智研精品報告

碳化硅傳統(tǒng)需求增長乏力，半導體材料領域有望成為碳化硅產(chǎn)業(yè)增長的突破口【圖】

碳化硅游志高 2019-01-25 05:14 來源：智研咨詢

碳化硅以硅石、無煙煤、石油焦碳等為主要原料，在高溫電阻爐里形成，呈黑色或綠色，碳化硅產(chǎn)品主要分為黑碳化硅及綠碳化硅。碳化硅脆而鋒利，具有高溫熱穩(wěn)定性、高熱傳導性、耐酸堿腐蝕性、低膨脹系數(shù)、抗熱震好等等一系列的優(yōu)良性能。目前被廣泛應用于耐火材料、鑄造、磨料、陶瓷、電子及其他領域。

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈示意圖

碳化硅主要用途

領域	簡介
耐火及鑄造	用作耐火材料的原料、鋼鐵冶煉中的還原劑
磨料及陶瓷	可用碳化硅制作磨具，適用于磨削低強度材料，如橡膠、塑料、木材等軟性材料。也適用于磨削鑄鐵、玻璃、陶瓷等材料。
電子及其他	因其良好的導電性能，碳化硅已經(jīng)被開發(fā)用于制作芯片、藍紫光發(fā)光二級管的基底

資料來源：智研咨詢整理

據(jù)統(tǒng)計，我國碳化硅企業(yè)200多家，碳化硅行業(yè)產(chǎn)能在220萬噸左右，碳化硅生產(chǎn)企業(yè)主要分布在甘肅、寧夏、青海、新疆、河南、四川、貴州、湖北等地區(qū)。

而目前國內(nèi)市場對碳化硅的需求僅為70多萬噸，主要用于低附加值的磨料磨具、耐火材料領域，國內(nèi)高端領域市場如智能電網(wǎng)、新能源汽車、軍用電子系統(tǒng)等由于尚處于發(fā)展初期對碳化硅的市場還未完全打開，因此我國碳化硅行業(yè)目前面臨著產(chǎn)能過剩，新設備、新廠區(qū)開工不足的局面。

智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國碳化硅行業(yè)市場運營態(tài)勢及發(fā)展前景預測報告》顯示：2017年我國碳化硅產(chǎn)量為108萬噸，其中黑碳化硅產(chǎn)量為100萬噸，2017年甘肅地區(qū)黑碳化硅產(chǎn)量約為40萬噸，寧夏地區(qū)黑碳化硅產(chǎn)量約為34萬噸，青海地區(qū)黑碳化硅產(chǎn)量約為3萬噸，內(nèi)蒙古地區(qū)黑碳化硅產(chǎn)量約為2.5萬噸，黑龍江地區(qū)黑碳化硅產(chǎn)量約為1.7萬噸，湖北以及四川地區(qū)均在1.5萬噸左右。2017年我國綠碳化硅產(chǎn)量下滑至8萬噸，新疆綠碳化硅產(chǎn)量約為4.5萬噸，青海綠碳化硅產(chǎn)量約為3.5萬噸。

2011-2017年我國碳化硅產(chǎn)量走勢圖

資料來源：智研咨詢整理

2017年我國主要省市黑碳化硅產(chǎn)量統(tǒng)計圖

資料來源：智研咨詢整理

2017年我國主要省市綠碳化硅產(chǎn)量統(tǒng)計圖

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根據(jù)海關發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)2017年我國碳化硅進口數(shù)量為0.13萬噸，年度出口數(shù)量為30.91萬噸，國內(nèi)碳化硅表觀消費量僅為77.22萬噸。

2011-2017年我國碳化硅供需平衡走勢圖

資料來源：智研咨詢整理

2009-2017年我國碳化硅進出口統(tǒng)計

年份	進口金額（美元）	進口數(shù)量（千克）	出口金額（美元）	出口數(shù)量（千克）
2009年	4068312	1319104	176652690	118379730
2010年	9732680	2516028	438278879	223151318
2011年	14497021	4631900	494055657	216234183
2012年	8166612	3584226	274578910	164969282
2013年	10600991	7114135	315620714	286671680
2014年	9803745	4354036	354350070	319774691
2015年	10193331	3099476	305381498	314771488
2016年	7047148	1654445	281768292	321464707
2017年	7017882	1261710	309092992	383972754

資料來源：智研咨詢整理

半導體材料的種類繁多，無論是單質(zhì)或是化合物，還是無機物或有機物，都可以作為半導體材料。從化學式上來看，半導體材料可分為單質(zhì)半導體及化合物半導體兩大類，單質(zhì)半導體包括硅（Si）、鍺（Ge）等，化合物半導體包括砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等。

三代半導體及應用分類

代系	典型代表	特征
第一代	硅基和鍺基半導體	適用于數(shù)據(jù)的運算和存儲；其中以硅基半導體技術成熟，應用也較廣
第二代	以砷化鎵、磷化銦為基礎	解決信息通信，應用領域包括半導體激光器、光纖通信、寬帶網(wǎng)等信息傳輸和存儲等
第三代	以氮化鎵、氮化銦、氮化鋁、碳化硅基礎	在電和光的轉(zhuǎn)化方面性能突出，在微波信號傳輸方面的效率更高，可被廣泛應用到照明、顯示、通訊等各個領域

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第二和三代半導體統(tǒng)稱為化合物半導體，化合物半導體材料制成的高頻、高速、防輻射的高溫器件，通常應用于激光器、無線通信、光纖通信、移動通信、軍事電子等領域。

三代半導體材料的物理特性對比

參數(shù)	Si	GaAS	GaN	SiC
禁帶寬度（eV）	1.1	1.4	3.4	3.2
介電常數(shù)	11.8	12.8	9.0	9.7
擊穿場強（10^6V/cm）	0.6	0.7	3.5	2.5
熱傳導率（W/m℃）	130	46	170	370
電子遷移率（cm2/V·s）	700	4700	1600	600
飽和速度（10^7cm/s）	1.0	2.0	2.5	2.0

資料來源：智研咨詢整理

碳化硅具有禁帶寬度大、熱導率高、電子飽和漂移速率大、臨界擊穿電場高、介電常數(shù)低及化學穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點，是新世紀有廣闊發(fā)展?jié)摿Φ牡谌滦桶雽w材料。碳化硅晶片和外延襯底在通信、汽車、電網(wǎng)、航空、航天、石油開采以及國防等各個領域有著廣泛的應用前景。

當前碳化硅這種物理化學性能優(yōu)異的新型材料越來越應用廣泛，隨著碳化硅產(chǎn)量的快速提升，其生產(chǎn)成本將不斷下降，優(yōu)異的性能將使得碳化硅在功率器件領域逐步實現(xiàn)對Si半導體的替代。面對晶體市場，電源管理元件市場，晶片市場，碳化硅半導體材料未來發(fā)展和替代空間巨大。

碳化硅半導體產(chǎn)業(yè)屬于朝陽產(chǎn)業(yè)，碳化硅半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要強大的資金支持。歐洲、美國、日本通過國家項目支持，實現(xiàn)快速產(chǎn)業(yè)化。歐洲實行以設備設計需求定制器件研發(fā)的大集團合作方式，取得了不少成果；美國政府高度重視，投入巨資，大力支持Cree等領軍企業(yè)，目前占據(jù)碳化硅技術前沿，并已將碳化硅器件應用于國防及航空航天等重要領域；日本推行以應用為導向，降低成本的產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略，也取得了極大的成效。

我國是全球最大的碳化硅應用市場，但我國的碳化硅產(chǎn)業(yè)很不完善，國內(nèi)從事碳化硅材料及器件研發(fā)制造的多為高校和科研院所，產(chǎn)業(yè)化能力缺乏。中國要發(fā)展碳化硅半導體產(chǎn)業(yè)，同樣需要政府投入，需要產(chǎn)、學、研的合作，需要材料、器件和封裝產(chǎn)業(yè)鏈的整合。
可以預見碳化硅未來最大的應用市場在中國，行業(yè)參與者要抓住這個契機，盡快推進碳化硅半導體產(chǎn)業(yè)的成熟，改變我國半導體行業(yè)一直落后于美日歐等發(fā)達國家的局面。

本文采編：CY209