产品介绍
从缺芯潮缓解转向下游市场需求疲软，芯片行业步入下行周期。无论是终端市场的低迷，还是各类技术无法突破瓶颈的现状，以及供需关系的恶化，都掣肘了行业的进一步发展。在半导体赛道的周期性“寒冬”之下，各家企业相继采取措施，减产、缩减投资等逐渐成为行业厂商度过危机的主要方式之一。碳化硅作为目前半导体行业的热门投资领域之一，无数成名已久的IDM大厂，Fabless新锐以及初创企业纷至沓来，试图从碳化硅价值链的各方面切入这个前景看好的半导体细分领域。
作为第三代半导体材料，碳化硅相较于硅材料，具有带宽度、高击穿电场、高饱和电子漂移速度、高热导率、高抗辐射等特点，适合制造高温、高压、高频、大功率的器件。
当前从光伏到新能源汽车，碳化硅下游市场需求旺盛，特别是随着电动汽车和新能源需求的持续增长，对SiC材料的需求呈现出井喷式增长的态势。国产碳化硅正在从产业化向商业化加速迈进。
从产业链来看，SiC产业链条较长，涉及衬底、外延、器件设计、器件制造和封测等一系列环节，各个环节的专业性要求较强，同时对技术和资本投入的要求也很高。
衬底即通过沿特定的结晶方向将晶体切割、研磨、抛光，得到具有特定晶面和适当电学、光学和机械特性的洁净单晶圆薄片，用于生长外延层，可分为半绝缘型及导电型。
SiC衬底市场高度集中，全球衬底前三名是Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、Rohm。国外厂商在两类衬底市场中均占有主要份额。从半绝缘型SiC衬底市场份额来看，Wolfspeed、II-VI和山东天岳三家公司平分秋色，各占据约30%的市场份额。从导电型SiC衬底的市场份额来看，Wolfspeed占据超60%的市场份额，在SiC单晶市场价格和质量标准上有极大话语权，天科合达和山东天岳占比仅为1.7%和0.5%。
外延环节主要是在碳化硅衬底上，经过外延工艺生长出的特定单晶薄膜，衬底晶片和外延薄膜合称外延片。
在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层制得碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）外延片，可制成微波射频器件，应用于5G通信等领域；在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层（SiC-on-SiC）制得碳化硅外延片，可制成功率器件，应用于电动汽车、新能源、储能、轨道交通等领域。
SiC外延片属于行业产业链中间环节，其中，Wolfspeed、ShowaDenko呈现双寡头垄断市场，合计约占SiC导电型外延片95%的市场份额。目前国内相关外延厂商东莞天域和厦门瀚天天成等均已实现产业化，可供应4-6英寸外延片。中电科13所、55所、希科半导体等也能供应外延片，整体产能仍有较大提升空间。
SiC器件环节主要负责芯片的制造，整体涉及的流程较长，以集合芯片设计、芯片制造、芯片封测等多个产业链环节于一体的IDM模式最为常见。
在器件制备方面，由于材料的特殊性，器件过程的加工和硅不同，采用了高温工艺，包括高温离子注入、高温氧化以及高温退火工艺。
在SiC器件市场，欧美厂商占据主要份额，90%以上份额被国外公司占据。根据Yole 2022年数据，ST占据了全球37%的市场份额，成为市场的领导者；其次是英飞凌占据19%的份额，紧随其后的是Wolfspeed，占据了16%的份额。后面依次是安森美、罗姆和三菱电机等，这些厂商共同占据了全球80%以上的SiC市场份额，与各大车企及Tier1厂商互动密切。
国内厂商在SiC功率器件领域入局相对较晚，相关企业华润微、士兰微、斯达半导、时代电气、泰科天润、安徽长飞先进、派恩杰、上海瞻芯、中电科55所及13所等正积极布局碳化硅器件。
当前国内厂商仍处于发展初期，与国际巨头存在一定差距。目前SBD国内已经量产，但至少相差一代；OBC方面，国内通过车企测试的只有一两家；MOSFET方面，目前ST、英飞凌、Rohm等600-1700V SiC MOS已实现量产并达成签单出货，而国内目前SiC MOS设计已基本完成，多家设计厂商正与晶圆厂流片阶段，后期客户验证仍需部分时间，在电流密度、减薄工艺、可靠性都亟需提升，因此距离大规模商业化仍需要时间。
整体来看，目前碳化硅材料和功率器件主要由海外企业主导，国内企业仍处于发展初期，与国际巨头存在一定差距，正在加速追赶。
据方正证券测算，预计2026年全球SiC衬底有效产能为330万片，距同年629万片的衬底需求量仍有较大差距。在业内形成稳定且较高的良率规模化出货前，整个行业都将持续陷于供不应求。
SiC晶圆方面，尽管今年全球经济和其他半导体材料市场普遍出现放缓，但SiC晶圆将持续强劲增长。据TECHCET发布了最新的碳化硅晶圆材料报告预计，SiC晶圆市场将在2023年进一步增长，达到107.2万片晶圆，同比增长约22%。2022-2027年的整体复合年增长率估计约为17%。
在当前全球碳化硅功率市场高景气行情下，SiC处在爆发式增长的前期，扩产放量是行业关注重点。
英飞凌正着力提升碳化硅产能，以实现在2030年之前占据全球30%市场份额的目标；ST计划在2022年前将SiC器件产能扩大2.5倍，2023年实现8英寸SiC晶圆商业化生产；安森美总投资约40亿元，计划将SiC晶圆产能扩大4倍；罗姆投资计划2025年前碳化硅功率半导体营收超1000亿日元/年，产能增加至2021年时的6倍；按照Wolfspeed规划，2026年其导电型衬底的产能可能达到百万片以上...
纷纷布局碳化硅，扩张产能，试图以国产替代争夺市场份额，提升产品的价值量或出货量。据《2022碳化硅（SiC）产业调研》统计，国内在建、已投产或签约的SiC晶圆线个。
虽然市场产销两旺，但我国碳化硅功率器件仍处于早期阶段，如何降低成本、稳定质量、提升良率，是国产碳化硅功率半导体大规模应用的关键。
与此同时，国内外产业模式的差异，技术差距、设备挑战以及国内碳化硅器件中低端“互卷”等问题，都一一成为摆在我国碳化硅产业链发展面前的难题。
上文提到，从产业链层面初步划分，整个SiC产业链主要分为衬底、外延、设计、器件和封装模块等。
从产业模式看，与国外产业链主要以纵向多环节整合为主不同，国内产业链相对较为分散，除三安光电以及中电科下属研究所采用产业链全覆盖模式之外，更多厂商选择专注于产业链中某个特定环节，IDM企业数量相对较少。
众所周知，IDM、Fabless和Foundry分别代表着半导体芯片行业的三种运营模式，是依据其生产设计及制造能力不同而划分的。通常涉及芯片设计、制造、封测等若干环节，半导体芯片企业负责的环节不同，也就产生了不同的运营模式。
对此，士兰微器件成品产品线市场总监伏友文表示，SiC产业选择IDM模式能更好的保障业务长期稳定的发展，是产业发展的重要趋势。IDM模式可有效进行产业链内部整合，设计研发和工艺制造平台开发同时开展，两者协同优化可快速识别和解决产品研发中遇到的问题，缩短产品开发周期，对研发效率、成本管控、产品质量和产能供应的稳定性等方面十分有利，帮助企业构筑核心竞争力。
基于IDM模式的优势，IDM企业华润微的碳化硅产品进展顺利，去年碳化硅器件整体销售规模同比增长约2.3倍，待交订单超过1000万元，投片量逐月稳步增加。
士兰微也是采用IDM模式，旗下士兰明镓在去年已实施“碳化硅功率器件芯片生产线月，士兰微筹划非公开发行募资65亿元，募投项目之一便是用于“年产14.4万片碳化硅功率器件生产线日定增获上交所审核通过。
士兰微董事长陈向东曾在接受采访时表示，通过发挥IDM一体化优势，士兰微碳化硅功率器件芯片量产线英寸SiC芯片的生产能力，预计到今年年底SiC芯片生产能力将提升至6000片/月；士兰SiC MOS芯片性能指标已达到国际先进水平；士兰微用于汽车主驱的碳化硅功率模块已向国内客户送样，争取在今年年底前上车，同时士兰微碳化硅产品在光伏、储能、充电桩、OBC等领域也已展开全面推广。
更多的厂商嗅到了SiC代工的商机。2023年5月22日，安徽长飞先进宣布其位于武汉的SiC晶圆厂正式启动，据悉该项目规模达年产36万片SiC MOSFET晶圆，包括外延、器件设计、晶圆制造、封装等，预计2025年建设完成。
瞻芯电子也于2020年初启动了碳化硅芯片晶圆厂项目筹备，该工厂于2022年7月正式投片生产，标志着瞻芯电子由Fabless迈向IDM的战略转型。
但IDM模式也并非适用于任何企业。有业内人士指出，目前国内很多碳化硅厂商体量并不大，尚未实现盈利，若是大规模建厂的话，运营成本太高，对现金流的考验非常大，工艺开发的难度和客户认可度也是问题。
因此，仍有一部分碳化硅厂商坚持采用Fabless的经营模式发展。实际上，如果能得到代工厂的支持，Fabless厂商在设计方面确实更具灵活性，在碳化硅MOS方面的研发进程也较快。同时，代工厂的资质也可以为其供应链可靠性背书。
以芯粤能为例，其商业模式就是打造开放式Foundry平台，面向整个的市场提供代工服务，与整个产业链协同发展。芯粤能的碳化硅芯片制造项目总投资额为75亿元，建成年产24万片6英寸和24万片8英寸碳化硅晶圆芯片的生产能力，计划在2023年5月份交出首批车规级样品。
芯粤能总裁徐伟表示，“在过往的两年里，硅基平台产能不足凸显，尤其是市场需求巨大的功率器件，因此需要碳化硅快速布局并加快扩产。这就需要对国内碳化硅芯片加工平台这样一个相对短板来进行补足，芯粤能目前正好踩在市场发展的节奏上。
另一方面，考虑到新能源汽车市场的发展周期，碳化硅的需求爆发期可能就在近三年内，若是建厂首先得考虑建厂周期和设备交期，其次是从产线建好投产到稳定运行也需要花费至少3年时间，还要通过车规级认证等，耗时太久，公司就有可能错过新能源汽车市场的关键窗口期。这也是很多公司短期内坚持以fabless模式运营的原因所在。
综合来看，IDM和fabless各有优势。从产业发展角度来看，业内也一直存在着IDM和Foundry模式的讨论。回顾过去的发展轨迹，可以看到国内的Foundry+Fabless模式在很多领域也能做得非常好。碳化硅也是这样，从衬底外延材料制备，到芯片代工，再到模组生产等各个领域都不断有企业崭露头角。
因此，结合当前碳化硅产业的发展阶段和时间窗口等因素来看，国内IDM和Foundry+Fabless两种商业模式将会长期并存，而且各自满足终端市场不同的应用场景。
因为碳化硅在生产环节存在单晶生产周期长、环境要求高、良率低等问题，碳化硅衬底的生产中的长晶环节需要在高温、真空环境中进行，对温场稳定性要求高，并且其生长速度比硅材料有数量级的差异。因此，碳化硅衬底生产工艺难度大，良率不高。
其中，衬底是碳化硅产业链的核。
