作者：泰罗，编辑：小市妹 　　

　　

　　5月10日，半导体板块迎来久违的反弹，李昂微、爱旭股份涨停，卓胜威、新源微、北方华创、思瑞普涨幅居前。 　　

　　

　　半导体产业链中的这一环节正在发生剧变。 　　

　　

　　价格不变，集成电路上可容纳的元件数量每18-24个月翻一番，性能也同步翻一番。 　　

　　

　　在过去的几十年里，芯片产业的进步严格遵循着这个人为的约定，但当TSMC宣布突破1nm工艺时，摩尔定律在理论上已经走到了死胡同。要延续这一趋势，必须在底层材料上有所突破。 　　

　　

　　到目前为止，半导体材料已经经历了多次迭代。 　　

　　

　　第一代半导体材料主要是硅和锗。60年代以后，硅基半导体逐渐成为主流，直到现在仍然是应用最广泛的半导体材料。全球95%以上的芯片是由硅片制成的。 　　

　　

　　第二种半导体材料的代表是砷化镓，可以制造更高频率、更高速的集成电路。但是按照现在的需求，砷化镓的带隙还是很小的。 　　

　　

　　第三代半导体材料应时代而生。以碳化硅和氮化镓为代表的材料可用于制备高压高频功率器件，其中碳化硅是综合性能最好、商品化程度最高、技术最成熟的第三代半导体材料。. 　　

　　

　　碳化硅不是对原有技术的渐进式改进，而是跨越式升级。 　　

　　

　　在相同规格下，碳化硅基MOSFET的尺寸只有硅基MOSFET的1/10，导通电阻是后者的1/100。与硅基IGBT相比，碳化硅基MOSFET的总能量损耗可降低70%。 　　

　　

　　碳化硅的性能优势在各种新能源行业得到充分体现。 　　

　　

　　在风力发电领域的应用可以提高20%的效率。 　　

　　

　　在光伏逆变器中的应用，可将转换效率从96%提高到99%以上，降低能量损耗50%以上，延长设备循环寿命50倍。 　　

　　

　　最重要的是在新能源汽车上的应用。 　　

　　

　　2016年，成本控制近乎“变态”的特斯拉率先在Model3的主逆变器上安装了24个意法半导体生产的碳化硅MOSFET功率模块。要知道，当时碳化硅功率器件的价格是同等硅器件的十倍。 　　

　　

　　后来事实证明，马斯克的眼光还是一如既往的犀利。 　　

　　

　　根据福特汽车的计算，与传统的硅芯片相比，碳化硅芯片驱动的新能源汽车的能耗大约低5倍。到目前为止，超过40%的纯电动汽车采用了SiC技术，比亚迪是自主品牌中第一个吃螃蟹的。 　　

　　

　　比亚迪韩EV在使用自主研发的SiCMOSFET控制模块后，性能在去年有了显著提升，功率363Kw，百公里加速3.9s，续航里程605 km。 　　

　　

　　不仅是新能源行业，碳化硅还用于家电、通信、航空、高铁、工业电机等领域。 　　

　　

　　但是直到现在，碳化硅的普及率还是很低。 　　

　　

　　根据Yole的数据，2021年，第三代半导体基功率器件的市场份额仅为6%左右，其中SiC基功率器件约占5%，市场规模约为8.5亿美元。 　　

　　

　　性能好，但是渗透率低，原因只有一个：贵。 　　

　　

　　CASA数据显示，2020年650V SiCMOSFET与SiIGBT的价格比约为4:1，SiC逆变模块的价格是硅基逆变器的2-3倍。 　　

　　

　　新能源产业附加值高，成本承受能力强，率先推出第三代半导体材料。但很多行业对价格敏感度高，只能等待成本的进一步降低。 　　

　　

　　对于任何新技术，成本都是产业化的核心变量。就碳化硅而言，碳粉提纯难度高、晶体生长慢、晶体切割速度慢等因素共同决定了成本刚性。 　　

　　

　　首先，高质量SiC晶体的基础是要有高纯度的碳粉，但提纯过程对工艺要求极高，合成也需要时间摸索。 　　

　　

　　其次，碳化硅晶体的生长速度很慢。碳化硅7天只能长2厘米左右。作为比较，一个8英寸的硅棒 　　

　　

　　技术降成本是一场持久战，这就注定了碳化硅的渗透是一个渐进的过程。但随着基板尺寸的增大，规模效应给成本降低带来了很大的变化。 　　

　　

　　碳化硅的衬底尺寸主要有2英寸(50毫米)、3英寸(75毫米)、4英寸(100毫米)、6英寸(150毫米)、8英寸(200毫米)。尺寸越大，单位基板可以制造的芯片越多，边缘浪费越小，单位芯片共享成本越低。 　　

　　

　　当晶圆从6英寸提升到8英寸时，芯片数量将从488个增加到845个，边缘浪费将从14%减少到7%。 　　

　　

　　碳化硅主要分为半绝缘型和导电型。目前半绝缘型产品主流基板规格为4英寸，正在向6英寸迈进，导电型产品主流基板规格为6英寸，正在寻求向8英寸演进。 　　

　　

　　随着技术的不断成熟和进步，碳化硅基产品的价格在过去几年里大幅下降。 　　

　　

　　上文提到650V的SiCMOSFET与SiIGBT的价格比大约是4:1，而在2018年，这一数字高达10:1。 　　

业内给出的预估是，未来碳化硅器件的成本大约以每年10%左右的价格下降，这一过程势必会伴随更多消费场景的解锁。根据Yole的预测数据，到2025年，碳化硅器件将增长至25.62亿美元，年复合增长率达30%。

　　

一步慢，步步跟不上。

　　

第三代半导体产业，美、日、欧抢跑，中国依然处在落后的位置。

　　

与硅基功率半导体类似，碳化硅产业链也包含衬底、外延、器件及模块和应用等环节，区别在于各环节价值量倒挂。

　　

硅基半导体产业中晶圆成本是大头（约占50%），而碳化硅的附加值集中在上游衬底（成本占比约47%）。所以，碳化硅产业链的实控权其实掌握在衬底供应商手中。

　　

　　

全球范围，Wolfspeed在衬底环节是绝对的霸主，市占率高达62%，II-VI位列其次，但只分了14%的蛋糕。根据Wolfspeed的规划，公司将在2024年前将产能扩充30倍，所以衬底环节一家独大的局面恐怕还要持续下去。

　　

本土头部参与者主要是山东天岳和天科合达。

　　

天科合达是国内第一个起跑的企业，建立了国内第一条碳化硅晶片中试生产线，并且率先研制出6英寸碳化硅晶片。但仅就目前的实力来说，山东天岳更胜一筹，特别是在半绝缘衬底领域。

　　

数据显示，2020年，山东天岳在半绝缘衬底领域的市占率约为30%，相较于2019年的18%有一个显著的提升。根据公司最新的发展规划，已经决定投资投资25亿元向导电型碳化硅衬底扩张，到2026年实现30万片/年的产能规模，届时在这一领域的全球市占率有望达到15%左右。

　　

对于本土企业而言，规模扩张还在其次，最重要的是突破技术瓶颈，目前最先进的8英寸衬底依然仅掌握在Wolfspeed、II-VI和意法半导体等少数外资手中。

　　

外延环节，凤凰光学可能是未来“全村唯一的希望”。

　　

此前在不到两个月的时间里最多涨了近3倍，期间连续收获了11个一字板涨停。

　　

如此反常，根源来自凤凰光学对普兴电子和国盛电子的并购。

　　

国盛电子手里掌握着8英寸硅外延工艺和技术，打破了发达国家的技术垄断，可以能够满足0.09-0.18μm功率器件的制造需求。普兴电子是国内率先稳定量产8英寸硅外延材料的企业，填补了国内技术及产业化的空白。

　　

凤凰光学拿下这两家公司，相当于控制了国内最大的外延片产能，同时也成为未来最有希望起势的本土碳化硅外延片生产商。这样看来，股价妖魔化也自在情理之中。

　　

器件端基本全是外资的天下，根据Yole的数据，2020年，ST、Wolfspeed、ROHM、Infineon、Onsemi的市占率分别为40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%，CR5吃掉了超90%的市场。

　　

　　

国内玩家包含了比亚迪半导体、斯达半导体、中车时代电气、华润微、三安光电等一众企业。

　　

作为比亚迪的子公司，比亚迪半导体是全球第二、中国最大的车规级IGBT厂商。在碳化硅器件领域，公司是全球首家也是国内唯一实现SiC三相全桥模块在电机驱动控制器中大批量装车的企业。按照业内的预估，2023年，比亚迪或将旗下所有电动车全部实现碳化硅基替代，届时比亚迪半导体将拿到大量订单。

　　

作为中国中车旗下的公司，中车时代电气的身份与比亚迪类似，背后都有整车厂站台，在产品导入上有先天优势。目前中车时代电气已经建有6英寸碳化硅产业化基地，掌握芯片、模块、组件及应用的全套自主技术。

　　

华润微拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化能力，是国内的IDM龙头公司。最近一段时间，华润微相继发布了SiCJBS第二代产品和1200VSiCMOSFET产品。公司在互动平台上透露，最新的SiCMOS产品性能已经可以对标国际一线品牌。

　　

2018年贸易战之后，国内在第三代半导体领域的布局明显加快了速度，去年一共有24笔投资扩产项目落地，投资额近700亿元，同比2019年增长了160%。

　　

虽暂时落后，但产业尚未成熟固化，仍有追赶的可能，背靠强大的内需市场，“以战养战”，不断向上迭代，相信国内外企业的差距势必会不断缩小。

　　

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