最近朋友力推了一个碳化硅下游功率器件研发和销售的项目，吹得不行，正好自己也挺感兴趣的，趁这个机会刚好研究一下，做点功课，雪球上也同步做个简单记录，分享给需要的人。
起源：
2018年，特斯拉在model 3主逆变器上安装了24个意法半导体生产的碳化硅（SiC）MOSFET 功率模块，要知道当时碳化硅芯片比传统芯片贵十倍以上，大家都想知道“成本大师”特斯拉这么贵依然愿意上的原因是什么，一时间资本纷纷聚焦于这个元器件。然后大家发现这东西确实不错，提升逆变器效率、改善续航、高温表现好，不少场景确实能替换掉硅基器件，资本纷纷杀入，行业进入快速发展期。
基础概念科普：
碳化硅属于半导体产业链中的半导体材料，和半导体设备共同作为半导体制造产业链（设计、制造和封装）的支撑。
常见的半导体材料包括硅（Si）、锗（Ge）等元素半导体及砷化镓（GaAs）、碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等化合物半导体材料 ，这些半导体材料被行业内划分为三代。
第一代半导体：主要是硅、锗等元素半导体为代表。主要应用场景为低压、低频、低功率的场景，比如集成电路。硅基半导体产量最大用的最广，占半导体产品90%以上。
第二代半导体：主要是砷化镓为代表 。因为砷化镓的电子迁移率可以达到硅的 6倍,且具有直接带隙，因此其器件相比一代半导体器件具有高频、高速的光电性能，主要应用场景为光电子和微电子领域，比如半导体发光二极管和通信器件。
第三代半导体：主要是碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料。相比前两代，主要的优势在于禁带宽度大 、有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势 ，主要应用场景为高压、高频、高温场景，而且很重要的是可以相比前两代可以用较少的电能消耗获得更高的运行能力。
三代半导体之间其实各有利弊，不是单纯的替代关系，都有各自适配的场景。
碳化硅性能优劣势：
碳化硅相比传统硅，电气优势非常明显，集中体现于下面四点：
耐高压：击穿电场为硅的10倍，这使得碳化硅器件可以极大提高耐压容量、工作频率、电流密度，并大大降低导通损耗。
耐高温：半导体高温会出现载流子的本征激发现象，造成器件失效。禁带宽度越大，半导体极限工作温度越高， 碳化硅的禁带接近硅的3倍，硅器件的极限工作温度大约300℃，而碳化硅器件的极限工作温度可达到 600℃以上。
散热强：碳化硅的热导率比硅高，高热导率有助于散热，同等功率下发热减少，因此碳化硅器件散热设计要求低，有助于小型化。
高频强：碳化硅的饱和电子漂移速率是硅的 2 倍，这使得碳化硅具备更强的工作频率和更高的功率密度。
当然主要的劣势就是成本太高了：
硅晶圆发展多年，制造工艺成熟，硅基器件成本极低。而碳化硅衬底制备需要用到物理气相传输法（PVT），这种方法需要超高温度，同时生长周期较长、控制难度很大，良品率比较低。最后，碳化硅硬度极高而且很脆，这导致切割耗时远远高于普通硅片。
行业分析：
1）产业链情况
上游原料主要是高纯石英砂，高纯石英砂的制备成本高、加工工艺要求高，因此全球玩家其实挺少的。
主要玩家：尤尼明、The Quartz Corporation、石英股份（中国）
中游是碳化硅主产业链，又可以分为3个环节：衬底，外延片、器件制造。其中衬底成本占到器件成本47%，是核心环节，且衬底与产品质量密切相关，而且整个碳化硅市场的供给牢牢把控在衬底厂商手里。当然碳化硅外延的成本比重达到23%，也还挺重要的。
然后衬底由于电学性能会影响下游芯片功能和优劣，为满足不同芯片需求，可以根据电阻率分为两类碳化硅衬底：具有高电阻率（电阻率≥105Ω·cm）的半绝缘型碳化硅衬底和低电阻率（电阻率区间为 15~30mΩ·cm）的导电型碳化硅衬底 。
半绝缘型碳化硅衬底：主要应用于氮化镓射频器件的制造上。通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层，就可以制备得到碳化硅基氮化镓外延片，然后进一步制成氮化镓
射频器件。
导电型碳化硅衬底：主要还是用来做功率器件的。（注意：和传统硅功率器件制作工艺不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅衬底上，而是要在导电型衬底上生长碳化硅外延层得到碳化硅外延片，然后在外延层上再制造各类功率器件 ）
主要玩家：见下图，衬底可以关注一下国内的衬底厂商天科合达和山东天岳这两家，山东天岳已经上市了；外延生长部分是可以看下厦门瀚天天成和东莞天域半导体，模块可以关注斯达半导体、比亚迪电子；器件则是比如泰科天润、瀚薪之类的。
下游
下游就是具体的应用，根据衬底不同，制造的器件也会不同，因此应用也不同。
半绝缘型碳化硅衬底：生长氮化镓外延层后，制造氮化镓射频器件，然后最终用于5G通信、国防（4G/5G 移动通讯系统、新一代有源相控阵雷达等系统）。
导电型碳化硅衬底：碳化硅外延后，做功率器件，最终用在电动汽车（主逆变器）、光伏（组串逆变器）、轨道交通（牵引变流器 ）、智能电网（高压直流输电换流阀等）
行业规模：
市场分两块，分别对应半绝缘型碳化硅衬底制作的射频器件和导电型碳化硅衬底制作的功率器件。
射频器件市场规模：
根据Yole 报告 ，随着通信基础建设和军事应用的需求发展，全球氮化镓射频器件市场规模将持续增长，预计从 2019 年的 7.4 亿美元增长至 2025 年的 20亿美元，期间年均复合增长率达到 18%，而全球90%的氮化镓射频器件采用碳化硅衬底制备 。
功率器件市场规模：
根据 Yole 报告， 2019 年碳化硅功率器件的市场规模为 5.41 亿美元，受益于电动汽车/充电桩、光伏新能源等市场需求驱动，预计 2025 年将增长至 25.62 亿美元，复合年增长率约 30%。
华为也预测，在2030年光伏逆变器的碳化硅渗透率将从目前的2%增长至70%以上，在充电基础设施、电动汽车领域的渗透率超过80%，通信电源、服务器电源将全面推广应用。
行业发展方向：
1）大尺寸
碳化硅尺寸按直径可分为2、3、4、6、8英寸等规格，目前行业主要量产尺寸为4英寸（半绝缘型碳化硅）及6英寸（导电型碳化硅），科锐公司已研发成功8英寸产品且具备量产能力。
为了降本和提高生产效率效率，大尺寸是必须的的发展方向，尺寸上去了，单位衬底可制造的芯片数量就能上去，单位芯片成本能降低，同时尺寸加大可以减少边缘浪费。
2）扩产降本
只有把成本降低下去，市场需求才能进一步释放，才能去更多行业广泛运用，当成本足够低的时候，可以和激光雷达一样降维打击其他行业。
当然制造业，规模上去了，规模经济拉起来，成本下去是很快的。2019 年全球就有 6 家国际巨头宣布了 12 项扩产，主要为衬底产能的扩张，其中最大的项目为科锐公司投资近 10 亿美元的扩产计划，分别在北卡罗来纳州和纽约州建造全新的可满足车规级标准的
8 英寸功率和射频衬底制造工厂。
3）向上游布局
碳化硅的核心在于衬底，因此向上游布局是行业的不二选择，目前整个行业玩家除了签订长单以外，都在努力进入上游来保证自己供应链的稳定性。
发展意义
为什么国内一级市场非常关注碳化硅，主要是相比第一代和第二代半导体，整个第三代半导体都在发展初期，我国其实落后的不多。
从产业链角度而言，碳化硅的下游工艺制程相比一代和二代半导体具有更高的包容性和宽容度，制造环节对设备要求相对较低，投资额也是相对较小的。主要竞争是在衬底，国内现在可以量产4英寸和6英寸衬底，但是量产时间来看，落后时间从10年变成了7年，也就是说是在加速追赶的。
市场份额来看，射频器件那边，2020年美国科锐和贰陆公司市场份额分别为33%和35%，而山东天岳市场份额已达30%，排名全球第三。功率器件这边，国际巨头优势较大，但国内企业追赶的很快，2018年，国内天科合达和山东天岳市场份额分别为1.7%和0.5%，天科合达排名全球第六。
还有一个重要原因是新能源大时代主战场在中国，这个背景下行业想不发展快都不行。
最后行业的发展方向和降本路径都相对清晰，我国一旦能在上游衬底实现突破，完全是可以做到和电动车一样半导体行业内换道超车的。
国内玩家补充信息：
1）天科合达
公司是国内成立时间最早、规模最大的碳化硅晶片制造商之一。目前公司已经掌握6英寸碳化硅晶片的制造技术，并成功实现批量供应。公司自行研发了碳化硅单晶生长的关键技术、晶片加工的关键工艺技术。
2）山东天岳
公司专注于碳化硅衬底制造，主要产品包括半绝缘型和导电型碳化硅衬底。根据招股说明书信息，公司已实现6英寸半绝缘型与导电型的量产，8英寸导电型衬底也进入研发阶段。与龙头企业相比，山东天岳同等尺寸产品在技术参数上已不存在明显差距，差距主要体现在各尺寸的量产时间、供应等方面。从毛利来看，2020年公司实现毛利34.9%，相比竞争对手Wolfspeed的39.22%也差距不大。
3）河北同光晶体
公司成立于2012年，是中科院半导体所的合作单位。主要产品是4英寸和6英寸碳化硅衬底。有年产10万片直径4-6英寸碳化硅单晶衬底项目在保定市投产。
写不动了，太累了，下班回家吃饭了。
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