年复合增长率36%！一个14亿大单引爆碳化硅市场
近日， 天岳先进发布公告称，公司与某客户签订了一份金额高达13.93亿元的关于6英寸导电型碳化硅衬底产品的销售合同。作为业内少有的上10亿元的巨额合同，该消息一出来，便引爆了整个碳化硅市场，公司股价应声涨停，紧接着第二天再次创下历史新高。
业内人士指出：“本次天岳先进斩获6英寸导电型碳化硅衬底大额长单，不仅体现了公司多年来深耕碳化硅领域的技术和市场实力，也间接展现出公司在衬底领域的市场地位。此外，这一大额合同的金额是公司2021年营收的2倍多，它的实施将对公司未来的业绩产生积极的影响，或许是碳化硅行业加速发展的一个标志性合同。”
衬底占整个碳化硅成本接近50%，目前处于供不应求的局面
据了解，天岳先进成立于2010年，是一家专注于宽禁带（第三代）半导体碳化硅衬底材料研发、生产和销售的科技型企业。公司主要产品包括半绝缘型和导电型碳化硅衬底，可应用于微波电子、电力电子等领域。根据Yole的统计，在半绝缘碳化硅衬底领域, 2019-2021年公司市场占有率连续三年保持全球前三。
值得一提的是，作为一家连续亏损多年，直到2021年才开始盈利的企业，在公司IPO过程中的战略投资者却包括了小鹏、上汽、广汽等知名车企。为什么一家连续亏损的企业会得到国内一线车厂的如此重视？这或许与天岳先进的主营业务碳化硅衬底的重要性有关。
在碳化硅器件的平均成本中，衬底的占比为46%，是整个碳化硅产业链中成本占比最大的部分。此外，衬底还是整个产业链中技术壁垒最高的环节，无论是今后的降低成本还是大规模产业化推进，碳化硅衬底的核心作用都无可替代。在业内形成稳定且较高的良率规模化出货前，整个行业都将持续呈现供不应求的格局。
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因此，对于下游厂商而言，谁能够锁定头部材料厂商的优质产能，谁就能够在这一轮产业浪潮中抢占先机。为了获得稳定的衬底供应，除了国内车厂与碳化硅材料厂家深度绑定外，国外器件供应商也纷纷通过签订长期供货协议来加强与衬底供应商的合作。比如，WolfSpeed与ST签订了超过5亿美元的长期供货协议，与Infineon签订了超过1亿美元的供货协议，与OnSemi的协议为8500万美元；Rohm也与ST宣布达成超1.2亿美元的长期供货协议，由Rohm旗下的SiCrystal向ST供应6英寸碳化硅衬底等。
碳化硅未来几年将保持36%的高复合率增长，国内外差距有望进一步缩小
行业周知，碳化硅功率器件以其优异的耐高压、耐高温、低损耗等性能，能够有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求，在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、 智能电网等领域具有明显优势。
经过近30年的发展，碳化硅衬底和功率器件制造技术在近年逐步成熟，并快速推广应用，正在掀起一场节能减排和新能源领域的巨大变革。据 Yole 的数据预测，到2026 年整个碳化硅功率器件的市场规模有望达到 45 亿美元，在2020 年7.1 亿美元的基础上保持36%的年复合增长率。
竞争格局方面，全球碳化硅产量的70%-80%来自美国公司，其中Wolfspeed（Cree） 作为全球碳化硅龙头企业，市场市占率超过 60%，并且技术工艺全球领先。中国在碳化硅领域，目前市占率低于10%，并且技术落后于龙头企业1-2代。据了解，作为碳化硅领域的绝对龙头企业，Wolfspeed的产能基本上已经被下游器件厂商抢占一空，长期合作供货订单接近100亿人民币。
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具体来看，碳化硅又可以分为单晶衬底、外延、器件三个细分领域。目前，海外碳化硅单晶衬底企业主要有 Cree、DowCorning、II-VI 等企业；外延片企业主要有 DowCorning、II-VI、Cree、罗姆、Infineon 等；器件方面相关主要企业包括 Infineon、Cree、罗姆、意法半导体等。 中国碳化硅产业虽然基础薄弱，但是近年来也取得了不错的进展，其中也陆续涌现出天科合达、山东天岳、东莞天域、瀚天天成等优秀的碳化硅企业。
全球碳化硅产业链主要公司
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从技术发展情况来看，目前碳化硅行业主要以4英寸和6英寸的产品为主。其中科锐公司、贰陆等公司成立时间较早，具有数十年的研发和产业化经验，技术领先优势明显。我国公司与全球行业龙头企业存在明显的差距。以天岳先进为例，公司半绝缘型碳化硅衬底在4 英寸至及6 英寸衬底的量产时间上落后龙头科锐分别在10 年及 7 年以上。截至目前，我国尚未有公司能够实现 8 英寸衬底的量产能力，而全球行业龙头企业科锐和II-VI已于 2019 年已经具备了 8 英寸衬底的量产能力，而且科锐在2022年首批8英寸产品已经开始量产出货。
目前国内外厂商碳化硅的技术发展情况
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值得注意的是，虽然国内厂家在技术上明显和国外龙头有差距，但是在资金加持和下游旺盛需求的推动下，近年来我国碳化硅技术取得突飞猛进的发展，国内外差距正在在逐步缩小。从具体产线代际来看，国内外差距已从过去的10-15年（4英寸）、缩小至5-10年以内（6英寸）。预计未来向8英寸进军过程中，这一时间差距有望进一步缩小。
新能源汽车应用市场占比超过50%，国内厂商进入发展快车道
作为未来十年的黄金赛道之一，碳化硅最大的应用市场便是新能源汽车，占比超过50%。
根据现有技术方案，新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括：电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载 DC/DC）和非车载充电桩等领域。目前，每辆新能源汽车使用的功率器件价值约700 美元到1000 美元。随着新能源汽车的发展，对功率器件需求量日益增加，未来新能源汽车将成为碳化硅器件主要的增长点。
以特斯拉为例，特斯拉Model 3 车型采用以24 个碳化硅 MOSFET 为功率模块的逆变器，是第一家在主逆变器中集成全碳化硅功率器件的汽车厂商。据统计，2021 年，仅特斯拉一家需求便可消化近 50 万片 6 寸衬底产能，这也就意味着当下碳化硅整个市场的产能基本上已经被特斯拉一家给“承包”了。
主要整车厂商碳化硅的具体应用情况
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事实上，自特斯拉率先应用后，碳化硅已经越来越受到新能源汽车市场的青睐。目前，比如比亚迪、吉利、现代、广汽、小鹏等众多整车厂商都已经发布了搭载的碳化硅 800V 高电压平台的车型，部分车企已经将量产时点定在 2022 年。根据不完全统计，全球已采用或确定采用碳化硅功率器件的有近 30 家汽车品牌，预计 2022 年之后，碳化硅在电动汽车领域应用将出现爆发式增长。
尽管市场需求一路高歌猛进，但由于碳化硅工艺复杂、产品良率偏低等一系列因素影响，造成碳化硅产能的增长速度远远赶不上需求增长的速度。因此，从整个市场来看，未来5年内行业都将处于供不应求的状态。
在市场巨大的机会面前，为了实现我国碳化硅半导体的自主可控，近年来我国涌现出一大批碳化硅的企业。行业人士指出：“相对于第一代硅和第二代半导体砷化镓，目前全球第三代半导体总体处于起步发展阶段，我国与国际领先水平的整体技术差距相对较小，追赶的机会更大。在火热的市场驱动下，国内碳化硅厂商有望迎来非常好的发展机会。”
据芯八哥不完全统计，目前布局碳化硅业务的企业，除了传统的功率器件厂商之外，还包括一系列以碳化硅为主营业务的初创公司。其中传统的功率器件厂商在原有的IGBT、MOSFET等业务的基础上，利用长期以来积累的技术和经验优势向碳化硅器件领域拓展，模式以IDM为主，代表企业有时代电气、斯达半导、华润微、闻泰科技、新洁能、扬杰科技、宏微科技、泰科天润等；衬底材料方面，天岳先进、天科合达在业内领先，目前年产能在5万片左右，通过大规模的扩产，到2025年有望达到25万片左右；外延材料方面，瀚天天成、东莞天域是行业龙头，目前瀚天天成的年产能在10万片左右，扩产后远期目标为40万片/年。东莞天域目前的产能稍逊瀚天天成一点，但也达到了6万片/年。根据公司与露笑科技的最新协议，预计扩产后，未来碳化硅外延片出货量将超15万片/年。
国内主要厂商的碳化硅布局情况
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值得一提的是，三安光电作为国内少有的碳化硅全产业链龙头企业，目前已经能够实现产能、成本及质量验证的全方位管控，并且已经能够实现对细分行业客户的批量交付。
据三安光电介绍，公司部署的6英寸碳化硅晶体产线已经在2021年6月开始正式投产，产能为36万片/年，生产的晶体厚度可对标国际水平。此外，公司在2021年正式发布了纯自研1200V碳化硅MOSFET平台和器件，并且1200V和650V碳化硅二极管也已经获得了AEC-Q100车规级可靠性的认证。
从最新的数据来看，三安光电2021年导入碳化硅功率器件客户为549家，获得的新增订单金额高达数亿元，覆盖服务器电源、通信电源、光伏逆变器、家电、新能源汽车充电系统的充电桩电源和车载充电机等各细分应用市场标杆客户，并且量产交付的产品多达66款。
结语
碳化硅基于其优良的半导体性能，在新能源汽车、光伏、轨道交通、储能等电力电子领域未来的应用场景非常广阔，属于确定的成长性领域。市场上的众多企业和投资人也关注到了碳化硅材料在这方面的发展机遇，因而出现投资火热的情况。
不过，从另一个方面来看， 碳化硅行业的发展时间相对硅行业要短很多,不能忽视的一个问题是,碳化硅行业是一个需要大量技术积累的行业,并不是能够一蹴而就的；另一方面从研发到工程化再到产业化同样是一个非常不容易的过程,对产品迭代过程中质量一致性的要求非常高,这两方面对行业的新进入玩家是比较大的挑战。