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2025-01-16 93 电子行业报告
技术产业化路径明确,衬底和外延占据主要价值。碳化硅产业链分为衬底、外延、 器件和应用四部分。其中,衬底、外延、前段、研发费用和其他分别在碳化硅器 件制造成本中占比 47%,23%,19%,6%,5%。目前主流制造衬底的方式首先以 物理气相升华法,在高温真空环境下将粉料升华,通过温场的控制在籽晶表面生 长出碳化硅晶体。以碳化硅晶片为衬底,使用化学气相沉积法,在晶片上淀积一 层单晶形成外延片。其中,在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层,可制成功 率器件,主要应用于电动车、光伏等领域;在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓 外延层,可进一步制成射频器件,应用于 5G 通讯等领域。碳化硅功率器件替代优势明显,在高压高功率领域性能强劲。功率器件是电力电 子行业的重要基础元器件之一,作用是实现对电能的处理、转换和控制,主要包 括功率二极管、功率三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT 等。碳化硅功率器件具有 高电压、大电流、高温、高频率、低损耗等独特优势,根据科锐和应用材料公司 官网数据显示,相较于硅基功率器件,碳化硅基 MOSFET 尺寸可以减少为同电压 硅基 MOSFET 的十分之一,能量损耗可以减少为同开关频率硅基 IGBT 的 30%。
SiC 功率器件下游应用广泛,市场快速放量。得益于优异的能源转换效率,碳化 硅功率器件在电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通、智能电网、家电等领域 均有广泛应用前景。根据 Yole 数据显示,全球碳化硅功率器件市场规模预计将从 2021 年 10.9 亿美元增长至 2027 年 62.97 亿美元,年均复合增长率达 34%,其中 新能源车(主逆变器和充电机)、光伏及储能系统贡献了主要增量。新能源车将 由从 2021 年 6.85 亿美元增长至 2027 年 49.86 亿美元,为最大增量领域;光伏及 储能预计增长至 2027 年 4.58 亿美元;此外轨道交通领域预计也会为功率器件市 场贡献超过 1 亿美元的增量空间。电动车领域新应用不断出现,汽车厂商积极启用碳化硅战略。电动汽车行业是市 场空间巨大的新兴市场,随着电动汽车的发展,对功率半导体器件需求量日益增 加。目前碳化硅功率器件在电机驱动系统、车载充电系统(OBC)、电源转换系 统(车载 DC/DC)和非车载充电桩的使用已经比较普遍。Cree 预测 SiC 逆变器能 够提升电动车 5-10%的续航,并节省 400-800 美元的电池成本(80kWh 电池、102 美元/kWh),与新增 200 美元的 SiC 器件成本抵消后,能够实现至少 200 美元的 单车成本下降。2021 年特斯拉 Model3 的主逆变器率先采用 24 个碳化硅 MOSFET 功率模块,比亚迪也迅速跟进,在汉 EV 上搭载了自主研发的 SiC 功率模块。充 电桩产品由于成本的原因,目前使用比例还相对较低,但部分厂商已开始利用碳 化硅器件的优势,通过降低冷却等系统的整体成本找到了利基市场。
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