2017年中國(guó)碳化硅器件行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)分析（圖）

    ①碳化硅器件優(yōu)勢(shì)明顯，是下一代功率半導(dǎo)體發(fā)展方向

    回顧功率半導(dǎo)體的發(fā)展歷史，技術(shù)進(jìn)步不斷誕生新型的功率器件。1957年美國(guó)通用電氣研制出世界上第一只晶閘管，開啟了功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的序幕。六十到七十年代是晶閘管統(tǒng)治功率器件的全盛時(shí)代；八十年代晶閘管與MOSFET共同主導(dǎo)了功率器件市場(chǎng)；到九十年代，晶閘管逐步讓位于MOSFET及IGBT，中小功率應(yīng)用MOSFET開始主導(dǎo)市場(chǎng)，IGBT則統(tǒng)治了中大功率應(yīng)用。

功率半導(dǎo)體器件形態(tài)更新?lián)Q代歷史

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    相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《2018-2024年中國(guó)碳化硅行業(yè)運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)與投資方向研究報(bào)告》

    碳化硅和氮化鎵是下一代功率半導(dǎo)體的核心技術(shù)方向。碳化硅器件的效率、功率密度等性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)前市場(chǎng)主流產(chǎn)品。受制于成本因素，碳化硅功率器件市場(chǎng)滲透率不到1%。我們判斷技術(shù)進(jìn)步將推動(dòng)碳化硅成本快速下降，中長(zhǎng)期看碳化硅器件將會(huì)是功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)主流產(chǎn)品。

    碳化硅相對(duì)硅器件的優(yōu)勢(shì)

    相比硅基器件，碳化硅器件具備高耐壓、低損耗、高效率的特點(diǎn),是理想的功率管理元件。

    工作頻率高：硅基IGBT一般工作在20Khz的頻率，而碳化硅基MOSFET在100Khz頻率下依然能夠保持高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)。

    耐受溫度高：碳化硅基器件能夠耐受更高的工作溫度，硅基IGBT最多在150-200度工作，而碳化硅基MOSFET在200-250度依然能夠正常工作。

    效率高：碳化硅器件的開關(guān)損耗及導(dǎo)通損耗大幅降低。一般開關(guān)損耗是硅器件的15-30%，大幅提升能源的利用效率。

    總結(jié)起來(lái)，碳化硅最核心的優(yōu)勢(shì)有兩方面，一是開關(guān)損耗小、導(dǎo)通損耗小，因而能源利用效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅器件，損耗僅僅為同等硅器件的15%-30%；二是模塊尺寸小。由于碳化硅芯片能工作在更高的頻率，與之配套的外圍電容電感尺寸大幅縮小，碳化硅模塊的尺寸往往僅僅為硅器件模塊的1/5。

硅及第三代半導(dǎo)體材料關(guān)鍵電子參數(shù)對(duì)比

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    目前碳化硅器件主要用于600伏及以上的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一些對(duì)能量效率和空間尺寸要求較高的應(yīng)用，如電動(dòng)汽車充電裝置、電動(dòng)汽車動(dòng)力總成、光伏微型逆變器領(lǐng)域等應(yīng)用。

碳化硅產(chǎn)品化的里程碑事件

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    碳化硅器件的市場(chǎng)定位于功率在1kw-500kw的應(yīng)用，工作頻率定位在10khz-10Mhz。

各種功率半導(dǎo)體器件的工作頻率及工作電壓

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碳化硅功率器件年產(chǎn)值

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    ②碳化硅重在中大功率，氮化鎵重在中小功率

    碳化硅、氮化鎵在應(yīng)用領(lǐng)域上略有區(qū)分，碳化硅的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用領(lǐng)域集中在中大功率應(yīng)用，而氮化鎵集中在中小功率應(yīng)用。

碳化硅與氮化鎵應(yīng)用領(lǐng)域的區(qū)分

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    ③碳化硅成本不斷下降，滲透率將持續(xù)提升

    2012年碳化硅二極管的成本是硅基肖特基二極管的5-7倍，碳化硅MOSFET是硅基MOSFET成本的10-15倍。經(jīng)過(guò)3年時(shí)間，碳化硅二極管的價(jià)格下降了35%，碳化硅MOSFET的價(jià)格下降了50%。

    我們認(rèn)為碳化硅成本將持續(xù)下降，驅(qū)動(dòng)成本下降的主要有以下幾個(gè)因素。

    （1）4寸線向6寸線遷移的過(guò)程降低20-40%成本。

    （2）碳化硅外延片技術(shù)在持續(xù)進(jìn)步，顆粒污染等缺陷率在持續(xù)下降，推動(dòng)芯片良率大幅上升。

    （3）隨著規(guī)模的擴(kuò)大和經(jīng)驗(yàn)的積累，碳化硅芯片制程工藝日益成熟，制造的良率在持續(xù)提升

    目前碳化硅、氮化鎵產(chǎn)品的成本相對(duì)較高，應(yīng)用領(lǐng)域受限于一些性能要求高的領(lǐng)域。整體來(lái)看，碳化硅器件的良率和硅工藝有著明顯的差距。

碳化硅器件單價(jià)持續(xù)下降

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    ④汽車應(yīng)用將推動(dòng)碳化硅滲透率快速上升

    汽車應(yīng)用領(lǐng)域，碳化硅器件替代硅器件是確定的發(fā)展趨勢(shì)。碳化硅功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域在持續(xù)的拓展。早期碳化硅主要應(yīng)用于功率校正電路（powerfactorcorrection電路），目前量產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)拓展至光伏逆變器、汽車車載充電機(jī)（onboardcharger）。預(yù)計(jì)2019-2020年，電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)將導(dǎo)入碳化硅功率器件，進(jìn)一步拓寬量產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。

    目前Tier-1汽車供應(yīng)鏈企業(yè)都在嘗試導(dǎo)入碳化硅，積極開展碳化硅功率器件的測(cè)試工作。豐田在2015年2月啟動(dòng)了碳化硅功率器件的實(shí)車測(cè)試工作，路測(cè)原型車在PCU的升壓轉(zhuǎn)換器和電機(jī)控制逆變器搭載了碳化硅功率器件。據(jù)調(diào)研信息，比亞迪已經(jīng)在電動(dòng)車車載充電機(jī)（chargeronboard）導(dǎo)入碳化硅功率器件。

配置碳化硅器件的豐田路測(cè)車輛

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    碳化硅功率系統(tǒng)的BOM成本僅僅比硅基功率系統(tǒng)高60%。我們認(rèn)為隨著碳化硅成本的進(jìn)一步降低，大規(guī)模替代硅基功率器件勢(shì)在必行。當(dāng)碳化硅/氮化鎵工作在更高的開關(guān)頻率，所需要的配套外圍電子元件、冷卻系統(tǒng)成本大幅降低。雖然論單個(gè)器件成本，碳化硅/氮化鎵是硅基器件的5倍以上。但是論系統(tǒng)整體成本，碳化硅/氮化鎵的與硅基器件的成本差距已經(jīng)非常小。根據(jù)數(shù)據(jù)，單個(gè)60kw碳化硅功率模塊的BOM成本在732美金，而響應(yīng)的硅基IGBT功率模塊的BOM成本約為458美金，碳化硅功率系統(tǒng)僅僅比硅基功率系統(tǒng)成本高出60%。

混合動(dòng)力汽車的逆變器（含功率半導(dǎo)體）成本分拆

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    ⑤國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈初具雛形

    碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈可分為三個(gè)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，一是上游襯底，二是中游外延片，三是下游器件制造。國(guó)外供應(yīng)鏈體系主要有：

    襯底：Cree、Rohm、EPISIL

    EPI外延片：Cree、Rohm、英飛凌、GE、三菱

    器件：英飛凌、Cree、Rohm、意法半導(dǎo)體、美高森美、GenSiC、三菱

    碳化硅器件方面，國(guó)際上碳化硅SBD、碳化硅MOSFET均已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，產(chǎn)品耐壓范圍600v-1700v，單芯片電流超過(guò)50A。

國(guó)際碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈主要公司

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    國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成相對(duì)完整的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈體系。

    襯底材料：山東天岳、天科合達(dá)、河北同光晶體、北京世紀(jì)金光

    EPI硅片：東莞天域半導(dǎo)體、廈門瀚天天成

    器件：泰科天潤(rùn)、瀚薪、揚(yáng)杰科技、中電55所、中電13所、科能芯、中車時(shí)代電氣

    模組：嘉興斯達(dá)、河南森源、常州武進(jìn)科華、中車時(shí)代電氣

    目前碳化硅市場(chǎng)處于起步階段，國(guó)內(nèi)廠商與海外傳統(tǒng)巨頭之間差距較小，國(guó)內(nèi)企業(yè)有望在本土市場(chǎng)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)彎道超車。國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)在碳化硅SBD形成銷售收入，碳化硅MOSFET的產(chǎn)業(yè)化尚在原型器件研制階段。另外國(guó)內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出1700V/1200A的混合模塊（硅IGBT與碳化硅SBD混合使用）、4500V/50A等大容量全SiC功率模塊。

國(guó)內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈

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