作为第三代半导体材料的代表,相较于硅,碳化硅具有禁带宽度更大(是硅的3倍)、热导率更高(是硅的4-5 倍)、击穿电压更大(是硅的8- 10倍)等优势。
碳化硅性能优势
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数据来源:英飞凌,华福证券研究所
碳化硅功率器件主要包括碳化硅二极管(主要是肖特基势垒二极管 SBD 等)、碳化硅晶体管(主要是碳化硅 BJT、MOSFET 等)以及碳化硅功率模块等。碳化硅功率器件具有耐高压、大电流、耐高温、高频、高功率和低损耗等众多优点,广泛应用于电动汽车及充电桩、光伏、电网、轨道交通和储能等领域。
常见功率半导体比较
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数据来源:Yole,华福证券研究所
碳化硅性能优于IGBT,两者在多个领域或存在应用重叠。从成本变化和晶圆尺寸发展趋势分析:
碳化硅与 IGBT 成本比较。目前碳化硅功率器件由于技术和工艺尚不成熟、衬底良率低以及尚未规模化应用等因素,导致当前碳化硅成本居高不下。同等规格、满足同个终端应用需求的碳化硅MOSFET的价格是IGBT的2.5-3 倍。而硅基IGBT技术成熟,规模化效应已经显现,成本下探空间有限。随着上述对碳化硅成本不利因素日渐改善,其价格有望逐年下调。对于长续航电动汽车,当前碳化硅功率器件的应用带来的其他周边零部件的降本,或将进一步缩小、或打平与选用IGBT带来的价格差。
碳化硅功率半导体器件成本变化趋势
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数据来源:NE时代,华福证券研究所
碳化硅功率半导体器件市场规模预测2021-2027E
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数据来源:Yole,华福证券研究所
据Yole数据,碳化硅功率器件2021年全球市场规模10.9 亿美金。预计到2027年将达到62.97亿美金,2021-2027 CAGR达 34%。发展势头强劲,未来市场空间可观。
全球各国对碳化硅投资热度不减,目前碳化硅器件市场龙头依然以海外企业为主,国内90%需求依赖进口。我国碳化硅产业链布局相对完整,部分头部企业技术实力不可小觑,在半绝缘衬底、外延片、射频器件和碳化硅器件均已量产并批量供货。
全球及中国碳化硅企业产品布局(部分)
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数据来源:NE时代,华福证券研究所