SiC是第三代半导体材料当中的一种，其实早在2020年起国内各地方省政府就先后颁布了多条专项政策，将第三代半导体作为重点发展的产业方向之一。而今年的大火也是因为SiC的重要下游应用领域新能源车以及光伏、储能行业的快速发展。

SiC 的性能想必很多人都已经耳熟能详了，简单来说它是能够在高温高压下工作，且因为其传导性能好能够在通电时减小能量损失，提高工作效率。了解了它的性能后，我们来说一下用SiC材料到应用的过程都经历什么？

简单来说可以将SiC产业链拆解为四个环节，分别是SiC晶片-外延-器件-应用，那么这个产业链的价值量和核心技术又看什么呢？接下来华尔街见闻·见智研究为大家详细解读一下。

SiC衬底在产业链中价值量最大

传统半导体材料我们都比较熟悉是硅晶衬底，而SiC衬底的生产流程则比较复杂，具体来看是由高纯碳粉、硅粉进行合成成为SiC粉，然后进行晶体生长过程可形成SiC晶锭，再通过加工形成晶棒，晶棒经过切割形成SiC晶片，晶片在通过研磨、抛光、清洗环节最终形成衬底。

衬底的制造是生产SiC器件当中最核心的环节：首先技术壁垒非常高，难度远远大于硅片衬底的生产。其次SiC衬底也是SiC器件生产过程中价值量最大的环节，占到整个产业链5成的价值比重，而SiC衬底最核心的就是SiC晶体的生长。

为什么衬底生产难且价值量高，具体体现在以下三个方面：

1、相比于Si这种在自然界中比较常见的元素来看，SiC则是比较罕见的，需要冶炼才能够得到，而生产SiC环境要求也比较高，需要保障在2300摄氏度以上的环境中。另一方面，对于SiC晶棒来说，大约7天的时间才能够生长出2cm的长度，原材料获取就是一件非常耗时的过程。

2、SiC衬底对于晶型要求也非常高，对于SiC的晶型可以达到70多种，然而只有少数几种晶体结构的单晶型SiC才能够用于生产SiC器件，因而良率也比较低。

3、因为SiC的物理特性硬度非常高，仅次于金刚石，在切割时加工难度高，而且加工过程中的磨损也会比较多，因此利用率会较低。

外延片是什么？

在得到SiC衬底后在回到产业链中继续分析，SiC的衬底可分为半绝缘型以及导电型，两种衬底分别用于不同的外延生长以及器件，并且应用领域也完全不同。具体来看，半绝缘型SiC衬底用于氮化镓外延，进而生产射频器件用于5G 通信等领域。在下游细分领域中具体来看，功率放大器依旧占据最大价值比重，约42%，其次是滤波器、WIFI模组、接收模组等分别占20%、13%、12%。目前SiC基氮化镓射频器件已逐步成为5G功率放大器的主流技术路线；而导电型SiC衬底用于SiC外延，进而生产功率器件用于电动汽车以及新能源领域。这里就引入了第二个大家可能不太熟悉的名词——外延是什么？

外延的本质是在衬底上面再覆盖一层，为什么这么做呢？主要是由于SiC衬底材料的质量以及其表面的特性不能够满足器件生产的条件，因为需要制造较厚的外延层用于满足大功率、高压、高频器件的需求。而外延层的生长一般有两大类方向，气相生长和液相生长法，气相生长是通过原子或分子在结晶界面不断沉积的方式得到外延层，而液相生长则是单晶从液固平衡的系统中生长，两种方式各有特色，具体来看：气相生长能够得到高质量的SiC单晶材料、外延层以及器件异质结构，包括化学气相沉积（CVD）和物理气相传输（PVT）；而液相生长的特点是能够得到低成本且大尺寸的单晶材料，可以用于大规模的生长，包括Si溶剂液相生长和其他溶剂液相生长法。

SiC器件是非标准化产品

市场上现有SiC器件大致有以下四种分类：SiC二级管、SiC MOSFET、全SiC模块（SiC二级管和SiC MOSFET构成）、SiC混合模块（SiC二级管和SiC IGBT构成）。其实对于SiC器件来说本来就是一种非标准化的产品，在Wolfspeed的官网上，仅SiC MOSFET就有几十种型号，因为每种产品设计的用途、应用环境不同，所以规格也不尽相同。如下图所示，展示了几款CREE（现改名为Wolfspeed）的SiC器件。找了Wolfspeed的两款SiC产品给大家直观对比一下，1700V的SiC MOSFET简单来说能够承载的功能属性较1700VSiC二极管更多，两者应用的场景也不同。1700V SiC MOSFET可用于1500V高压太阳能逆变器、电源逆变器、开关模式电源以及辅助电源；而1700V SiC二极管用于高压DC/DC 转换器、电机驱动以及脉冲功率。

数据来自：wolfspeed

总的来看，SiC二极管比SiC MOSFET工艺相对简单，目前的技术也较为成熟。

SiC器件的应用广泛，新能源车增速最快

最直接的应用主要是在逆变器、转换器以及净化器中，而涉及这些产品的下游领域则十分广泛，包括空调 等家电产品、电动汽车、太阳能发电、电源、电车以及产业中的机器等。

根据Yole对SiC功率半导体市场规模增长的预测来看，2022年市场规模近似1,100百万（美元），自2020年起行业便进入加速增长阶段，其中增长速度最快的就是电动车领域，增速要远远超于其他下游领域，其次是充电桩的增速比较快。除此之外，PV、PFC电源以及UPS的应用比例也是不容小觑的，只是增速要稍低于前两者。

而在新能源车中应用的会比较复杂，我们具体拆开来看，在新能源车系统架构中重点涉及到SiC功率半导体的组件包括电机驱动系统、车载充电系统（OBC）以及电源转换系统（车载DC/DC）三部分。

在电机驱动系统中，SiC功率器件可用于控制电机控制器，可在相同功率下减小模块的体积到Si-IGBT的一半。此外还可以提升到更高的功率下工作，用于提升车型的加速性能以及延长汽车的续航里程。

在OBC中，蓄电池将电池子系统的直流电源（DC）转换为驱动电机的交流（AC）电源，根据Wolfspeed的实验测算显示，OBC如果采用SiC器件，在400V的系统中如果充电速度相同的前提下，充电量可达到原来的两倍之多。SiC器件在其中的作用就是减少能量损失、至少减小模块体积60%、甚至于还可降低物料成本约15%。

电源转换系统（DC/DC），是将动力电池输出的高压直流电转换为低压直流电，如果采用了SiC器件，基于SiC材料的耐高温以及高导热率的特性，在完成高效能量转换的同时从而减小热能的流失，防止设备过热。

衬底市场潜在分析

因为SiC衬底在SiC产业链中的价值量是最高的，因此华尔街见闻·见智研究将对SiC衬底的市场需求以及发展趋势进行详细分析。

在前文中我们已经提到过SiC衬底的类型可以分为两种，半绝缘型和导电型。除了类型之外，SiC衬底目前应用的主流尺寸包括4英寸以及6英寸。

根据Yole对中国未来市场规模来看，半绝缘型SiC衬底到2025年产能可到达12万片，其中包括2万片4英寸以及10万片6英寸的产能，较2020年来看，4英寸的产能是有下降趋势的，而6英寸将是未来主流；到2030年则全是6英寸半绝缘型。

对于导电型SiC衬底来看，2025年的产能可达到28万片，其中4英寸产量同样呈现出下降趋势，预计为8万片，而6英寸的产能则高达20万片；到2030年预计可达到40万片6英寸产能。同样说明SiC衬底未来成大尺寸的发展趋势。

另一方面，同样可以看出对于市场份额来说，导电型SiC衬底所占比重要高于半绝缘型SiC衬底。

SiC产品价格会呈现下降趋势

其实，在此前华尔街见闻·见智研究的智能车升级之路之800V架构一文中，提到过是SiC的高昂成本放缓了在新能源车中的应用进程。值得关注的是未来，随着SiC衬底的扩产以及新增产能的释放，未来价格依旧将会呈现下降趋势，终将与Si器件的差价逐渐缩小。

根据CASA对SiC衬底以及外延片价值的预测情况来看，到2023年期间，价格下降不会很明显，会维持在一个相对高价水平；而从2023-2028年区间内会出现一个明显下降的拐点时间。

结论：当SiC衬底和SiC外延的价格逐渐下降后，SiC器件的生产成本也会大大降低，从而提高SiC器件的渗透率。

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