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SiC：功率皇冠上的明珠，行业进入黄金期

核心内容

碳化硅（SiC）作为一种高性能的宽禁带半导体材料，因其具有更高的禁带宽度、热导率和击穿电场强度，适用于高压、高频、高温等场景。相比传统硅（Si）器件，SiC器件具备耐高温、易散热、低损耗和高频开关性能等显著优势，从而在新能源汽车、光伏储能等新兴领域展现出巨大潜力。

主要观点

1. 性能优势显著：

   • SiC禁带宽度是Si的3倍，极限工作温度可达600°C以上。
   • 热导率为Si的2-3倍，散热设计要求更低。
   • 能量损耗比Si器件降低70%，有助于提高系统效率。
   • 高饱和电子漂移速率，适用于高频开关场景。

2. 市场前景广阔：

   • 全球SiC功率器件市场规模预计从2019年的5.4亿美元增长至2025年的25.6亿美元，CAGR为30%。
   • 中国SiC、GaN电力电子器件市场CAGR预计为45%，新能源汽车和光伏储能是主要增长点。
   • 2025年光伏逆变器中SiC器件预计占比将提升至50%。

3. 行业仍处成长期，供需矛盾突出：

   • 全球SiC晶圆产能有限，目前以6英寸为主，向8英寸过渡。
   • 美国在SiC晶圆领域占据主导地位，中国正在加大投资力度，逐步缩小差距。
   • 衬底尺寸扩大有助于提升单片晶圆芯片产量，降低芯片成本。

4. 技术壁垒高，制造难度大：

   • SiC衬底和外延制造工艺复杂，成本占SiC器件制造成本的47%。
   • PVT法为主流，但存在生长环境苛刻、生长速度慢、晶体尺寸扩大难等问题。
   • 器件制造需高温设备和特殊工艺，如高温离子注入、退火、欧姆接触等，对设备和材料要求高。

5. 投资建议：

   • 建议关注全产业布局公司三安光电，以及衬底制造公司天岳先进、晶盛机电、露笑科技、东尼电子，外延公司凤凰光学、瀚天天成、东莞天域，器件制造公司时代电气、斯达半导、士兰微、华润微等。

关键信息

• SiC与Si性能对比：

  • 禁带宽度：3.2eV（SiC） vs 1.12eV（Si）
  • 热导率：4.0 W·cm⁻¹·K⁻¹（SiC） vs 1.5 W·cm⁻¹·K⁻¹（Si）
  • 击穿电场强度：3.5 MV/cm（SiC） vs 0.3 MV/cm（Si）
  • 饱和电子漂移速度：2.0×10⁷ cm/s（SiC） vs 1.0×10⁷ cm/s（Si）

• SiC器件价格趋势：

  • 2018H1，650V SiC MOS价格是Si IGBT的10倍。
  • 2020年底，SiC MOS价格降至Si IGBT的4倍左右，预计未来价格将进一步下降。

• 新能源汽车推动SiC渗透：

  • 800V高压平台技术逐渐成熟，有助于提升充电效率。
  • SiC器件在电机驱动器、OBC、DC/DC等系统中广泛应用。
  • 比如特斯拉Model 3采用SiC模块，系统效率提升5%；比亚迪汉和小鹏G9等车型也采用SiC模块，提升续航和充电效率。

• 光伏储能领域应用：

  • SiC器件可提升光伏逆变器效率至99%，降低能效损耗50%以上。
  • 提高设备循环寿命50倍，有助于缩小系统体积和提升功率密度。

行业发展趋势

• 产能扩张：全球和中国均加大SiC产能建设，尤其是8英寸衬底和外延的推进。
• 技术突破：PVT、HT-CVD等晶体生长技术逐步成熟，但仍面临工艺控制和成本问题。
• 产业链协同：SiC产业链从衬底到器件逐步完善，部分中国企业已实现商业化供应。

风险提示

• SiC工艺难度大，研发不及预期。
• 衬底成本降低不及预期，或影响SiC器件渗透率。
• 产能扩张不及预期，可能导致供需失衡。

投资建议评级

• 强于大市（维持）：建议关注SiC产业链相关企业，尤其是具备全产业链布局的公司。
• 评级标准：
  • 股票评级：买入（相对指数涨幅15%以上）、增持（5%～15%）、中性（-5%～5%）、减持（-15%～-5%）、卖出（-15%以下）。
  • 行业评级：强于大市（相对指数涨幅10%以上）、中性（-10%～10%）、弱于大市（-10%以下）。

相关公司简介

总结

SiC作为新一代半导体材料，具备高性能、高效率、高可靠等优势，正在成为新能源汽车和光伏储能等领域的核心组件。虽然目前价格较高，但随着衬底产能释放、良率提升和技术进步，SiC器件成本有望逐步下降，推动其在更多场景中的应用。中国SiC产业正处于快速成长阶段，未来有望通过技术突破和产能扩张缩小与国际巨头的差距，成为全球SiC市场的重要参与者。