第三代半导体时代来临，一文看懂半导体战略红利（中）

国家政策明确，重点解决“卡脖子“问题，政府参与扮演投资人角色

近年来，在国家及地方政府层面，多次出台行业扶持政策，重点发展第三代半导体产业，解决半导体行业“卡脖子“问题。在火热的市场环境下，各地政府也积极参与到三代半导体项目的投资建设当中。

因三代半导体投资规模相对较低，产业链上游的材料及生产环节不再集中于一二线城市，而是全国遍地开花。根据《火热的投资环境以及政策保障下，我国SIC产业已完成基本布局》一文的整理数据显示，2018-2020年，我国仅SiC项目政府投资达到32个，计划投资金额超过700亿。

近两年的投资热潮，也使得该领域的企业普遍估值偏高，产生了泡沫，一些项目在未来3-5年很可能难以落地，行业将迎来一次洗牌。

数据来源：网络公开数据，华映资本整理

数据来源：《火热的投资环境以及政策保障下，我国SiC产业已完成基本布局》，华映资本整理

产业链上游材料工艺难

提升工艺扩产正当时

产业链环节中，上游主要是原材料如碳粉，硅粉，化合物半导体粉体及相关辅料，根据其纯度不同价格有一定差异，对于衬底厂商来说，为降低成本大部分采用自研粉体，同时也会有一定的比例对外采购。

设备主要分为材料生产设备及前端工艺加工设备。前段工艺加工设备大部分与传统硅生产线相同，如高温离子注入机、碳膜溅射仪、量产型高温退火炉等。在上游衬底、外延的材料制备上，由于碳化硅具有硬度高、高温环境生长且缓慢等特性，需要一些特殊的生产设备。

衬底生长环节大部分已实现国产化，核心设备为长晶炉，因其工艺的特殊性，部分衬底厂商会自研炉子，也有个别企业同时对外销售。外延设备、切磨抛设备及测试设备目前仍以进口日本、欧洲、美国设备为主。

下图为碳化硅器件从原材料粉体到制备成熟的器件模组的生产流程，最终器件成本方面，因其材料制备工艺难度大、良率低，衬底占器件价格高达50%，外延占比25%左右。面对下游行业需求的爆发，提升工艺及良率，扩大晶圆产能是行业当务之急。近年来，国内代表性衬底企业山东天岳、天科合达，外延厂商翰天天成、东莞天域实现了快速发展，也涌现一批后起之秀，如苏州超芯星、百识电子等。

数据来源：网络公开数据，华映资本整理

海外及中国台湾
碳化硅产业链全景

全球格局分析：欧美日起步早、中国发展速度快、美国全球独大，80%碳化硅来自美国

美国：保持全球独大，拥有Cree、II-VI、Dow Corning、Transphorm等世界顶尖企业，占有全球碳化硅70~80%产量；

欧洲：拥有完整的碳化硅衬底、外延、器件、应用产业链，独有高端光刻机制造技术、拥有英飞凌、意法半导体、Siltronic、IQE等优势制造商；

韩国：重点研发和生产高纯度SiC粉末、高质量SiC外延材料以及硅基SiC和GaN功率器件;

日本：技术力量雄厚，产业链完整，是设备和模块开发的领先者，拥有松下、罗姆半导体、住友电气、三菱化工、瑞萨、富士电机等知名厂商;

中国：发展较快，近年已经进入产业化和收益阶段，正在快速追赶国际巨头；

上市公司方面，有三安光电，北方华创等企业，大部分为未上市企业，但最近3年发展迅速。

企业成立的时间上，普遍晚于欧美日巨头15-20年以上，在衬底、外延工艺方面处于落后位置。国内主要技术源头：中科院、山东大学、中电科体系、清华、及海外企业归国创业人才等。

产业形态分析：SiC厂商以全产业链的IDM巨头为主、IDM占器件90%以上

化合物半导体芯片性能与材料、结构设计和制造工艺之间的关联性较强，且三代半导体设计难度不如数字电路复杂，因此很多企业采用IDM模式。

例如Rohm和CREE整合了SiC从衬底到模组的全产业链环节；Mitsubishi Electric和Fuji Electric整合了芯片到终端应用系统。

全球大部分器件及应用市场份额被IDM厂商Infineon、CREE、Rohm、意法半导体等少数企业瓜分。

2020年CREE占据衬底市场约52%份额、器件市场约21%份额;CREE和Infineon、Rohm共占器件市场的63%。CREE占据碳化硅基GaN超过24%市场份额。

数据来源：网络公开数据，华映资本整理

海外及台湾地区SiC产业链主要玩家及龙头企业

数据来源：方正证券研报、网络公开数据

数据来源：网络公开数据，华映资本整理，统计数据截至2021年5月

CREE-全球三代半导体全产业链龙头企业

科锐(CREE)成立于1987年，是美国上市公司(1993年，纳斯达克:CREE)，为全球LED外延、芯片、封装、LED照明解决方案、化合物半导体材料、功率器件 和射频于一体的著名制造商和行业领先者。

在氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等方面独一无二的材料技术与先进的白光技术，拥有1300多项美国专利、2900多项国际专利和389项中国专利；在SiC领域拥有绝对的领导地位，在2018年SiC晶片市场占比超过62%；收购整合wolfspeed后基于 SiC 衬底的 GaN 具有较强技术优势，超20%市场份额全球第一。

罗姆-日本三代半导体领军企业

日本ROHM是碳化硅MOSFET分立器件和模组领域第二大公司，提供650V~1700V范围内各种产品；在商业化碳化硅生产后仅七年时间，ROHM推出了沟槽式碳化硅MOSFET，成为全球第一家量产此类产品的厂商。

II-IV-美国三代半导体衬底+外延代表性企业

II-VI Deutschland公司属于II-VI集团，于1971年在美国宾夕法尼亚州创立，生产红外和 CO2激光光学元件和材料，也是全球较大的激光镜片制造商。

国内(大陆)碳化硅产业链全景

国内行业现状及趋势分析：起步晚，布局快，但面临诸多挑战

器件国产化率极低：我国功率半导体市场国产化程度低，其中IGBT约90%依靠进口。SiC、GaN在电力电子领域渗透率约1.5~1.9%，SiC、GaN电力电子同样 90%以上依赖于进口，主要为 CREE、英飞凌、Rohm，国产的功率器件目前仅在SiC二极管有量产销售突破。

产能严重不足，成本高居不下：全球范围内，面对下游应用多个行业的爆发，产能严重不足，需成倍的扩产。

6-8寸扩径正当时：目前国内衬底主要为2-4英寸，未来3~5年，6英寸碳化硅衬底严重匮乏，4寸线3-5年逐渐淘汰。目前国内批量出国6寸晶圆的企业寥寥无几。以天科合达为例，2019年其6寸年出货1500片不到，4寸出货在3万多片。目前全球可以稳定提供6英寸碳化硅衬底的只有美国的CREE，II-VI和瑞典的Norstel。

6英寸在较长时间成为主流，8寸因器件厂商投入产出比不高且前端工艺产能极为紧张，过度会比较慢，但长期看大尺寸是趋势。

良率低，一致性差，工艺亟待改良：国内衬底企业生产良率尚不及CREE等国际大厂，经济效益有待提升，产品的一致性问题是难以攻克的短板，进入主流供应链需要时间，工艺急需改良。

衬底和外延出货量低，特别是外延出货量更低，据悉近年来年出货量不到万片。大部分依赖进口，主要为英国、韩国、日本、美国等企业。目前国内瀚天天成和天域半导体均可供应4-6英寸外延片，月出货量具体未知，中电科13所、55所亦均有内部供应的外延片生产部门。

芯片设计与制造方面：国内600-3300VSiC-SBD已开始批量应用，有企业研发出 1200V/50ASiC-MOSFET；泰科天润已建成国内第一条SiC器件生产线，SBD产品覆盖 600V-3300V的电压范围；中车时代电气的6英寸SiC生产线也于2018年1月首批芯片试制成功。

技术趋势：大尺寸、低缺陷、低电阻率、高导热率。四代半导体(氧化镓、金刚石等，离产业化较远)。