2023碳化硅行業調研：碳化硅市場持續高增長趨勢

• 黃文玉 2023年11月23日 來源：互聯網 Yole 中國機床工具工業協會 444 22
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碳化硅由于化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能好，除作磨料用外，還有很多其他用途，例如：以特殊工藝把碳化硅粉末涂布于水輪機葉輪或汽缸體的內壁，可提高其耐磨性而延長使用壽命1～2倍;用以制成的高級耐火材料，耐熱震、體積小、重量輕而強度高，節能

隨著科技的快速發展，半導體行業也在不斷尋求新的材料和工藝，以實現更高的性能、更低的功耗和更小的尺寸。在這個過程中，碳化硅(SiC)作為一種新型的半導體材料，逐漸走入了人們的視線。碳化硅，是一種無機物，化學式為SiC，是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物，莫桑石。在C、N、B等非氧化物高技術耐火原料中，碳化硅為應用最廣泛、最經濟的一種，可以稱為金鋼砂或耐火砂。

中國工業生產的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體。碳化硅有黑碳化硅和綠碳化硅兩個常用的基本品種，都屬α-SiC。①黑碳化硅含SiC約95%，其韌性高于綠碳化硅，大多用于加工抗張強度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等。②綠碳化硅含SiC約97%以上，自銳性好，大多用于加工硬質合金、鈦合金和光學玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。此外還有立方碳化硅，它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體，用以制作的磨具適于軸承的超精加工，可使表面粗糙度從Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。

在電子領域，碳化硅功率器件已經廣泛應用于充電樁、充電器、電源、變頻器，逆變器等領域，能夠提高能源利用效率，減小設備體積和重量，降低成本。在醫療領域，碳化硅X射線探測器具有高靈敏度、低噪聲、高分辨率等優點，有助于提高疾病診斷效率和治療效果。在汽車領域，碳化硅功率器件能夠提高車輛的能效和可靠性，減少維護成本，是新能源汽車發展的重要方向之一。

碳化硅由于化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能好，除作磨料用外，還有很多其他用途，例如：以特殊工藝把碳化硅粉末涂布于水輪機葉輪或汽缸體的內壁，可提高其耐磨性而延長使用壽命1～2倍;用以制成的高級耐火材料，耐熱震、體積小、重量輕而強度高，節能效果好。低品級碳化硅(含SiC約85%)是極好的脫氧劑，用它可加快煉鋼速度，并便于控制化學成分，提高鋼的質量。此外，碳化硅還大量用于制作電熱元件硅碳棒。

以碳化硅材料為襯底的產業鏈主要包括碳化硅襯底材料的制備、外延層的生長、器件制造以及下游應用市場。在碳化硅襯底上，主要使用化學氣相沉積法(CVD 法)在襯底表面生成所需的薄膜材料，即形成外延片，進一步制成器件。應用領域最終主要分為射頻器件(5G、國防等)和功率器件(能源等)。

碳化硅行業發展現狀及競爭格局分析

近年來中國碳化硅功率器件市場規模快速增長，其主要驅動因素之一是新能源汽車市場的快速滲透。2021年，新能源汽車占下游應用市場的份額為38%。其次是消費類電源，占比為22%;光伏逆變器占據著15%的份額。

我國功率半導體行業經歷個四個階段：拓荒時代、本土聯盟、結構性變革和國產替代，我國功率半導體產業仍處于起步階段，總體呈現產業鏈完整、廠家多、發展迅速等特點。截止2022年4月，中國功率半導體相關企業已超320家。主要分布在廣東(130家)和江蘇(56家)等東南沿海地區。功率半導體市場穩中向好，全球功率半導體市場規模由2017年的441億美元增長至2022的年481億美元。2020年受疫情影響功率半導體市場規模有所下降，但2021年便恢復至459億美元。

碳化硅在半導體器件領域中是第三代半導體材料代表之一，從碳化硅器件的制造成本結構來看，襯底成本最大，占比達47%;其次是外延成本，占比為23%。這兩大工序是SiC器件的重要組成部分。其次分別為前段和研發費用，占比分別為19%和6%。根據數據，2018年和2021年碳化硅功率器件市場規模分別約4億和9.3億美元，復合增速約32.4%，受益于5G通信、國防軍工、新能源汽車和新能源光伏等領域的發展，碳化硅器件市場規模增速可觀。

根據中研普華產業研究院發布的《2022-2027年中國碳化硅行業市場全景調研及投資價值評估研究報告》顯示：

從市場競爭格局來看，全球碳化硅器件市場格局仍由海外巨頭主導，以意法半導體、英飛凌、科銳、羅姆半導體等為代表的企業占據了大部分市場份額。國內廠商中，比亞迪已經在整車中率先使用SiC器件，比亞迪半導體率先實現了SiC三相全橋模塊在電機驅動控制器中的大批量裝車。

碳化硅分為黑碳化硅和綠碳化硅，2020年中國黑碳化硅產量為75萬噸，綠碳化硅產量為10.5萬噸，2021年中國黑碳化硅產量為90萬噸，綠碳化硅為11萬噸，產量相繼上漲。說明我國碳化硅行業發展前景及需求量較為良好。根據海關顯示，2020年受到全球疫情影響，中國碳化硅進口量急劇下降，2020年中國碳化硅進口量為1624.7噸，同比下降72.89%，隨著疫情態勢的放緩，中國碳化硅進口量有一定的恢復，2021年中國碳化硅進口量為3873.5噸，同比增長138.41%，增長可觀。

數據顯示，2018-2020年和2021上半年晶棒良率分別為41%、38.57%、50.73%和49.90%，襯底良率分別為72.61%、75.15%、70.44%和75.47%，綜合良率目前大約為37.7%。說明中國碳化硅的技術級層面有限，目前還沒有找到能提高綜合良率的辦法。在碳化硅器件各環節生產中，襯底的成本最高，為47%，第二為外延，占比12%，第三為前段，占比19%，這是碳化硅器件生產過程中最重要的三個環節，生產成本過高導致利潤收入減少，售價溢出就會降低產品的滲透率，從而阻礙碳化硅的發展。

2023年5月4日，從中科院物理所獲悉，該所科研團隊在碳化硅材料產業化方面再迎進展：國際知名半導體企業英飛凌科技近日發布公報稱，已與中國碳化硅材料供應商天科合達簽訂一份長期供貨協議，以維護整體供應鏈穩定。后者正是中科院物理所產學研合作的產物。

碳化硅行業未來發展趨勢預測

隨著碳化硅(SiC)在電動汽車、新能源等領域的應用日益廣泛，市場需求不斷增長。近期，一批碳化硅項目集中開工，部分公司接到批量訂單，推動了碳化硅加速量產。

相關機構表示，碳化硅市場高增長趨勢吸引業界激進投資，遠期規劃產能合計數已超遠期需求，未來供過于求將導致尾部廠商被出清，技術(降本能力)、產能(有效產能)、客戶關系為決定競爭格局的關鍵要素。

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