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1、碳化硅分立器件市场分析一、 碳化硅二极管介绍及行业情况（一）碳化硅二极管介绍碳化硅是第三代半导体材料，与第一二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常又被称为宽禁带半导体材料。目前碳化硅器件主要用于600伏及以上的应用领域，特别是一些对能量效率和空间尺寸要求较高的应用，如电动汽车充电装置、电动汽车动力系统、光伏微型逆变器领域、服务器电源领域、变频家电领域等。碳化硅二极管作为最早发明且发展较快的一类碳化硅功率分立器件，已经在新能源汽车、工业控制等领域实现商业化。碳化硅
2、二极管以碳化硅肖特基二极管为主，碳化硅肖特基二极管的导通压降低于硅基功率二极管，因而损耗相对较小。同时，碳化硅肖特基二极管的导通电压具备正温度系数特性，能将电流流向均衡地在器件内部进行分配，使得器件的各个部位保持温度均匀，因而可以适用于高温环境。此外，碳化硅肖特基二极管的反向漏电流和反向恢复时间远小于硅基功率二极管，可大幅降低开关损耗，且拥有较高的开关频率，可以适用于高电压领域。（二）碳化硅二极管行业概况碳化硅材料作为第三代半导体的代表之一，在最近几年经历了长足的发展。首先，下游终端客户对于碳化硅器件的认可越来越多，受到整体效率提升的影响以及能效相关产业政策等影响，碳化硅器件在传统服务器电源、
3、电信电源、充电桩、车载充电机、太阳能逆变器等多个领域被采用。（三）碳化硅二极管行业发展状况及未来发展趋势由于第三代半导体材料生产技术要求较高、晶圆加工难度较大，因此生产成本较高。碳化硅器件还未全面推广，但随着规模日渐增大，性价比逐渐提升，凭借其优秀的物理特性未来逐渐替代硅基功率器件的空间较大。碳化硅二极管自诞生以来，经历了前期缓慢的积累，现在已经进入了快速发展的周期。从应用领域来看，碳化硅二极管已经被广泛应用于可再生能源、电动车和充电装置、5G通信、服务器电源和UPS等领域。随着国内外碳化硅产业链日趋成熟，成本有望持续下降，下游接受度也开始提升，产品应用场景将逐步拓宽，预计未来市场规模具备较大
4、的增长性。（四）碳化硅功率器件替代硅基功率器件的类型和趋势碳化硅功率器件目前主要包括碳化硅二极管和碳化硅MOSFET两类，而硅基功率器件除功率二极管和MOSFET外，还主要包括晶闸管和IGBT等器件，产品类型更为丰富。一般来说，碳化硅功率器件替代硅基功率器件的领域主要为高温、高压和高频等方面的产品，主要原因系碳化硅功率器件在高工作温度、高工作电压和高工作频率下性能更加优异，且在性价比上具备一定的竞争力。（五）碳化硅功率器件在成本和技术方面的可行性鉴于碳化硅功率器件在高温、高压和高频状态下的优异性能，碳化硅功率器件将主要在高压和高频领域逐步替代部分硅基功率器件，在技术方面已具备可行性。尽管成本仍
5、是阻碍碳化硅功率器件快速替代硅基功率器件的主要因素，但是碳化硅功率器件已在部分高端应用领域具备一定的性价比竞争力，在成本方面也具备可行性。目前碳化硅功率器件的成本仍高于同类型的硅基功率器件，例如碳化硅二极管的价格一般是硅基功率器件的4-5倍，所以碳化硅功率器件替代硅基同类产品主要发生在性能要求较高的高端应用领域，例如电动车、高端服务器电源、高端电信电源等领域。具体而言，650V和1200V的碳化硅二极管已经开始逐步替代硅基功率二极管，帮助用户提升电源整体转换效率，进一步实现节能目标。而650V和1200V的碳化硅MOSFET在电动汽车等应用领域已经开始逐步被采用。随着碳化硅功率器件的市场规模逐
6、渐增大，碳化硅器件晶圆的市场供给也将逐步增多，同时国内市场正在加大对碳化硅等第三代半导体材料的产业研发和投入，碳化硅功率器件的成本将存在一定的下降空间。然而，考虑到硅基功率器件的产品性能将不断提升，成本也将持续优化，碳化硅功率器件和硅基功率器件将会在较长的期间共存。根据Yole的测算，从2019年到2024年，碳化硅功率器件占整体功率半导体市场的比例将从3%上升到9%。二、 功率分立器件行业概况根据功率半导体分立器件产业及标准化白皮书，功率半导体按器件集成度可以分为功率分立器件和功率IC两大类，其中功率分立器件主要包括晶闸管、功率二极管、晶体管等产品。我国半导体分立器件主要应用领域为通讯、消费
7、电子、汽车电子、工业电子等。近年来受益于新能源汽车及充电桩、智能装备制造、物联网、光伏新能源等新兴应用的发展，国内半导体分立器件产业持续增长，行业呈现良好的发展态势。根据中国半导体协会统计，2020年度我国半导体分立器件产业销售额达到2，96630亿元，预计2023年我国半导体分立器件产业销售额达到4，42770亿元，年增长率约为1410%，市场需求有望达到4，39320亿元。从中长期看，国内的半导体市场需求仍将呈现增长势头。三、 半导体行业概况半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓、碳化硅等。半导体是信息产业发展的基石，是电子产品的核心组成。半导
8、体产品可划分为集成电路、分立器件、其他器件等多类产品。其中集成电路是将基本的电路原件如晶体管、二极管、电阻、电容、电感等制作在一个小型晶片上然后封装成的具有多功能的单元，实现对信息的处理、存储和转换。分立器件则是指具有单一功能的电路基本元件，主要实现电能的处理与变换，功率分立器件为分立器件类别的主导产品品类。根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）的数据，全球半导体市场在2016年至2018年期间保持较快速增长，但2018年下半年由于中美贸易摩擦出现增速放缓；2019年受国际贸易环境恶化影响，市场下滑较大。2020年度全球半导体市场逐渐回暖，并在2021年、2022年保持较快增长。我国半导体行业
9、在国家相关政策支持、加速及资本推动等因素合力下，在半导体设计、晶圆制造及封装测试等技术上得到了快速发展，与发达国家的差距不断缩小。根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）的数据，2021年度中国半导体市场规模为1，925亿美元，同比增长2706%，占全球市场超过三分之一，目前已成为全球最大的半导体产业市场。四、 中国为全球最大半导体市场，国产化提升大势所趋复盘半导体行业发展历史，共经历三次转移。第一次转移：1973年爆发石油危机，欧美经济停滞，日本趁机大力发展半导体行业，实施超大规模集成电路计划。1986年，日本半导体产品已经超越美国，成为全球第一大半导体生产大国；第二次转移：20世纪90年度，
10、日本经济泡沫破灭，韩国通过技术引进实现DRAM量产。与此同时，半导体厂商从IDM模式向设计+制造+封装模式转变，催生代工厂商大量兴起，以台积电为首的中国台湾厂商抓住了半导体行业垂直分工转型机遇；第三次转移：2010年后，伴随国内手机厂商崛起、贸易摩擦背景下国家将集成电路的发展上升至国家战略，半导体产业链逐渐向国内转移。中国为全球最大半导体市场，占比约1/3。随着中国经济的快速发展，在手机、PC、可穿戴设备等消费电子，以及新能源、物联网、大数据等新兴领域的快速推动下，中国半导体市场快速增长。据WSTS数据显示，2021年全球半导体销售达到5559亿美元，而中国仍然为全球最大的半导体市场，2021
11、年销售额为1925亿美元，占比346%。国产化率极低，提升自主能力日益紧迫。近年来，随着产业分工更加精细化，半导体产业以市场为导向的发展态势愈发明显。从生产环节来看，制造基地逐步靠近需求市场，以减少运输成本；从产品研发来看，厂商可以及时响应用户需求，加快技术研发和产品迭代。我国作为全球最大的半导体消费市场，半导体封测经过多年发展在国际市场已经具备较强市场竞争力，而在集成电路设计和制造环节与全球领先厂商仍有较大差距，特别是半导体设备和材料。SIA数据显示，2020年国内厂商在封测、设计、晶圆制造、材料、设备的全球市占率分别为38%、16%、16%、13%、2%，半导体材料与设备的重要性日益凸显。
12、五、 细分领域（一）汽车电子汽车半导体按种类可分为MCU、功率半导体（IGBT、MOSFET等）、传感器及其他。随着新能源车技术提升，相关半导体芯片需求逐渐提升。ICInsights预测，未来MCU出货量将持续上升，车规级MCU市场将在2020年接近460亿元，2025年将达700亿元，单位出货量将以111复合增长率增长。IHSMarkit预测，全球功率半导体市场规模将从2018年的391亿美元增长至2021年的441亿美元，年化增速为41%。据Yole统计，2019年全球CIS市场规模170亿美元，预计2024年全球CIS市场规模将达到240亿美元，年化增速7%。（二）手机产业射频芯片受下游5G手机创新量价齐升。根据Skyworks预测，到2020年5G应用支持的频段数量将实现翻番，新增50个以上通信频段，某些高端手机滤波器的数量到2020年甚至可100只。Yole预测2017年射频前端市场规模为147亿美元，2023年射频前端的市场规模将达341亿美元，复合增速14%。六、 半导体材料为芯片之基，覆盖工艺全流程半导体材料包括晶圆制造材料和封装材料。其中晶圆制造材料包括硅片、掩模版、电子气体、光刻胶、CMP抛光材料、湿电子化学品、靶材等，封装材料包括封装基板、引线框架、键合丝、包封材料、陶瓷基板、芯片粘结材料和其他封装材料。
