（报告出品方/作者：华泰证券，黄乐平）
1碳化硅为第三代半导体材料，引领功率及射频领域革新
碳化硅较硅更能满足高温、高压、高频等需求，下游应用领域广泛
碳化硅属于第三代半导体材料，具备禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强高、电子饱和漂移速率高等特点。碳化硅为第三代半导体材料典型代表，相较于硅材料等前两代半导体材料，其禁带宽度更大，在击穿电场强度、饱和电子漂移速率、热导率以及抗辐射等关键参数方面有显著优势。基于这些优良特性，碳化硅衬底在使用极限性能上优于硅衬底，可以满足高温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求。因此，碳化硅材料制备的射频器件及功率器件可广泛应用于新能源汽车、光伏、5G通信等领域，是半导体材料领域中具备广阔前景的材料之一。
碳化硅用于制作功率及射频器件，产业链包括衬底制备、外延层生长、器件及下游应用。根据电化学性质不同，碳化硅晶体材料分为半绝缘型衬底（电阻率高于Ω·cm）和导电型衬底（电阻率区间15~30mΩ·cm）。不同于传统硅基器件，碳化硅器件不可直接制作于衬底上，需先使用化学气相沉积法在衬底表面生成所需薄膜材料，即形成外延片，再进一步制成器件。通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层制得碳化硅基氮化镓外延片，可制成HEMT等微波射频器件，适用于高频、高温工作环境，主要应用于5G通信、卫星、雷达等领域。在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层制得碳化硅外延片，可进一步制成碳化硅二极管、碳化硅MOSFET等功率器件，适用于高温、高压工作环境，且损耗低，主要应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域。
国内外厂商积极布局碳化硅，产业链日趋完善。以碳化硅材料为衬底的产业链主要包括碳化硅衬底制备、外延层生长、器件及模组制造三大环节。伴随更多厂商布局碳化硅赛道，产业链加速走向成熟。目前，碳化硅行业企业形成两种商业模式，第一种覆盖完整产业链各环节，同时从事碳化硅衬底、外延、器件及模组的制作，例如Wolfspeed、Rohm；第二种则只从事产业链的单个环节或部分环节，如Ⅱ-Ⅵ仅从事衬底及外延的制备，英飞凌则只负责器件及模组的制造。当前，国内的碳化硅生产厂商大多属于第二种商业模式，聚焦产业链部分环节。
SiC较IGBT具备耐高压、低损耗和高频三大核心优势
SiCMOSFET较IGBT可同时具备耐高压、低损耗和高频三大优势。1）碳化硅击穿电场强度是硅的十余倍，使得碳化硅器件耐高压特性显著高于同等硅器件。2）碳化硅具有3倍于硅的禁带宽度，使得SiCMOSFET泄漏电流较硅基IGBT大幅减少，降低导电损耗。同时，SiCMOSFET属于单极器件，不存在拖尾电流，且较高的载流子迁移率减少了开关时间，开关损耗因此得以降低。根据Rohm的研究，相同规格的碳化硅MOSFET较硅基IGBT的总能量损耗可大大减低73%。3）涵盖MOSFET自身特点，较IGBT具备高频优势。此外，据Wolfspeed研究显示，相同规格的碳化硅基MOSFET与硅基MOSFET相比，其尺寸可大幅减少至原来的1/10。
碳化硅助力新能源汽车实现轻量化及降低损耗，增加续航里程。1）碳化硅较硅拥有更高热导率，散热容易且极限工作温度更高，可有效降低汽车系统中散热器的体积和成本。同时，SiC材料较高的载流子迁移率使其能够提供更高电流密度，在相同功率等级中，碳化硅功率模块的体积显著小于硅基模块，进一步助力新能源汽车实现轻量化。2）SiCMOSFET器件较硅基IGBT在开关损耗、导电损耗等方面具备显著优势，其在新能源汽车的应用可有效降低损耗。根据丰田
转载请注明地址:http://www.abmjc.com/zcmbhl/2210.html
