第三代半导体行业报告：碳化硅与新能源景气度共振

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1、目 录1. 碳化硅材料特性带来器件性能优势，直击新能源行业的发展痛点 . 41.1. 宽禁带的第三代半导体材料在高压高频应用领域具备极佳性能优势 41.2. 碳化硅功率器件行业瓶颈集中在衬底与制造工艺环节. 62. 电动车与碳化硅迎成长共振，碳化硅缓解电动车“里程焦虑”和“充电焦虑”. 82.1. 碳化硅与电动车渗透率加速提升，成长共振打开广阔市场空间82.2. 应用于电动车的 6 英寸 1200V 全 SiC 模块为未来五年碳化硅功率器件的主要成长驱动力. 122.3. 电动车 800V 电压平台升级，市场需求拉动碳化硅行业发展 . 153. 老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技，格局尚未固化

2、国内企业仍具有广阔空间. 163.1. 海外头部企业占据产业链主要份额，老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技. 163.2. 国内碳化硅发力全产业链布局，挑战海外巨头垄断地位 . 204. 投资建议及推荐标的. 235. 风险提示 . 265.1. 电动车渗透率提升不及预期 . 265.2. 碳化硅产业良率提升不及预期. 265.3. 本土供应链技术突破不及预期. 26-请务必阅读正文之后的免责条款部分2 of 26表：本报告覆盖公司估值表产业链环盈利预测（EPS）PE公司名称代码收盘价评级 目标价节2020A 2021E 2022E 2020A 2021E 2022E三安光电东尼电子IDM衬底

3、600703 2021.12.09 38.06603595 2021.12.09 40.510.230.221.130.850.050.800.420.181.981.680.761.480.640.422.781.890.871.76165.4890.6259.47增持增持51.2050.40184.14 225.06 96.45368.58 210.35 149.82斯达半导 制造/模块 603290 2021.12.09 416.50增持 526.92华润微士兰微制造/设计 688396 2021.12.09 72.49制造/设计 600460 2021.12.09 62.8585.28

4、1257.00 82.7089.56 48.4143.1538.3572.2440.71增持增持增持85.0578.2788.21扬杰科技 制造/设计 300373 2021.12.09 71.65-请务必阅读正文之后的免责条款部分3 of 261. 碳化硅材料特性带来器件性能优势，直击新能源行业的发展痛点1.1. 宽禁带的第三代半导体材料在高压高频应用领域具备极佳性能优势碳化硅半导体材料具有耐高压、耐高温、低损耗等优良性质。相比于传统单晶硅，碳化硅的击穿电压约为硅基材料的 10 倍（更高的击穿电压有利于器件承受高压）。此外，碳化硅具备热导率是硅材料的 2-3 倍 ，使得碳化硅散热更加迅速，有

5、助于提高器件功率密度，在相同电流下，设备尺寸可以做得更小。同时，碳化硅材料具有相比于硅约 2 倍的饱和电子漂移速率、3 倍的禁带宽度，使得碳化硅导通电阻率更低、功率损耗更小。另外，碳化硅器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，可以大幅提高实际应用的开关频率，降低开关损耗。图 1：科锐公司碳化硅衬底尺寸逐步扩大数据来源：宽禁带半导体高频及微波功率器件与电路，天科合达招股说明书碳化硅功率器件因材料特性具有明显的性能和尺寸优势。相同规格的碳化硅基MOSFET 与硅基 MOSFET 相比，其尺寸可大幅减小至原来的1/10，导通电阻可至少降低至原来的 1/100。相同规格的碳化硅基 MOSFET 较硅基 I

6、GBT 的总能量损耗可大大降低 70%。图 2：1000V 电压下的碳化硅基 MOSFET 尺寸远小于碳基 MOSFET图 3： 40k Hz 开关频率下的碳化硅 MOSFET 的损耗小于硅基IGBT-请务必阅读正文之后的免责条款部分4 of 26数据来源：科锐，天岳先进招股说明书，国泰君安证券研究数据来源：应用材料，天岳先进招股说明书，国泰君安证券研究碳化硅功率器件的性能优势直击新能源行业的发展痛点。碳化硅功率器件的耐高压、耐高温、低损耗、体积小等性能优势可满足新能源行业的发展需求。新能源行业包括电动汽车、光伏、风电、特高压输电、储能等细分领域普遍的发展痛点为开关损耗、导通损耗、热管理、充电

7、速度等，碳化硅功率器件的性能优势直击新能源行业的发展痛点，迎来下游应用需求推动上游供给发展的高速发展阶段。图 4：化合物半导体在高频与高压领域具有明显应用优势数据来源：Yole，国泰君安证券研究碳化硅产品价格具备大幅下降空间，渗透率预计随着产能释放以及价格下降而大幅提升。据 CAS A 数据，在 2018 年到 2020 年，650V 的 SiCMOSFET 与 Si IGBT 产品价格比从超过 10:1 下降至约 4:1。价格比下降一方面由于 SiC 衬底价格大幅下降导致器件价格下降，另一方面由于 SiIGBT 产能紧张代工费上涨导致 Si 基器件价格上升。目前，SiC 逆变器模块是硅基逆变

8、器价格的 2-3 倍，而应用碳化硅逆变器模块后，电动车系统成本更低，可节省电池成本与热管理成本等。整体而言，碳化硅产品随着良率提升以及规模效应，成本仍具备大幅下降的空间，渗透率将随着产能释放以及价格下降而大幅提升。-请务必阅读正文之后的免责条款部分5 of 26图 5：650V SiC MOSFET 和 Si IGBT 价格比较（元/A）5SiC MOSFET 650 VSi IGBT 650 V432102018年中 2018年底 2019年中 2019年底 2020年中 2020年底数据来源：CASA Research，国泰君安证券研究1.2. 碳化硅功率器件行业瓶颈集中在衬底与制造工艺环

9、节碳化硅功率器件产业链分布与硅基产业链类似，其主要瓶颈集中在衬底和器件环节 。碳化硅产业链主要分为衬底、外延、晶圆制造、芯片设计、模组封装、系统应用等环节，产业链分布与硅基功率器件产业链类似，部分企业向多个环节进行垂直整合（IDM）。目前，产业链瓶颈主要集中在衬底与制造工艺环节。衬底良率不足、供应不足导致衬底价格高，成本占比高，影响行业供应链扩张以及渗透率提升。制造工艺在 SiCMOSFET 产品上仍存在一定良率问题以及器件可靠性问题，主要由于SiC 器件于产线打磨时间较短，许多实况的可靠性问题仍未充分暴露。图 6：碳化硅产业链分布与硅基产业链类似数据来源：Yole，国泰君安证券研究碳化硅二极

10、管工艺相对简单，技术相对成熟；碳化硅 MOSFET 工艺难度较高，由头部厂商率先推出。碳化硅功率器件从结构上分为二极管和晶体管，模块分为混合 SiC 模块和全 SiC 模块。其中，碳化硅二极管工艺相对简单，国内外技术均较为成熟，但并未直击新能源行业的需求领域，应用范围有限。碳化硅 MOSFET 工艺难度较高，目前商业应用主要由海外龙头厂商推广，而综合考虑技术、成本与效应，碳化硅模块部分厂商采用 SiC 二极管+Si IGBT 的混合模块方式，部分厂商推出全 SiC 模块。-请务必阅读正文之后的免责条款部分6 of 26图 7：碳化硅功率产品的主要种类包括二极管、晶体管、混合 SiC 模块、全

11、SiC 模块数据来源：Yole，国泰君安证券研究导电型碳化硅衬底主要应用于功率器件领域，成长空间广阔。碳化硅衬底主要分为导电型和半绝缘型衬底。导电型碳化硅衬底生长 SiC 外延，制造功率器件后应用于新能源汽车、电力系统等领域。半绝缘型碳化硅衬底生长 GaN 外延，制造微波射频器件后应用于 5G 通讯等领域。图 8：碳化硅衬底主要分为导电型和半绝缘型数据来源：天科合达招股说明书碳化硅衬底长晶温 度高，PVT 方 法长晶速度慢，是产业链 的主要瓶颈之一。碳化硅衬底的制备技术主要方法为以高纯碳粉、高纯硅粉为原料合成碳化硅粉，在特殊温场下，采用成熟的物理气相传输法（PVT 法）生长不同尺寸的碳化硅晶锭

12、，经过晶锭加工、晶棒切割、切割片研磨、研磨片抛光、抛光片清洗工序后，最终产出碳化硅衬底。其衬底的扩径技术需要综合考虑热场设计、扩径结构设计、晶体制备工艺设计等多方面的技术控制要素，最终实现晶体迭代扩径生长，从而获得直径达标的高质量籽晶，继而实现后续大尺寸籽晶的连续生长。-请务必阅读正文之后的免责条款部分7 of 26图 9：碳化硅生产工艺流程图数据来源：天岳先进招股说明书，国泰君安证券研究目前主流导电型碳化硅衬底尺寸为 6 英寸，并朝 8 英寸演进。科锐公司作为行业龙头，是目前行业内极少数能够量产 8 英寸衬底材料的公司。衬底直径是衡量晶体制备水平的重要指标之一，相同的晶体制备时间内衬底面积的

13、倍数提升带来衬底成本的大幅降低，与此同时，单片衬底上制备的芯片数量随着衬底尺寸增大而增多，单位芯片的成本也即随之降低。图 10：科锐公司碳化硅衬底尺寸逐步扩大数据来源：科锐，天岳先进招股说明书，国泰君安证券研究2. 电动车与碳化硅迎成长共振，碳化硅缓解电动车“里程焦虑”和“充电焦虑”2.1. 碳化硅与电动车渗透率加速提升，成长共振打开广阔市场空间2021 年全球新能源车出货量快速增长。2021 年上半年，全球新能源车出货量超过 250 万辆，预计全年增速将超过 50%。从出货结构看，纯电动和插混动力占据全球约 99%份额，氢燃料电池汽车占比约为 1%。-请务必阅读正文之后的免责条款部分8 of

14、 26图 11：全球新能源汽车出货量增速快图 12：新能源汽车出货结构，纯电动超 60%3503002502001501005080%60%40%20%0%1%纯电动插混动力氢32%068%全球新能源汽车销量（万辆）YoY数据来源：GGII，Ev-sales，前瞻产业研究院，国泰君安证券研究数据来源：乘联会，前瞻产业研究院，国泰君安证券研究中国是新能源汽车最大市场之一。2020 年，中国占据全球新能源汽车出货 41.27%，欧洲这一份额为 43.06%，二者是全球最大的新能源汽车市场。中商情报网报道，2021 年 1-9 月，国内新能源汽车销量达到 215.7万辆，预计全年销量有望达到 260

15、 万辆，预计全年销量增速有望超过 90%。从销售结构来看，国内纯电动车占据新能源汽车销量比重为 81.6%，混合动力车占比为 18.60%，氢燃料电池汽车占比仅为 0.07%。图 13：中国和欧洲是全球最主要市场图 14：中国 2021 年新能源汽车出货增速预计超过 90%2502004.60%0.96%10.12%欧洲中国日本1501005043.06%美国其他41.27%0中国新能源汽车销量（万辆）数据来源：中商情报网，国泰君安证券研究数据来源：Ev-sales，前瞻产业研究院，国泰君安证券研究逆变器、OBC、DC/DC 为碳化硅在电动车的主要应用领域。电动车对功率器件的需求增量主要体现在

16、车载充电系统（O BC）、电池管理（BMS） 、高压负载、高压转低压 DCDC、主驱动等，用量相比于传统燃油车显著提升，将成为电动车核心元件之一。其中，逆变器、OBC、DC/DC 为碳化硅在电动车的主要应用领域。-请务必阅读正文之后的免责条款部分9 of 26图 15：保时捷 800V 电压平台各模块使用大量功率器件图 16：逆变器 、OBC、DC/DC 为碳化硅在电动车的主要应用领域数据来源：保时捷 Taycan，朱玉龙数据来源：保时捷 Taycan，朱玉龙电动车与碳化硅渗透率加速共振，打开广阔成长空间。国内新能源汽车渗透率 2021 年 5 月超过 10%，并逐月加速提升。据 Yo le

17、数据，第三代半导体基功率器件（含 SiC 和 GaN）2021 年市场占比约 6%，其中 SiC基功率器件市场占比约 5%。预计至 2026 年，第三代半导体基功率器件（含 SiC 和 GaN）市场占比达 19%，其中 SiC 基功率器件市场占比约14%。碳化硅功率器件渗透率与电动车渗透率迎来共振，电动车为碳化硅功率器件最大下游市场，碳化硅功率器件缓解电动车的“里程焦虑”和“充电焦虑”，二者成长迎来共振。图 17：国内新能源车渗透率加速提升国内新能源车渗透率（%）图 18：第三代半导体材料在功率器件领域渗透率快速提升100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%20%18%

18、16%14%12%10%8%6%4%2%0%202020212022SiC GaN Si based数据来源：Yole，国泰君安证券研究2023202420252026数据来源：中汽协，乘联会，国泰君安证券研究碳化硅功率器件市场规模预计 2026 年将达 45 亿美金。据 Yo le 数据，SiC 功率器件 2021 年市场规模约 8.5 亿美元，预计至 2026 年增长至 44.8亿美元，CAGR 约 39.5%。SiC 器件的快速增长主要得益于电动车、光伏、储能等领域对高压平台以及损耗要求逐渐提升，SiC 功率器件一方面受益于功率行业快速成长，另一方面受益于渗透率快速提升。-请务必阅读正文

19、之后的免责条款部分10 of 26图 19：碳化硅功率器件市场规模将达 45 亿美金504540353025201510560%50%40%30%20%10%0%02018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 2026ESiC功率器件市场规模（亿美元）数据来源：Yole，国泰君安证券研究YoY（%）外销 SiC 功率外延片市场规模预计 2026 年将超 5 亿美金。外延环节处于衬底与器件之间，部分衬底厂向下游延伸，另外部分器件厂商具备一定外延能力。因而，外延片分为外销和自用两种类型。据 Yo le 数据，外销 SiC 功率外延片市场规模约 1.4 亿

20、美元，预计 2026 年增长至 5.2 亿美元，CAGR 约 30.0%。外延片增速低于器件市场，主要由于器件良率仍存在较大提升空间。图 20：外销 SiC 功率外延片市场规模将超 5 亿美金654321060%50%40%30%20%10%0%-10%2018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E外销SiC功率外延片市场规模（亿美元） YoY（%）数据来源：Yole，国泰君安证券研究碳化硅衬底市场规模预计 2026 年将超 5 亿美金，单片衬底价格有望逐年下降。据 Yole 数据，碳化硅衬底 2021 年市场规模约 3.1 亿美元，预计

21、2026 年增长至 6.4 亿美元，CAGR 约 15.4%。衬底增速明显低于器件与外延环节，主要由于随着衬底良率提升以及尺寸增大，平均价格有望大幅下降。6 英寸导电型碳化硅衬底平均价格年降幅度预计约为 8.5%。-请务必阅读正文之后的免责条款部分11 of 26图 21：碳化硅功率衬底市场规模将超 6 亿美金765432145%40%35%30%25%20%15%10%5%0%0-5%2018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 2026ESiC功率衬底市场规模（亿美元）数据来源：Yole，国泰君安证券研究YoY（%）据测算，国内新能源汽车 SiC

22、功率器件市场规模预计 2026 年达百亿元。假设国内汽车出货量平均每年 2500 万辆，采用 Si-MOSFET 逆变器车型2020-2026 出货量预估为 20/28/32/35/40/42/44 万辆，SiC MOSFET 逆变器车型在2020-2026年出货 量占比 分别为15.0%/11.4%/12.4%/15.4%/18.4%/20.4%/22.4%，单车碳化硅功率器件价值量约为 3000 元/辆。根据测算，预计 2026 年国内新能源车 SiC 功率器件市场规模为 98.4 亿元，CAGR 约为 60.7%。国内市场由于新能源车以及碳化硅双重成长共振，碳化硅市场预计迎来爆发式增长。

23、表 1: 国内新能源汽车 SiC 功率器件市场规模测算20202021E2682022E4462023E715.460%2024E942.632%2025E1208.228%2026E1464.321%国内新能源汽车出货量（万辆）136.7YoY（%）96%66%其中：MOS 车型出货（万辆）：占比（%）：2014.60%96.228323540424410.40%209.478.20%30.67.20%358.780.40%55.34.90%570.279.70%110.215%4.20%729.277.40%173.418%3.50%919.776.10%246.520%3.00%1092

24、.374.60%328IGBT 车型出货（万辆）：占比（%）：70.40%20.5SiC 车型出货（万辆）：占比（%）：15%11%12%22%SiC 单车价值量（元/辆）国内新能源汽车 SiC 功率器件市场规模（亿元）：YoY（%）30006.153000300030003000300030009.1816.5980.72%33.0699.28%52.0257.35%73.9542.16%98.449.27%33.06%数据来源：Yole，NE 研究院，亿欧智库，佐思汽研，中国汽车工业协会，国泰君安证券研究注：在本测算中新能源车包括的车型为 HEV/PHEV/BEV。2.2. 应用于电动车的

25、 6英寸 1200V全 SiC模块为未来五年碳化硅功率器件的主要成长驱动力-请务必阅读正文之后的免责条款部分12 of 26电动车为碳化硅功率器件最佳落地场景，“里程焦虑”和“充电焦虑”助推碳化硅上车应用。目前，碳化硅功率模块价格是硅基 IGBT 模块价格的 2-3 倍，因价格劣势以及量产能力短板阻缓了碳化硅功率模块的大规模应用。而电动车因其适用场景的特殊性，“里程焦虑”和“充电焦虑”仍是两大痛点，碳化硅模块一方面可以降低损耗提升续航缓解“里程焦虑”，另一方面可以加快充电速度缓解“充电焦虑”。碳化硅因其明显的性能优势，高端电动车用户对其初期的投入成本不敏感，有望成为碳化硅功率器件落地使用的最佳

26、场景。电动车约占碳化硅市场的 60%，占比持续提升。据 Yo le 数据，2021 年碳化硅下游市场中，电动车、能源、工业、通讯领域占比分别为 59%、17%、13%、8%，为碳化硅下游应用的主要市场。预计至 2026 年，电动车市场占比将提升至 63%，仍为第一大下游应用领域。图 22：2021 年碳化硅功率器件下游应用以电动汽车为主图 23：预计 2026 年碳化硅功率器件在电动汽车应用占比持续提升0%3%1%15%2%1%8%13%1%5%59%11%17%63%AutomotiveTransportationConsumerOthersEnergyIndustrialTelecom &

27、 InfrastructureAutomotiveTransportationConsumerOthersEnergyIndustrialTelecom & Infrastructure数据来源：Yole，国泰君安证券研究数据来源：Yole，国泰君安证券研究全碳化硅模块主要应用于电动车主驱，其高壁垒高价值量为头部碳化硅器件厂商主战场。SiC 二极管、晶体管等单管价格仍远高于硅基器件，在光伏、能源、工业的领域的替代主要从高要求的小部分市场开始，其渗透率的快速提升较为依赖于碳化硅器件的价格下降。全碳化硅模块主要应用于电动车主驱，对可靠性要求极高，其高壁垒和高价值量为头部企业的主要目标市场。据 Yo

28、 le 数据全碳化硅模块占比约为 70%，占碳化硅应用市场的主要份额。-请务必阅读正文之后的免责条款部分13 of 26图 24：2021 年碳化硅功率器件中全碳化硅模块占主要份图 25：预计 2026 年碳化硅功率器件中全碳化硅模块份额持额续提升12%12%6%8%13%13%67%70%SiC Discrete DiodesSiC Discrete TransistorsSiC Diodes in Hybrid ModulesFull SiC ModulesSiC Discrete DiodesSiC Discrete TransistorsSiC Diodes in Hybrid Mod

29、ulesFull SiC Modules数据来源：Yole，国泰君安证券研究数据来源：Yole，国泰君安证券研究1200V 碳化硅功率产品为主要增量产品。目前，600V产品份额高达 61%，主要由于 Tesla 大量使用 600V 碳化硅产品，并在电动车上大量使用，占据了主要市场份额。而随着比亚迪汉、现代 Ioniq 5 等电动车推出使用1200V 碳化硅产品，以及后续 800V 电压平台推广，预计 1200V 碳化硅产品将占据主要的增量市场。此外，通讯、光伏、工业等领域也将以 1200V碳化硅产品为主。据 Yo le 数据，预计 2026 年 1200V 碳化硅产品占比将达 49%。1700

30、V 碳化硅产品主要目标市场在工业、轨交、能源等领域，预计份额仍较小。图 26：2021 年碳化硅功率器件中 600V 产品占比较高图 27：预计 2026 年碳化硅功率器件中 1200V 产品占主要份额1%4%13%13%34%24%61%49%1200V数据来源：Yole，国泰君安证券研究600V1200V1700 VOthers (900V, 1700V)600V1700 VOthers (900V, 1700V)数据来源：Yole，国泰君安证券研究6 英寸导电型为主流应用尺寸，8 英寸将逐步渗透。目前，碳化硅行业主要瓶颈集中在衬底和制造工艺，功率器件仍以 6 英寸导电型衬底为主流应用。据

31、 Yo le 数据，2021 年 6 英寸占比约 70%，4 英寸约 30%；预计至 2026 年，6 英寸占比提升至 81%， 4 英寸下降至 5%，8 英寸提升至14%。6 英寸在未来较长时间占据主流应用，并逐步向 8 英寸突破。-请务必阅读正文之后的免责条款部分14 of 26图 28：2021 年碳化硅功率衬底中 6 英寸占比较高图 29：预计 2026 年碳化硅功率衬底中 8 英寸份额持续提升1%5%14%30%70%81%4 inch6 inch8 inch4 inch6 inch8 inch数据来源：Yole，国泰君安证券研究数据来源：Yole，国泰君安证券研究2.3. 电动车

32、800V 电压平台升级，市场需求拉动碳化硅行业发展多款车型升级 800V 高压平台，国产碳化硅功率 芯片供应链有望以 OBC和 DCDC 产品上车推广。保时捷、小鹏、广汽埃安、极氪、理想、极狐等多款电动车布局快充技术。小鹏汽车推出中国首个量产 800V高压 SiC平台，预计可实现“充电 5 分钟，续航 200 公里”，并在充电桩端推广480kW 高压超充桩。国产碳化硅功率芯片供应链有望在电动车 OBC 和DCDC 端先上车使用，并逐步切入安全要求最高的主驱逆变器领域。图 30：小鹏推出中国首个量产 800V 高压 SiC 平台数据来源：小鹏-请务必阅读正文之后的免责条款部分15 of 26碳化

33、硅功率器件在 800V 电压平台将大量推广应用，国产供应链迎来导入窗口期。800V 高电压平台可明显提升充电速度，缓解“充电焦虑”，随着国内主车厂陆续布局推广，碳化硅国产供应链迎来绝佳导入窗口期。因主车厂迫切以及旺盛的推广需求，国内碳化硅行业可能由下游市场需求推动上游供给端快速发展。图 31：800V 电压平台有望缓解充电焦虑数据来源：eMove360，国泰君安证券研究图 32：800V 超级快充 10min 将可充电至约 80%数据来源：岚图，国泰君安证券研究3. 老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技，格局尚未固化国内企业仍具有广阔空间3.1. 海外头部企业占据产业链主要份额，老牌硅基功率企业

34、与新兴玩家同台竞技-请务必阅读正文之后的免责条款部分16 of 26全球碳化硅产业链参与者众多，老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技。碳化硅产业链各环节与硅基产业链类似，主要包括衬底（对应硅片）、外延、工艺制造、设计、模组封装、系统应用等，部分企业进行垂直整合（IDM 模式）。碳化硅产业链的全球玩家众多，包括老牌硅基功率企业英飞凌、Onsemi、Rohm、ST 等，新兴专攻碳化硅领域的企业 Cree、SICC、基本半导体、中科汉韵等，以及主车厂/Tier 1 企业比亚迪、博世、欣锐科技等。碳化硅产业链目前集聚了传统硅基巨头、汽车产业链巨头以及大量的新锐玩家，并涌入了大量资金与投入，行业一方面蓬勃

35、发展另一方面也面临较强的市场竞争。而目前，碳化硅基功率器件市占率约5%，行业仍处于发展的早期，相关技术选型、工艺路线、客户绑定以及电动车格局等远未定型，给国内企业以及新锐玩家留下了足够的空间和时间做大做强。图 33：全球碳化硅产业链参与者众多，老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技数据来源：Yole主车厂碳化硅主驱、800V 高电压 OBC、DCDC 等方案百花齐鸣，先发优势与可靠性验证需综合考量。自 2018 年特斯拉与 ST 合作在 Model 3上推出 SiC 方案后，新能源车厂陆续推出 SiC 方案的电动车。800V 高电压平台、超级快充、碳化硅方案或将成为电动车厂打造品牌壁垒与差异化的核

36、心策略之一，在市场格局尚未定型情况下，先推出的车厂将获得明显的先发优势以抢占市场份额。碳化硅方案的改型，尤其是主驱逆变器的改型对安全驾驶的影响极大，因而碳化硅方案的上车需长时间的可靠性验证。长时间的可靠性验证进一步加强了先发优势，预计碳化硅方案仍将是主车厂/Tier 1 争相竞逐的舞台。-请务必阅读正文之后的免责条款部分17 of 26图 34：主车厂陆续推出碳化硅方案数据来源：Yole，国泰君安证券研究图 35：碳化硅在 OBC 上推广加速数据来源：Yole，国泰君安证券研究产业链上下游协同加强，碳化硅器件厂商与主车厂仍是主要推动者。因导电型衬底良率仍较低且供应能力不富裕，主车厂、器件厂商与

37、上游衬底厂商陆续签订长期合作协议，形成一定的产业集群与壁垒。表 2: 国外企业产业链合作情况企业产业合作情况1.与大众汽车合作，成为 FAST 项目 SiC 独家合作伙伴；2.与德尔福合作，开展汽车 SiC 器件研究；Cree3.与 ABB 合作，推动 SiC 器件进入电力、机车牵引、新能源汽车领域；4.与宇通合作，推动 SiC 在大巴车的应用。1.与联合汽车电子合作，进入中国新能源汽车供应链；并与联合汽车电子共同成立“SiC 技术联合实验室ROHMII-VI2.与大陆集团旗下 Vit esco 合作，共同开发 SiC 在电动汽车中的应用技术；3.与臻驱科技合作建立“SiC 技术联合实验室”，

38、开发 SiC 车载应用。1.2020 年，计划建立 6 英寸 SiC 垂直集成平台：与通用电气合作，获得 SiC 器件和模块制造技术；-请务必阅读正文之后的免责条款部分18 of 262.收购 Ascatron AB 和 INNOViON Corporation。1.与 Cree 签订 5 亿美元合同，与 SiCrystal 签订 1.2 亿美元合同；2.与德国 Innolectric 公司合作，推出 22kW SiC 车载充电器；3.与汇川技术合作，推动 SiC 在 DC-DC 转换器和中高压系统的应用；4.为雷诺（Renault）、日产汽车、三菱汽车联盟 Alliance）旗下的电动汽车搭

39、载的 OBC 提供 SiC 器件，2021 年批量生产。ST1.与 Cree 签订 1 亿美元合同，锁定 6 英寸 SiC 晶圆；与 G TAT 签订 5 年期 SiC 晶棒供应协议；Infineon2.收购赛普拉斯，成为全球第一大车用半导体供应商；3.与大众汽车集团合作，成为 FAST 项目合作伙伴。数据来源：CASA Research，国泰君安证券研究海外巨头市场份额高度集中，车轨可靠性认证为最大壁垒之一。据 Yo le数据，2020 年碳化硅功率器件市场中，ST、Cree、RO HM、Infineon、Onsemi 市占率分别为 40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%，

40、CR5 超过90%。车轨级器件的可靠性认证给海外头部厂商提供了很高的进入壁垒。而传统硅基功率器件巨头 Infineon 和 Onsemi 因进入 SiC 行业较晚，未取得先发优势。ST 因与 Tesla 合作而取得最大市场份额。图 36：全球碳化硅功率器件市场海外巨头占据主要份额5.6%3.6%7.7%40.5%13.3%14.4%14.9%STMicroelectronics CreeROHMInfineonOthersOnSemiconductorMitsubishi Electric数据来源：Yole，国泰君安证券研究碳化硅功率外延片市场由 Cree 和 Showa Denko 双寡头垄

41、断。据 Yo le 数据，2020 年碳化硅导电型外延片市场中 Cree 和 Show a Denko 市占率分别为 51.4%和 43.1%，两家合计占比高达 94.5%。外延市场处于产业链中间环节，通常器件厂商具备一定外延能力，因而市场规模以及玩家数量相对较小。-请务必阅读正文之后的免责条款部分19 of 26图 37：全球碳化硅导电型外延片市场由 Cree 和 Showa Denk o 双寡头垄断5.4%51.4%43.1%CreeShowa DenkoOthers数据来源：Yole，国泰君安证券研究导电型碳化硅衬底市场 Cree 一家独大。导电型衬底产业主要瓶颈受制于良率与长晶速度，因

42、 PVT 方法长晶速度过慢且良率低，导致碳化硅衬底价格远高于硅片价格，碳化硅衬底成本占比约 40-45%。Cree 因布局较早，良率与产能规模全球领先，并规划量产 8 英寸衬底，其在衬底环节具有极强领先优势。据 Yole 数据，2020 年 Cree 在导电型碳化硅衬底市场份额约 60%。图 38：全球碳化硅导电型衬底市场 Cree 一家独大28.8%60.3%10.9%Cree II VI Others数据来源：Yole，国泰君安证券研究3.2. 国内碳化硅发力全产业链布局，挑战海外巨头垄断地位国内碳化硅各环节全产业链布局，挑战海外巨头垄断地位。衬底环节厂商包括天科合达、SICC、同光晶体、

43、东尼电子等，外延厂商包括瀚天天成、东莞天域等，设计厂商包括上海瞻芯、上海瀚薪等，IDM 厂商包括-请务必阅读正文之后的免责条款部分20 of 26泰科天润、中科汉韵、三安集成、华润微等。国内供应链在各个环节均有布局，而碳化硅仍在快速增长阶段，格局尚未固化，国内企业有望依托庞大内需市场调整海外巨头垄断地位。图 39：国内碳化硅为全产业链布局，与海外龙头仍有一定差距数据来源：Yole，国泰君安证券研究国内供需仍存缺口，有效产能不足。我国 2020 年碳化硅导电型衬底产能约 40 万片/年（约当 4 英寸）、外延片折合 6 英寸 22 万片/年、器件 26万片/年；半绝缘型衬底折算 4 英寸产能近

44、18 万片/年。根据芯谋研究的报道，受限于良率及技术影响，目前国内实际项目投产较为有限，实际产能开出率较低。随着新能源汽车、5G 等下游应用市场的快速起量，国内现有产品供给无法满足需求，目前第三代半导体主要环节国产化率仍然较低，超过 80%的产品要靠进口。表 3: 2020 年我国第三代半导体产能统计应用方向产业环节2019 年产能（万片/年）2020 年产能（万片/年）同比150%10%SiC 导电型衬底（折合 4 英寸）SiC-on-SiC 外延（折合 6 英寸）SiC-on-SiC 器件/模块（折合 6 英寸）GaN-on-Si 外延（折合 6 英寸）GaN-on-Si 器件/模块（折合

45、 6 英寸）SiC 半绝缘衬底（折合 4 英寸）GaN-on-SiC 外延（折合 4 英寸）GaN-on-SiC 器件/模块（折合 4 英寸）1620162019101084022262822182016SiC 电力电子63%40%GaN 电力电子GaN 射频微波16%80%100%100%数据来源：CASA Research，国泰君安证券研究国内衬底厂商虽在产品规格和技术成熟度上有差距，但存在较大追赶可-请务必阅读正文之后的免责条款部分21 of 26能。目前国产 SiC 衬底已经实现微管密度小于 1 个/c m2，衬底面积 95%可用，位错约在 103/c m2；虽然在单晶一致性、成品率方

46、面与国际先进水平仍有差距，但未来可期。图 40：国内 SiC 衬底技术指标进展数据来源：CASA Research国内厂商积极研发布局碳化硅器件项目。现在已经商业化的 SiC 产品主要集中在 650 V-1700 V 电压等级，主要产品为二极管和晶体管，3000V以上电压及 SiC IGBT 尚在研发当中。国内厂商如泰科天润已发布 3300V/0.6 A-50 A SiC 二极管系列产品；三安集成 、基本半导体等公司已实现650 V、1200 V、1700 V SiC MOSFET 的小规模量产；功率模块方面，国内上市企业士兰微、斯达半导等公司积极布局，目前比亚迪汉已经成功搭载了自主研发的 S

47、iC MOSFET 控制模块。国内市场已经初步实现低端产品的国产替代化，高端产品依然依赖进口。表 4: 上市的功率半导体企业碳化硅布局情况企业布局及经营6 英寸的 SiC 晶圆生产线已经实现量产，并已成功发布 1200V/2A 至 40A、 650V/4A 至 16A 的 SiC肖特基二极管系列产品；此外，公司亦增资了瀚天天成延伸产业链布局。领投基本半导体华润微闻泰科技斯达半导体量产光伏 SiC 器件及车规 SiC 模块；投建全碳化硅功率模组产业化项目，年产 8 万颗车规级全碳化硅功率模组生产线和研发测试中心。比亚迪新洁能在宁波投资建设 6 英寸 SiC 晶圆生产线；比亚迪汉成功搭载自主研发

48、SiC M OSFET 控制模块。开展碳化硅宽禁带半导体功率器件研发及产业化项目。数据来源：CASA Research，国泰君安证券研究国内第三代半导体投资力度高企，力争追赶国际厂商。根据 CAS AResearch披露，2018年至今，国内厂商始终加强布局第三代半导体产业，-请务必阅读正文之后的免责条款部分22 of 262020 年一共有 24 笔投资扩产项目（2019 年 17 笔），增产投资金额超过694 亿元，同比增长 161%，其中 SiC 领域共 17 笔 、投资 550 亿元，GaN领域共 7 比、涉及资金 144 亿元。根据CASA数据，2020年我国电力电子和射频电子总产值

49、超过100亿元，同比增长了 69.5%。其中，SiC、GaN 两种材料的电力电子产值合计达44.7 亿元，同增 54%。其中，衬底材料 2.2 亿元，外延及芯片 5 亿元，器件及模组约 7.2 亿元，装置约 30 亿元。图 41：2020 年中国第三代半导体投资 694 亿元图 42：2016-2020 年我国 SiC 电力电子产值规模（亿元）60050040030020010002017年2018年2019年2020年SiC GaN数据来源：CASA Research，国泰君安证券研究数据来源：CASA Research表 5: 2020 年国内主要碳化硅投资扩产情况（亿元）公司产品投资金额

50、（亿元）天科合达同光晶体南砂晶圆江苏超芯星博蓝特SiC 衬底SiC 衬底SiC 衬底SiC 衬底9.51590.8SiC 衬底、蓝宝石衬底SiC 衬底1018中科钢研RoshowSiC 衬底10015泰科天润SiC 器件、模块SiC 器件、模块SiC 模块华瑞微西安西为电气斯达半导体103SiC 模块2.32.516013.5世纪金光SiC 衬底、器件、模块SiC 全产业链SiC 全产业链三安光电安徽微芯长江半导体数据来源：CASA Research，国泰君安证券研究4. 投资建议及推荐标的我们认为：碳化硅材料特性带来器件性能优势，直击新能源行业的发展痛点。碳化硅功率器件的耐高压、耐高温、低损

51、耗、体积小等性能优势可满足新能源行业的发展需求。新能源行业包括电动汽车、光伏、风电、特高压输电、储能等细分领域普遍的发展痛点为开关损耗、导通损耗、-请务必阅读正文之后的免责条款部分23 of 26热管理、充电速度等，碳化硅功率器件的性能优势直击新能源行业的发展痛点，迎来下游应用需求推动上游供给发展的高速发展阶段。电动车与碳化硅迎景气度共振，碳化硅渗透率加速提升。国内新能源汽车渗透率 2021 年 5 月超过 10%，并逐月加速提升。据 Yo le 数据，第三代半导体基功率器件（含 SiC 和 GaN） 2021 年市场占比约 6%，其 中 SiC基功率器件市场占比约 5%。预计至 2026 年

52、，第三代半导体基功率器件（含 SiC 和 GaN）市场占比达 19%，其中 SiC 基功率器件市场占比约14%。碳化硅功率器件渗透率与电动车渗透率迎来共振，电动车为碳化硅功率器件最大下游市场，碳化硅功率器件缓解电动车的“里程焦虑”和“充电焦虑”，二者成长迎来共振。老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技，格局尚未固化国内企业仍具有广阔空间。碳化硅产业链的全球玩家众多，包括老牌硅基功率企业英飞凌、Onsemi、Rohm、ST 等，新兴专攻碳化硅领域的企业 Cree、SICC、基本半导体、中科汉韵等，以及主车厂/Tier 1 企业比亚迪、博世、欣锐科技等。碳化硅产业链目前集聚了传统硅基巨头、汽车产业链巨

53、头以及大量的新锐玩家，并涌入了大量资金与投入，行业一方面蓬勃发展另一方面也面临较强的市场竞争。而目前，碳化硅基功率器件市占率约 5%，行业仍处于发展的早期，相关技术选型、工艺路线、客户绑定以及电动车格局等远未定型，给国内企业以及新锐玩家留下了足够的空间和时间做大做强。综 合上述行 业逻辑 ，我们重 点推荐 碳化硅 IDM 龙 头三安 光电（600703.SH），碳化硅导电型衬底企业东尼电子（603595.SH），碳化硅器件制造/设计与模块企业斯达半导（603290.SH）、华润微（688396.SH） 、士兰微（600460.SH）与扬杰科技（300373.SZ） 。表 6: 重点半导体可比公

54、司盈利预测及估值（股价参考 2021 年 12 月 9 日收盘价）碳化硅产业链环节收盘价元市值亿元PEEPS2021E股票简称2020A165.48184.14368.5885.282021E90.622022E59.4796.45149.8238.3572.2440.7176.172023E46.9958.71106.5235.0257.1433.1756.262020A0.230.221.130.850.050.802022E0.640.422.781.890.871.762023E0.810.693.912.071.102.16三安光电东尼电子IDM38.0640.511705940.4

55、20.181.981.680.761.48衬底225.06210.3543.15斯达半导 制造与模块 416.50711957890367华润微士兰微制造、设计制造、设计72.4962.8571.651257.0089.5682.70扬杰科技 制造、设计平均估值48.41358.34116.71资料来源：Wind，国泰君安证券研究。备注：上述公司盈利预测来自国泰君安证券预测值估值方面，本行业报告涉及公司中东尼电子为首次覆盖，其他 5 家为公司更新报告。对于已经覆盖过的相关上市公司（三安光电、斯达半导、华润微、士兰微、扬杰科技）根据前次报告至今的公司变化进行盈利预测与估值调整，整体估值水平变化不

56、大。其中，三安光电因其子公司三安集成财报超预期，上调 EPS，并维持 PE 估值水平。斯达半导维持盈利预测净利润值，但其定增落地增加股本稀释 EPS，PE 估值水平因其-请务必阅读正文之后的免责条款部分24 of 26SiC 模块上车认证小幅上调，维持目标价格。华润微维持 EPS 盈利预测，因其推出SiC MOSFET 并增资瀚天天成，小幅上调PE估值与目标价格。士兰微维持盈利预测与估值水平。扬杰科技维持盈利预测，因其向市场推出碳化硅模块及 650V 碳化硅 S BD 全系列产品，且 1200V 系列碳化硅S BD 及碳化硅 MOSFET 已取得关键性进展，我们对其估值进行修复性上调，给予 2

57、022 年 50 倍 PE。东尼电子 为首次覆盖，因其布局目前碳化硅产业链的瓶颈环节导电型衬底，且其衬底在核心参数上接近国际先进水平，参考行业平均估值水平，我们给予公司 2022 年 120 倍 PE。表 7: 相关公司估值变动与理由预计 2022年 第 三 代产 业 链前次目标价与估 值 水 平本 次 目标价与估 值 水 平股 票简称半 导 体 业务 营 收 占比 （ %）碳 化 硅 产 业 布 局 与 进 度估 值 变 动 理 由环 节公司从 SiC 衬底开始布局至器件生产，产业链深度垂直整合。三安集成围绕射频、光通讯和电力 电 子布局，至 2021H1，公司射频前端用砷化镓产能已达800

58、0 片/月，碳化硅 MOSFET 已送样至核心车厂验证。公司 12 月 9 日公布子公司三安集42.40 元（给予 51.20 元（给予 成财务报表，其前三季度净利率达2022 年 80 倍 2022 年 80 倍 23.7%，去年同期亏损，公司化合PE，对应 EPS PE，对应 EPS 物半导体业务实现超预期增长，我三安光电IDM约 20%为 0.53 元）为 0.64 元）们上调公司 2022 年 EPS 至 0.64元，PE 估值水平维持不变。公 司 定增募资 4.68 亿元用于建设“年产12万片碳化硅半导体材料项目”，其公告称，其募投项目 拟 生产的碳化硅半导体 材 料在 核 心参数上

59、已经接近国 际 先进水平，可与 CREE、II-VI 等企业进行竞争。公 司 布局目前碳化硅产业链 的 瓶颈环节导电型衬底，且其衬底在核心参数上接近国际先进水平，首次覆 盖 ，我们给予公司 2022 年 120倍 PE。50.40 元（给予2022 年 120 倍PE，对应 EPS为 0.42 元）东尼电子衬底约 5%首次覆盖我们维持对斯达半导 2022 年的净利润盈利预测，因其 11 月 16 日完成 定 增，稀释 2022 年 EPS。估值方面，斯达半导宣布其 SiC 模块与小鹏汽车达成合作，进入其 800V高 压 平台，成长空间广阔， 上 调PE 估值 6.7%，给予 2022 年 19

60、0倍 PE。量产光伏 SiC器件及车规 SiC模块；投建全碳化硅功率模组产业化项目，年产 8 万颗车规级全碳化 硅 功率模组生产线和研 发 测试中心。526.92 元（给予 2022 年 190倍 PE，对应EPS 为 2.78元）526.92 元（给予2022 年 178 倍PE，对应 EPS为 2.96 元）制造与模块斯达半导约 5%6 英寸的 SiC 晶圆生产线已经实我们维持对华润微 2022 年的盈利预测，因其将于 12 月推出 SiCMOSFET 模块并增资上游瀚天天成 ，上调 PE 估值 4.6%，给予 2022年 45 倍 PE。现量产，并已成功发布81.17 元（给予 85.0

61、5 元（给予2022 年 45 倍16A的 SiC肖特基二极管系列产 PE，对应 EPS PE，对应 EPS制造、设计1200V/2A 至 40A、 650V/4A 至 2022 年 43 倍华润微约 1%品；此外，公司亦增资了瀚天天成延伸产业链布局。为 1.89 元）为 1.89 元）公 司 持续加强 GaN 和车用 SiC功率模块的研发力度。截至2021H1，公司硅基 GaN 化合物功 率 半导体器件的研发在 持 续推进中，公司 SiC 功率器件的中78.27 元（给予 78.27 元（给予2022 年 90 倍 2022 年 90 倍PE，对应 EPS PE，对应 EPS为 0.87 元） 为 0.87 元）因士兰微 SiC 功率产线仍在爬坡中，我们维持对士兰微 2022 年的盈利预测与估值水平。制造、设计士兰微约 1%-请务必阅读正文之后的免责条款部分25 of 26