SiC碳化硅性能指标优势、市场需求分析:新能源车(2021年)

2023年11月19日发(作者：老款马自达6费油吗)

SiC 碳化硅：新能源车催生需求爆发，行业将迎扩产潮

■ SiC 为全球最先进的第三代半导体材料。

1) 第一代元素半导体材料：硅（Si）和锗(Ge)；

2) 第二代化合物半导体材料：砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等；

3) 第三代宽禁带材料：碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝（ALN）、氧化镓（Ga2O3）

等。

图 36：传统硅（Si）产业链与碳化硅（SiC）产业链对比

■ SiC 碳化硅是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一：由碳元素和硅元素

是硅的 3 倍；导热率为硅的 4-5 倍；击穿电压为硅的 8 倍；电子饱和漂移速率为硅

的 2 倍。核心优势体现在：

组成的一种化合物半导体材料。相比传统的硅材料（Si），碳化硅（SiC）的禁带宽度

1) 耐高压特性：更低的阻抗、禁带宽度更宽，能承受更大的电流和电压，带来更小尺寸 的产

品设计和更高的效率；

2) 耐高频特性：SiC 器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，能有效提高元件的开关

速度（大约是 Si 的 3-10 倍），适用于更高频率和更快的开关速度；

3) 耐高温特性：SiC 相较硅拥有更高的热导率，能在更高温度下工作。

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表 9：相比传统的硅材料（Si），碳化硅（SiC）各项性能指标优势明显

半导体材料 Si Ge GaAs GaN 4H-SiC 6H-SiC 3C-SiC ALN

禁带宽度（eV） 1.12 0.67 1.43 3.37 3.26 3 2.2 6.2

能带类型 间接 间接 直接 直接 间接 间接 间接 间接

击穿场强（MV/cm） 0.3 0.1 0.06 5 3 5 3 1.4

电子迁移率（cm2/Vs） 1350 3900 8500 1250 800 <400 <800 300

空穴迁移率（cm2/Vs） 480 1900 400 <200 115 90 320 14

热导率（W/cm*K） 1.3 0.58 0.55 2 4.9 4.9 3.6 2.85

第一代半导体 第二代半导体 第三代半导体

■ 市场空间：据 Yole 统计，2019 年 SiC 碳化硅功率器件市场规模约 5.6 亿美元，预计

2024 年将增长至 20 亿美元，2018-2024 年 CAGR 接近 30%。其中，新能源汽车是 SiC

功率器件下游最重要的应用市场，预计到 2024 年新能源车用 SiC 功率器件市场规模

将达到近 12 亿美元。

■ 新能源汽车是碳化硅功率器件市场的主要增长驱动。

1) 应用端：解决电动车续航痛点。据 Cree 测算，将纯电动汽车逆变器中的功率组件改成

SiC 时,可显著降低电力电子系统的体积、重量和成本，提升车辆 5%-10%的续航。据英

飞凌测算，SiC 器件整体损耗相比 Si 基器件降低 80%以上，导通及开关损耗减小，

有助于增加电动车续航里程。

2) 成本端：单车可节省 400-800 美元的电池成本，与新增 200 美元的 SiC 器件成本抵

消后，能够实现至少 200-600 美元的单车成本下降。

3) 客户端：特斯拉等车企已相继布局。Model 3 是行业第一家采用 SiC 逆变器的车型，

开启了电动汽车使用 SiC 先河，单车总共有 48 个 SiC MOSFET 裸片，由意法半导体和

英飞凌提供。其他车企包括比亚迪汉、丰田 Mirai 等也相继开始采用 SiC 逆变器。

图 37：新能源车为 SiC 核心下游增长点 图 38：SiC 功率组件可提升车辆 5%-10%的续航

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■ SiC 衬底供应商竞争格局：海外龙头垄断，国产厂家以小尺寸为主。

1) 全球市场：美国科锐公司（Cree）占据了 60%以上的市场份额，基本控制了国际碳化

硅单晶的市场价格和质量标准。其他公司包括：美国二六（II-VI）、道康宁（Dow

Corning）、德国 SiCrystal AG、日本新日铁等。主流产品已经完成从 4 寸向 6 寸的转

化。

2) 国内公司：总体处于发展初期，主要以 4 英寸小尺寸产能为主。2018 年，天科合达

以 1.7%的市场占有率排名全球第六、国内第一。其他公司包括天科合达、河北同光、世

纪金光、中电集团 2 所等。

图 39：Cree 占据全球 SiC 材料 60%以上市场份额（2018 年） 图 40：海外 SiC 产业链各环节主要厂商

Cree

II-VI

SiCrystal

Dow

ShowaDenko

天科合达

山东天岳

Norstel

其他

16%

1% 1%

2%

1%

2%

4%

12%

62%

■ 新能源车需求快速爆发，SiC 产能吃紧，全球产能扩产有望加速。

预计特斯拉未来 2 年 Model 3/Model Y 年产能将达到 200 万辆（其中，美国工厂 100 ?

万辆+中国工厂 50 万辆+柏林工厂 50 万辆）。假设 2021 年产量 100 万辆，单车消耗

0.5 片 6 英寸 SiC 晶圆，则对应一年消耗 6 英寸 SiC 50 万片，目前全球 SiC 硅晶圆

总产能约在 40~60 万片/年。

? 2020 年全球电动汽车销量达 310 万辆，同比增长 39%。我们对 SiC 碳化硅市场空间

进行测算，假设：

1) 2022 年电动车销量达 500 万辆，2020-2022 年CAGR=27%；

2) SiC 在新能源车应用渗透率达 50%；

3) 单车消耗 0.5 片 6 英寸 SiC 晶圆、单片售价约 6500 元；

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? 则对应 2022 年 6 英寸 SiC 需求达 125 万片/年，市场空间达 81 亿元。行业供需缺口

较大，产能扩张需求势在必行。

表 10：中国 SiC 衬底项目布局情况统计

公司 地点 产品尺寸/方案 项目情况

山东天岳 浏阳 2\"-6\" 半绝缘型&导电型 已投产

北京 2\"-6\"SiC 已通线

6\"SiC 2020.3 签署协议并完成首期出资 合肥

2\"-6\"SiC 2019.9 完成项目备案 北京

4\"-8\" 2020Q1 试运营 徐州

6\"导电衬底、4\"半绝缘衬底 2020.7 开工 三安光电 长沙

4\"半绝缘 4H-SiC 片、6\"半绝缘 4H-SC 片、

已投产 太原 中电二所

世纪金光

天科合达

中科钢研

6\"N 型 4H-SC 片

青岛 4\"导电片、4\"高纯度半绝缘片 预计于 2020.9 投产

南通 4\"-6\"SiC 晶片、4\"高纯度半绝缘片 2020.2 项目开工

华大半导体 4\"-6\" 2019.12 签约 宁波

露笑科技 4\"-6\"半绝缘片、4H 晶体N 型导电片 2020.4 公告募资预案 诸暨

江苏超芯星 6\" 2020.3 签约 南京

上海合晶 6\"N 型&半绝缘片 2020 年项目备案 上海

中鸿新晶 6\"-8\" 2020.4 签约 济南

2019.11 一期投产

广州 南砂晶圆 N/A

保定 同光晶体 4\"-6\" 2020.3 签署协议

镇江 4\"-6\"、4H&6H 型 N/A

科友半导体

2020.7 扩产

6\"-8\" 已开工 哈尔滨

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