半导体产业链中的这一环节正在发生剧变

日前，半导体板块爆发，方静科技，苏州固山，TCL中环，士兰威，文泰科技全部涨停，国鑫科技，全志科技，福满威，上海贝岭，太极，华灿光电大涨在过去的两个月里，半导体指数也大幅反弹

半导体产业链中的这一环节正在发生剧变。

在同样的价格下，集成电路上可以容纳的元件数量每18—24个月就会翻一番，性能也同步翻一番。

在过去的几十年里，芯片产业的进步严格遵循着这个人为的约定，但当TSMC宣布突破1nm工艺时，摩尔定律在理论上已经走到了死胡同要延续这一趋势，必须在底层材料上有所突破

到目前为止，半导体材料已经经历了多次迭代。

第一代半导体材料主要是硅和锗60年代以后，硅基半导体逐渐成为主流，直到现在仍然是应用最广泛的半导体材料全球95%以上的芯片是由硅片制成的

第二种半导体材料的代表是砷化镓，可以制造更高频率，更高速的集成电路但是按照现在的需求，砷化镓的带隙还是很小的

第三代半导体材料应时代而生以碳化硅和氮化镓为代表的材料可用于制备高压高频功率器件其中，碳化硅是综合性能最好，商业化程度最高，技术最成熟的第三代半导体材料

碳化硅不是对原有技术的渐进式改进，而是跨越式升级。

在相同规格下，碳化硅基MOSFET的尺寸只有硅基MOSFET的1/10，导通电阻是后者的1/100与硅基IGBT相比，碳化硅基MOSFET的总能量损耗可降低70%

碳化硅的性能优势在各种新能源行业得到充分体现。

在风力发电领域的应用可以提高20%的效率。

应用于光伏逆变器，转换效率可从96%提高到99%以上，数量损耗可降低50%以上，设备循环寿命可延长50倍。

最重要的是在新能源汽车上的应用。

2016年，成本控制近乎变态的特斯拉率先在Model3的主逆变器上安装了24个意法半导体生产的碳化硅MOSFET功率模块要知道，当时碳化硅功率器件的价格是同等硅器件的十倍

后来事实证明，马斯克的眼光还是一如既往的犀利。

根据福特汽车的计算，与传统的硅芯片相比，碳化硅芯片驱动的新能源汽车的能耗大约低5倍到目前为止，超过40%的纯电动汽车采用了SiC技术，比亚迪是自主品牌中第一个吃螃蟹的

比亚迪韩EV在使用自主研发的SiCMOSFET控制模块后，性能在去年有了显著提升，功率363Kw，百公里加速3.9s，续航里程605 km。

不仅是新能源行业，碳化硅还用于家电，通信，航空，高铁，工业电机等领域。

但是直到现在，碳化硅的普及率还是很低。

根据Yole的数据，2021年，第三代半导体基功率器件的市场份额仅为6%左右，其中SiC基功率器件约占5%，市场规模约为8.5亿美元。

性能好，但是渗透率低，原因只有一个:贵。

CASA数据显示，2020年，650V SiCMOSFET与SiIGBT的价格比为4:1左右，SiC逆变模块的价格是硅基逆变器的2—3倍。

新能源产业附加值高，成本承受能力强，率先推出第三代半导体材料但很多行业对价格敏感度高，只能等待成本的进一步降低

对于任何新技术，成本都是产业化的核心变量就碳化硅而言，碳粉提纯难度高，晶体生长慢，晶体切割速度慢等因素共同决定了成本刚性

首先，高质量SiC晶体的基础是要有高纯度的碳粉，但提纯过程对工艺要求极高，合成也需要时间摸索。

其次，碳化硅晶体的生长速度很慢碳化硅7天只能长2厘米左右作为对比，2—3天就能拉出一根8寸长约2m的硅棒

最后，由于碳化硅硬度高，不仅切割时间长，成品率也低一般来说，硅片的切割只需要几个小时，而碳化硅晶片需要几百个小时

技术降成本是一场持久战，这就注定了碳化硅的渗透是一个渐进的过程但伴随着基板尺寸的增大，规模效应给成本降低带来了很大的变化

碳化硅的衬底尺寸主要有2英寸，3英寸，4英寸，6英寸，8英寸尺寸越大，单位基板可以制造的芯片越多，边缘浪费越小，单位芯片共享成本越低

当晶圆从6英寸提升到8英寸时，芯片数量将从488个增加到845个，边缘浪费将从14%减少到7%。

碳化硅主要分为半绝缘型和导电型目前半绝缘型产品主流基板规格为4英寸，正在向6英寸迈进，导电型产品主流基板规格为6英寸，正在寻求向8英寸演进

伴随着技术的不断成熟和进步，碳化硅基产品的价格在过去几年里大幅下降。

如上所述，650V SiCMOSFET与SiIGBT的价格比为4:1左右，而在2018年，这一数字高达10:1。

业内给出的预估是，未来碳化硅器件的成本将每年下降10%左右，这个过程必然伴伴随着更多消费场景的解锁根据Yole的预测数据，到2025年，碳化硅器件将增长到25.62亿美元，年复合增长率为30%

一步慢，一步跟不上。

在第三代半导体产业上，美国，日本，欧洲已经领先，但中国仍处于落后地位。

与硅基功率半导体类似，碳化硅产业链也包括衬底，外延，器件，模块和应用不同的是每个环节的价值是倒挂的

在硅基半导体行业，晶圈成本较大，而碳化硅的附加值集中在上游衬底因此，碳化硅产业链的实际控制权实际上掌握在衬底供应商手中

在世界范围内，Wolfspeed是基板领域的绝对霸主，市场份额为62%，其次是II—VI，但只有14%的蛋糕按照Wolfspeed的规划，公司在2024年之前将扩大30倍的产能，所以基板的霸主地位恐怕还会延续下去

当地的参与者是山东田玉娥和田可何达。

天和达是中国第一家创业的企业建立了国内首条碳化硅晶片中试生产线，并率先开发出6英寸碳化硅晶片但就目前的实力而言，山东田玉娥更胜一筹，尤其是在半绝缘基板领域

数据显示，2020年，山东田玉娥在半绝缘基板领域的市场份额约为30%，较2019年的18%有大幅提升根据公司最新发展规划，已决定投资25亿元扩建导电碳化硅衬底，到2026年实现30万片/年的产能届时，该领域的全球市场份额有望达到15%左右

对于本土企业来说，规模扩张是其次，最重要的是突破技术瓶颈目前最先进的8英寸基板仍掌握在Wolfspeed，II—VI，意法半导体等少数几家外资手中

在外延上，凤凰光学可能是未来全村唯一的希望。

此前在不到两个月的时间里，最多上涨了近3倍，期间连续收获11个一字板涨停。

这种反常现象的根源在于凤凰光学对浦星电子和郭盛电子的收购。

盛电子手中握有8英寸硅外延工艺和技术，打破了发达国家的技术垄断，能够满足0.09—0.18m功率器件的制造要求普星电子是国内首家稳定量产8英寸硅外延材料的企业，填补了国内技术和产业化空白

凤凰光学拿下这两家，相当于控制了国内最大的外延片产能同时也成为未来最有前景的本土碳化硅外延片生产商这样一来，妖魔化股价也就合情合理了

设备都是外资的根据Yole的数据，2020年，ST，Wolfspeed，ROHM，Infineon和Onsemi的市场份额分别为40.5%，14.9%，14.4%，13.3%和7.7%，CR5吃掉了90%以上的市场份额

国内玩家包括比亚迪半导体，斯达半导体，CRRC时代电气，华润微，三安光电等企业。

作为比亚迪的子公司，比亚迪半导体是世界第二大中国IGBT制造商在碳化硅器件领域，公司是全球首家，国内唯一一家实现电机驱动控制器中SiC三相全桥模块大规模加载的公司据业内人士估计，比亚迪将在2023年将旗下所有电动车替换为碳化硅，届时比亚迪半导体将获得大量订单

作为CRRC旗下的公司，CRRC时代电气在身份上与比亚迪相似，背后都有代工平台，在产品引进上有先天优势目前，CRRC时代电气已建成6英寸碳化硅产业化基地，掌握了芯片，模块，组件，应用等一整套自主技术

华润微是中国领先的IDM公司，拥有芯片设计，晶圆制造，封装和测试等综合能力最近几天，华润微相继发布了第二代产品SiCJBS和1200VSiCMOSFET产品根据公司的交互平台，最新的SiCMOS产品性能已经可以和国际一线品牌比肩

2018年后，我国第三代半导体领域布局明显加快去年共有24个投资扩产项目落地，投资额近700亿元，比2019年增长160%

虽然暂时落后，但行业还没有成熟固化，还是有可能赶上的背靠强劲的内需市场，相信内外资企业的差距一定会缩小

放弃

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