第三代半導體——碳化矽投資邏輯梳理

7月中信證券拆解特斯拉Modle 3的研報裡面有一些關于SiC MOSFET替代IGBT的内容：

Model3 首創采用 48 顆 SiC MOSFET 替代了 84 顆 IGBT，體積、功耗大幅減小。

Model 3為第一款采用全SiC功率模塊電機控制器的純電動汽車，開創SiC應用的先河。基于IGBT的諸多優勢，在Model 3問世之前，市面上的新能源車均采用 IGBT方案。 而Model 3利用SiC模塊替換IGBT模塊，這一裡程碑式的創新大大加速了SiC等寬禁帶半導體在汽車領域的推廣與應用。

科銳于2020年12月成為大衆FAST項目SiC獨家合作夥伴；2020年，比亞迪漢EV車型下線，該車搭載了比亞迪自主研發的的SiC MOSFET模塊，加速性能與續航顯著提升；2021年，比亞迪唐EV加入SiC電控系統；2021年4月，蔚來ET7搭載具備SiC功率模塊的第二代高效電驅平台。

與 Si 基材料相比，SiC 器件的優勢集中體現在:耐高溫、耐高壓、SiC器件體積可以減少至IGBT的1/3~1/5， 重量減少至 40%~60%、功耗降低60%~80%，效率提升1%~3%，續航提升約10%。

一、第三代半導體有啥優勢？

第三代半導體以碳化矽為核心材料，在高頻、高壓、高溫等工作場景中，有易散熱、體積小、低能耗、高功率等優勢。碳化矽已成為目前應用最廣、市占率最高的第三代半導體材料。

碳化矽産業鍊

二、多應用領域驅動需求爆發，供給側缺口巨大

碳化矽器件在電動車、光電新能源、軌道交通等領域應用前景廣闊。下遊高速增長，帶動碳化矽需求高增。

1、新能源車銷量持續提升，碳化矽需求旺盛

2021年新能源車銷售650萬輛，同比增長109%，占比全球汽車銷售總量為9%，2022年新能源車銷量依然保持高增長，預計到2025年，新能源汽車銷量将超過2100萬輛，其中，新能源汽車領域碳化矽滲透率有望超20%。

新能源車銷量

2、風電、光伏領域中應用優勢明确，碳化矽器件滲透率快速提升

光伏、風電和儲能逆變器曾普遍采用矽器件。傳統逆變器成本約占系統10%左右，卻是系統能量損耗的主要來源之一。碳化矽器件可應用于風電整流器、逆變器、變壓器，降低能損和提高效率的同時可以使重量和成本分别減少25%和50%。

基于碳化矽MOSFET或碳化矽MOSFET與碳化矽SBD結合的功率模塊的光伏逆變器，轉換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設備循環壽命提升50倍，有利于縮小系統體積、提高功率密度、延長器件使用壽命、降低産品生産成本。

根據中商産業研究院數據，全球光伏逆變器的出貨量從2017年的119.2千兆瓦增加至2021年的210.4千兆瓦，年均複合增長率約為15%。預計2022年全球光伏逆變器的出貨量将達到256.7千兆瓦。據CASA數據，在光伏逆變器中，碳化矽器件的滲透率有望由2020年的10%，快速提升至2025年的50%，并在2048年達到85%。

光伏逆變器中碳化矽出貨量

3、儲能快速發展，碳化矽市場空間進一步打開

随着光電、風電等具有間接性、波動性等特點的可再生資源占比逐步提升，社會對能源穩定性提出了更高要求，儲能成為解決能源波動性問題和電力系統供需匹配問題的關鍵，市場潛力巨大。根據TrendForce預測顯示，2021年全球儲能新增裝機規模達29.6GWh，2025年有望達362GWh。根據IHS預測，2020 年全球儲能逆變器達到12.7GWh，2018-2022年全球儲能逆變器市場規模預計為63GWh。

全球儲能逆變器市場規模

4、需求預測

預計到2025年，全球風電、光伏、儲能總計新增裝機量将增長至687GWh，對應功率器件市場規模大約為255億元，SiC功率器件滲透率50%，對應等效6英寸晶圓需求量89萬片。假設至2025年6英寸碳化矽晶圓5000元/片，對應碳化矽晶圓市場空間44.5億元。

三、競争格局：海外龍頭壟斷，産業鍊加速國産替代

1、目前碳化矽晶片産業格局美國全球獨大

根據Yole數據，海外廠商占有全球碳化矽襯底産量的86%以上，僅Wolfspeed公司就占據了45%的市場份額，排名第二的Rohm公司也有20%的市場份額，國内企業僅有天科合達和天嶽先進分别占據了5%和3%。

2、供給缺口仍然廣闊，産業鍊迎來國産化良機

2021年全球碳化矽晶圓産能約為40-60萬片，有效産能僅20-30萬片，其中，新能源汽車和光伏占碳化矽市場77%，供給缺口巨大。

目前國産碳化矽器件已成功進入多家整車廠的在售車型，如比亞迪半導體的SiC MOSFET功率器件已自供于比亞迪漢，斯達半導與Cree合作開發的1200VSiC模塊得到宇通客車認可并裝車。吉利合資子公司芯粵能研發的碳化矽主驅模塊也成功應用于旗下車型Smart 精靈。未來随着産能擴張和規模效應帶來的成本優勢，碳化矽産業鍊有望迎來國産化良機。

3、國内企業逐步切入，器件存在突圍機會

從市場占有率來看，SiC功率器件全球主要的市場份額主要掌握在STM、Wolfspeed、Rohm、Infineon、Onsemi 等行業龍頭手中，CR5達91%。因為SiC 器件對穩定性要求較高，需要較長的驗證周期，因此中國廠商切入進程較慢，還未形成一定規模的市占率，但存在國産廠商如士蘭微、斯達、華潤微、安世等已實現器件規模生産并在功率MOSFET、IGBT單管、IGBT模塊等部分領域跻身全球前十。

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