行業(yè)背景

｜SiC：第三代半導體之星，高壓、高功率應用場景下性能優(yōu)越

碳化硅是第三代半導體材料，相比傳統(tǒng)的硅材料（Si），碳化硅（SiC）的禁帶寬度是硅的3 倍；導熱率為硅的4-5 倍；擊穿電壓為硅的8-10 倍。相同規(guī)格的碳化硅基MOSFET 與硅基MOSFET 相比，其尺寸可大幅減小至原來的1/10，導通電阻可至少降低至原來的1/100。相同規(guī)格的碳化硅基MOSFET 較硅基IGBT 的總能量損耗可大大降低70%。

碳化硅功率器件將極大提高現(xiàn)有使用硅基功率器件的能源轉(zhuǎn)換效率，未來主要應用領(lǐng)域有電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)等。

｜碳化硅應用領(lǐng)域豐富，市場規(guī)模不斷擴大

據(jù)Yole 統(tǒng)計，2020年 SiC碳化硅功率器件市場規(guī)模約7.1 億美元，預計2026年將增長至 45億美元，2020-2026年 CAGR 近36%。其中，新能源汽車是SiC功率器件下游最重要的應用市場,預計需求于2023 年開始快速爆發(fā)。

｜新能源車：滲透率快速提升，是碳化硅市場的重要驅(qū)動力

SiC功率器件主要應用于新能源車逆變器，搭載碳化硅功率模塊；部分用于DC/DC轉(zhuǎn)換器、電機驅(qū)動器和車載充電器(OBC)，搭載單管器件。

此前影響碳化硅器件放量的主要約束為成本經(jīng)濟性問題，現(xiàn)今隨著晶圓生產(chǎn)制造成本下行、與硅基器件價差持續(xù)縮小，同時若考慮散熱系統(tǒng)成本節(jié)約、空間節(jié)約、電驅(qū)系統(tǒng)性能提升和整車價值躍升等附加價值，碳化硅器件已具有一定競爭優(yōu)勢。

單車SIC主逆變器約5000元，OBC和DC/DC約800元，考慮目前特斯拉約100%滲透率、比亞迪30%滲透率、其它車企應用還較少的情況，綜合預估中國新能源汽車SIC市場將從2020 的 14.6億元增長到 2024年的 164.7億元，年均復合增長率達83.2%。

｜新能源車：滲透率快速提升，是碳化硅市場的重要驅(qū)動力

目前特斯拉Model 3 的 SiCMOSFET 只用在主驅(qū)逆變器電力模塊上，共48 顆SiCMOSFET，對應單車消耗約0.25 片 6英寸 SiC襯底。如未來延伸用在包括OBC、DC/DC轉(zhuǎn)換器、高壓輔驅(qū)控制器、主驅(qū)控制器、充電器等，單車SiC 器件使用量將達到100-150 顆，市場需求將進一步擴大（單車消耗有望達0.5 片 6英寸 SiC 襯底）。

假設(shè)2022 年 Model3/Model Y 產(chǎn)量 150萬輛，單車消耗0.25 片 6英寸 SiC晶圓，則對應一年消耗6 英寸 SiC37.5 萬片，目前全球 SiC晶圓總產(chǎn)能約在 50~60萬片/年，供給端產(chǎn)能吃緊。

｜光伏：全球光伏新增裝機容量持續(xù)上升，碳化硅應用市場空間廣闊

碳化硅主要應用于光伏逆變器，可提升轉(zhuǎn)換效率、降低系統(tǒng)成本?；诠杌骷膫鹘y(tǒng)逆變器成本雖較低（僅占系統(tǒng)10%左右），卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來源之一。數(shù)據(jù)顯示，在光伏逆變器中使用碳化硅功率器件可使轉(zhuǎn)換效率從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，大幅提高設(shè)備循環(huán)壽命，降低生產(chǎn)成本。據(jù)CASA 預測，到2048 年，光伏逆變器中碳化硅功率器件占比可達85%。

碳化硅在光伏領(lǐng)域中主要應用于組串式光伏逆變器和集中式光伏逆變器。參考CIIA 光伏逆變器中的組串式和集中式的占比、CASA預測的碳化硅在光伏逆變器的滲透率，測算全球光伏領(lǐng)域碳化硅市場規(guī)模，2025年有望達到 75.4億人民幣。

｜軌交：節(jié)能、高效助推碳化硅滲透軌交牽引系統(tǒng)

牽引變流器是機車大功率交流傳動系統(tǒng)的核心裝備，碳化硅器件由于具有高溫、高頻和低損耗特性，能夠降低牽引變流器綜合能耗，提升系統(tǒng)的整體效能，符合軌道交通大容量、輕量化和節(jié)能的應用需求。經(jīng)裝車試驗測試，中車株洲所與深圳地鐵集團聯(lián)合研發(fā)的地鐵列車全碳化硅牽引逆變器在節(jié)能化方面表現(xiàn)優(yōu)異，同比硅基IGBT 牽引逆變器的綜合能耗降低10%以上，中低速段噪聲下降5 分貝以上，溫升降低40℃以上。

根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會的數(shù)據(jù)，如果全國城軌全面采用碳化硅，僅2019 年就可節(jié)省15.26 億度電，節(jié)省的電量足夠整個北京的軌道交通使用。碳化硅滲透軌道交通得到政策支持，2021年 8月，交通運輸部提出和發(fā)布的預期成果包括：形成碳化硅器件應用技術(shù)路線及電力電子變壓器應用技術(shù)路線；通過3-5 年時間，在動車和城軌牽引系統(tǒng)中完成碳化硅MOSFET 裝車應用。

在軌交牽引變流器領(lǐng)域，2025年全球碳化硅器件市場規(guī)模將達到33.8億元，5 年CAGR 為 29.2%；到2025 年，中國軌交牽引系統(tǒng)碳化硅器件市場規(guī)模將達到11.3 億元，5年 CAGR 為29.5%

｜充電樁：充電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速增長，碳化硅應用前景廣闊

中國充電樁市場規(guī)模在2015 年至 2020年總體呈增長趨勢，由2015 年的 12.5億元增長到 2020年的 65.3億元，CAGR 達到39.2%。根據(jù)中國充電聯(lián)盟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2021 年 12月，全國充電基礎(chǔ)設(shè)施保有量達261.7 萬臺，聯(lián)盟內(nèi)成員單位總計上報公共類充電樁114.7 萬臺，同比增長56.4%，其中直流充電樁47.0 萬臺，同比增長52.1%。碳化硅主要應用于直流充電樁中，其高功率能夠提升充電效率、縮短充電時間，有望實現(xiàn)加速滲透。根據(jù)國務(wù)院發(fā)布的《2030年前碳達峰行動方案》指引和工信部的規(guī)劃，預計到2025 年我國車樁比應在2:1 到 3:1之間，到 2030年接近 1:1的合理值。

參考泰科天潤提供的一款基于碳化硅的直流快速充電樁，輸出功率為60kw，其體積比同樣輸出功率的硅基充電樁小30-35%左右，因而能夠通過散熱性能和所占空間節(jié)省成本。根據(jù)CASA 的測算，2019年碳化硅在直流充電樁的充電模塊滲透率約10%，預期未來隨著成本的降低，滲透率將進一步提升。根據(jù)測算，2025年我國應用于直流充電樁的碳化硅功率器件市場規(guī)模將達到27.1億元，2020-2025年 CAGR 為72.7%。

｜射頻：5G基站端氮化鎵射頻器件應用廣闊，帶動碳化硅襯底市場

全球氮化鎵射頻器件市場快速擴張，碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）是主流產(chǎn)品和技術(shù)解決方案。據(jù)Yole 預測，到2023 年，氮化鎵射頻器件的市場規(guī)模將占3W 以上射頻功率市場的45%，到 2024年，全球氮化鎵射頻器件市場將達到20 億美元，2018-2024年 CAGR 約21%。未來 10年內(nèi)，氮化鎵將成為射頻應用的主流技術(shù)。

GaNHEMT 是 5G基站射頻功放主流技術(shù)，碳化硅襯底作為主流解決方案，市場空間將持續(xù)突破。綜合工信部數(shù)據(jù)，根據(jù)我們測算，到2023 年，中國5G 射頻領(lǐng)域碳化硅襯底市場規(guī)模將達到20.9 億元，2020-2023年 CAGR 達17.4%。

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