增加。根据CASA，2020年上半年科锐（45%）、II-VI（13%）、罗姆（20%，收购SiCrystal）三家占据全球78%市场份额

SiC器件：产业链垂直整合，加强布局迎接新能源汽车机会

全球SiC功率器件集中度高。SiC功率器件方面，意法半导体占比最高，此外Wolfspeed、罗姆、英飞凌、三菱电机均占据一定市场份额，市场集中度同样较高。

我们认为，形成这一格局的原因主要是：

意法半导体在Si基功率器件领域原本就具备优势，还成为特斯拉Model3全SiC模块的定制化供应商，此外ST与科锐、SiCrystal自2019年1月以来签订了超过6亿美元的SiC晶圆供应合同，提前锁定上游材料；

Wolfspeed与罗姆自身有SiC衬底产能，具备从衬底到器件设计、生产的全产业链能力；

II-VI虽然具备衬底产能，但2020年才通过收购的方式垂直整合，未来也有望在器件抢占部分市场份额；

英飞凌凭借其在功率器件方面的领先技术，通过与Wolfspeed合作，在器件领域占比也较大。产业链厂商通过上下游延伸，提升竞争力。

前面提到，II-VI公司2020年收购Ascatron和INNOViON，向下游器件延伸。罗姆收购SiCrystal获得SiC晶圆产能。

此外，英飞凌在2018年11月收购Siltectra，Siltectra成立于2010年，具备一项能够大幅减少材料损耗的切割晶体材料的技术，能使得SiC晶圆产出芯片数量在2022年增加2倍。

意法半导体2019年12月收购瑞典Norstel，Norstel能够提供6寸SiC衬底及外延。头部厂商积极进行产业链上下游延伸，以提升市占率。

积极扩产只待需求爆发。

无论是衬底厂商还是器件厂商，均在积极扩产，以承接未来2-3年后汽车电子、工业领域SiC器件应用需求的全面爆发。

2.2国内SiC产业链较完整，加速向国际水平看齐

三安垂直产业链布局，在国内具备显著优势。

三安光电是国内极少有的已形成SiC垂直产业链布局的厂商，三安集成2014年成立，2018年推出SiC二极管，目前已完成650V和1200V布局。

在长沙投资160亿于SiC等化合物三代半垂直产业链，资本开支力度远超国外厂商。

湖南三安收购福建北电新材料100%股权，向衬底等上游延伸。三年时间，公司完成SiC器件产品线覆盖。

我们认为三安大力加快SiC垂直产业链布局及扩产，在国内SiC产业链中具备技术及资金优势，同时产品具备国际竞争力，未来将充分受益新能源汽车等需求爆发。化合物半导体快速起量，持续加码布局。

2021H1，三安集成实现营收10.2亿元（不含泉州三安滤波器实现营收1242.6万元），同比大幅增长170.6%，Q2营收6.1亿元，环比增长48.4%，Q3收入6.5亿元，同比翻倍以上增长。

公司GaAs已经达到8000片/月产能，覆盖2G~5G、wifi领域，国内外客户累计近100家。滤波器SAW和TC-SAW开拓客户41家。

光通讯产品PD、VCSEL、DFB稳步上升。电力电子产品SiC、硅基GaN逐步进入量产阶段。光通信及VCSEL客户数量及质量逐步提升。

SiC投资：长沙项目重点布局SiC，整合材料公司。

三安集成是全球少数实现SiC从材料到封装一体化的半导体公司。

目前，三安集成是继科锐、罗姆后，全球少数实现SiC垂直产业链布局的厂商，在国内更是行业先驱者。

与Si材料相比，SiC晶圆生长速率满、晶锭长度短、晶圆大小受晶种限制，且硬度高，不易切切割、研磨、抛光，进而影响SiC器件质量及稳定性，故目前衬底市场格局集中、价格高企、产能有限。

三安具备的产业链一体化能力有利于增强品控、提高交货能力、提升公司盈利能力。

三安集成实现国内SiC产业链一体化具有重要意义。

目前国内外产业链在各环节仍有一定差距。国外衬底正从6英寸向8英寸转移，国内仍处于4英寸至6英寸过渡阶段；国内外延质量较国外仍有提升空间；SiC二极管国内外发展均较成熟，但国内MOSFET进度较缓；封装设备国产化率低；国内SiC车规级产品可靠性验证经验欠缺；仅少数领域应用开始渗透，未来批量应用空间更大。

长沙加码160亿投资SiC等第三代化合物半导体，抢先卡位布局。

2020年6月，公司公告在长沙高新技术园区成立子公司，投资160亿元于SiC等化合物第三代半导体项目，包括长晶—衬底制作—外延生长—芯片制备—封装产业链。

长沙投资的具体项目的产品包括6寸SiC导电衬底、4寸半绝缘衬底、SiC二极管外延、SiCMOSFET外延、SIC二极管外延芯片、SiCMOSFET芯片、SiC器件封装二极管、SiC器件封装MOSFET。

该项目2020年7月开工，计划2021年6月试产，预计2年内完成一期项目并投产，4年内完成二期项目并投产，6年内达产。SiC产品：从二极管到MOSFET，产品线覆盖逐渐增强。

打造SiCMOSFET器件量产平台，完成SiC器件产品线覆盖。2020年12月三安集成首次推出1200V80mΩSiCMOSFET，目前已完成研发并通过一系列产品性能和可靠性测试，可广泛用于光伏逆变器、开关电源、脉冲电源、高压DC/DC、新能源汽车充电和电机驱动等领域，能够减小系统体积、降低系统功率，提升电源系统功率密度，目前多家客户处于样品测试阶段。

三安SiCMOSFET性能优异，可有效降低成本。

三安此次推出的SiCMOSFET采用平面型设计，通过反复优化，提升SiC栅氧结构质量，阈值电压稳定性得到明显提高，1000小时的阈值漂移在0.2V以内，进而提升了器件可靠性。

此外，三安通过优化SiCMOSFET器件结构和布局，提升了其SiC体二极管通流能力，使器件在实际应用过程中，可以不需要额外并联二极管，从而有效降低系统成本、减小体积，有利于系统向小型化、轻量化和更高集成度发展，在新能源汽车车内充电器OBC、服务器电源应用中具备优势。

SiC客户：绑定家电龙头企业，联手新能源车企。

战略合作美的，加速白电芯片国产化。2019年3月，三安集成与美的达成战略合作共同成立“第三代半导体联合实验室”，推进第三代半导体功率器件研发应用，未来合作方向将聚焦GaN、SiC功率器件芯片与IPM的应用电路相关研发，加速国产芯片导入白色家电领域并探索新的应用场景。

美的作为家电龙头，选择三安光电作为第三代半导体国内供应商，凸显了三安集成在第三代化合物半导体研发、产品质量方面的优势，以及规模量产、交付速度、服务水平等全方位优秀的综合能力。

格力20亿入股，强强合作推进氮化镓、砷化镓和特种封装。

2019年底，格力认购三安光电定增20亿元，成为三安第五大股东，持股占比2.56%。

定增资金用于建设高端GaNLED衬底、外延、芯片；高端GaAsLED外延、芯片；大功率GaN激光器；特种封装产品应用四个产品方向的研发及生产基地。

未来有望应用于格力的中央空调、智能装备、精密模具、光伏及储能等领域。

与国内家电领军者合作，有利于三安加快推进第三代半导体研发与量产，保持公司在三代半领域的先发优势。

联手新能源客车龙头，受益新一轮电动客车替换周期。

2020年9月，三安集成与金龙新能源签订战略合作协议，共同推进SiC器件在新能源客车电机控制器、辅驱控制器的样机试制及批量应用。

根据WoodMackenzie，中国目前纯电动客车保有量超过40万辆，占全球纯电动客车保有量98%。

随着上一轮客车补贴结束，车企正积极寻求技术创新。

在DC/DC、车载充电器、控制器及充电桩中使用SiC器件有利于电动汽车实现轻量化、快速充电、提升续航里程。

2021年新一轮电动客车替换周期即将开启，WoodMackenzie预计中国新能源客车2023年保有量超过100万辆，到2025年将达到130万辆。三安与电动客车龙头合作，最有望受益电动客车SiC渗透率提升。

加快导入汽车产业链，提升营收天花板。

车规级器件通常对产品性能要求最严格，认证周期长，但价值量也相应更高。三安光电具备第三代半导体垂直产业链能力，能够更有效把控产品可靠性，未来随着SiC器件成本下降，车用SiC器件渗透率提升，公司已提前布局新能源汽车产业链，有望享受汽车电子用三代半器件带来的营收空间增厚。

凤凰光学收购国盛电子和普兴电子100%股权。

凤凰光学2021年9月底公告拟定增收购国盛电子和普兴电子100%股权。国盛电子及普兴电子主要从事半导体外延材料的研发、生产和销售，产品包括半导体硅及碳化硅外延材料等，广泛应用于IGBT、FRED、MOSFET、HEMT等功率、射频器件等领域。

国盛电子及普兴电子是国内最早从事硅外延材料研究的单位之一，目前均处于国内硅外延材料供应商第一梯队，碳化硅外延材料也已具备量产能力，客户遍布全球。

国内SiC产业链百花齐放。

衬底领域国内较为领先的企业有天科合达、山东天岳等，根据CASA，2020年上半年，两家衬底SiC衬底合计市占率市占率达到7.9%。

外延领域国内较领先的企业有瀚天天成、东莞天域等。器件设计方面，国内泰科天润、斯达半导、中车时代电气、基本半导体等也在加快SiC器件研发及扩产。

我们认为，在SiC领域，由于SiC器件制备过程与Si有显著差别，国内厂商与国际厂商起步差距较Si基小。

目前SiC产业链中重要的衬底环节，我国三安光电深度布局，天科合达和山东天岳已在全球范围内占据一定份额，未来随着产业链上厂商持续进行产品研发及产能扩张，国内厂商在SiC时代将加速追赶外资厂商，拉近距离。

三、行业相关公司汇总

【碳化硅产业链】三安光电、斯达半导、时代电气、凤凰光学、华润微、士兰微、扬杰科技、新洁能；

【半导体核心设计】韦尔股份、卓胜微、兆易创新、恒玄科技、圣邦股份、芯朋微、晶丰明源、思瑞浦、芯原股份；

【军工芯片】紫光国微、景嘉微；

【功率】华润微、士兰微、斯达半导、扬杰科技、新洁能；

【半导体代工、封测及配套】IDM：三安光电、闻泰科技、士兰微；晶圆代工：中芯国际、华润微；封测：长电科技、通富微电、深科技、华天科技、晶方科技；材料：鼎龙股份、彤程新材、兴森科技、上海新阳、安集科技、雅克科技、沪硅产业、立昂微、晶瑞股份、南大光电；设备：北方华创、中微公司、华峰测控、长川科技、精测电子、至纯科技、万业企业、盛美半导体；

【苹果链龙头】立讯精密、歌尔股份、京东方、欣旺达、领益智造、大族激光、鹏鼎控股、比亚迪电子、工业富联、信维通信、东山精密、长盈精密；

【光学】瑞声科技、舜宇光学、丘钛科技、欧菲光、水晶光电、联创电子、苏大维格；

【消费电子】精研科技、杰普特、科森科技、赛腾股份、智动力、长信科技；

【面板】京东方A、TCL科技、激智科技；

【元器件】火炬电子、三环集团、风华高科、宏达电子；

【PCB】鹏鼎控股、生益科技、景旺电子、胜宏科技、东山精密、弘信电子；

【安防】海康威视、大华股份。

四、风险提示

化合物半导体研发进展不达预期：

化合物半导体研发及量产工艺难度大，如SiC衬底及外延研发、产能提升低于预期，市场需求可能低于预期。

下游需求不达预期：

未来SiC需求主要由汽车电子推动，如果新能源汽车推广不及预期，或新能源汽车中采用SiC功率器件需求不及预期，则存在需求不达预期的风险。

行业竞争加剧风险：

国内SiC产业链较为完善，未来需求逐渐实现国产化，国内有部分厂商已经在积极布局SiC领域，行业竞争加剧可能导致价格下降的压力和盈利水平下降的压力。

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