半导体周报(国科龙晖整理)-0423

1. 行业新闻及动态

（1）半导体设计

近日，腾讯云在其官微宣布，继去年3月顺利点亮后，自研视频编解码芯片/沧海，已经量产并投用数万片，在云游戏，直点播等场景中，沧海目前已面向腾讯自研业务和公有云客户提供服务。

苹果原规划要在近期问世的新款15吋MacBook Air笔电当中，首度导入以台积电3纳米生产的M3芯片计划生变，仍会沿用旧款M2系列芯片，此举意味苹果首度采用台积电3纳米操刀的新芯片放量时间将延后。

（2）半导体制造及封测

据潜山发布官微信息，近日，中铁投实业有限公司计划总投资56亿元年产60亿颗模拟芯片制造项目。

英特尔公司宣布其代工服务事业部与英国芯片设计公司Arm宣布签署了一项涉及多代前沿系统芯片设计的协议，该协议旨在使芯片设计公司能够利用Intel 18A制程工艺来开发低功耗计算系统级芯片。

（3）半导体设备及材料

研究机构TECHCET日前更新其展望，推算半导体封装材料市场2022年总体规模为261亿美元，而到2027年将接近300亿美元。

（4）其它

据彭博报道，知情人士称，中国芯片制造商长鑫存储计划今年在科创板IPO，估值不低于1000亿元人民币。

据外媒报道，研究机构的数据显示全球智能手机的需求在今年一季度并未好转，出货量同比仍在下滑，预计今年一季度全球智能手机的出货量同比下滑12%，主要是因为宏观不利因素改善有限，市场尚未复苏。

粤财控股董事长金圣宏表示，广东半导体及集成电路产业投资基金二期在筹划中，规模300亿元，子基金包括汽车芯片，半导体材料设备，化合物半导体等主题，并且二期基金在投资退出后可向被投企业让利60%，支持企业做大做强。

欧盟敲定价值430亿欧元芯片补贴计划的最后版本，旨在把欧盟芯片产能从目前占全球10%提升到2030年的20%，追赶上美国和亚洲的发展程度。

国内军工央企传感器重点供应商高华科技成功登陆上交所科创板，高华科技最终确立的发行价为38.22元/股，公开发行股票数量3320万股普通股，以此推算此次高华科技募资总额将高达12.69亿元，比原计划超募6.35亿元。

2. 本周话题：半导体材料—碳化硅

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。

 

资料来源：《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IGBT的总能量损耗可大大降低70%。

 

资料来源：科锐，应用材料，天岳先进招股说明书，国泰君安证券研究所整理

碳化硅产业链

碳化硅产业链主要包括衬底、外延、器件设计、器件制造、封测等。从工艺流程上看，碳化硅一般是先被制作成晶锭，然后经过切片、打磨、抛光得到碳化硅衬底；衬底经过外延生长得到外延片。外延片经过光刻、刻蚀、离子注入、沉积等步骤制造成器件。将晶圆切割成die，经过封装得到器件，器件组合在一起放入特殊外壳中组装成模组。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SiC MOSFET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。

 

碳化硅产业链

 

资料来源：Trendforce，民生证券研究院

碳化硅衬底：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。

 

资料来源：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，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。

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。

碳化硅器件制造：SiC器件制造的工艺环节与硅基器件基本类似，包括涂胶、显影、光刻、减薄退火、掺杂、刻蚀、氧化、清洗等前道工艺。但由于碳化硅材料特性的不同，厂商在晶圆制造过程中需要特定的设备以及开发特定的工艺，无法与过去的硅制程设备、工艺完全通用，因此当前SiC晶圆制造产能紧缺。SiC晶圆制造特定工艺与Si 工艺的一些差异点主要在于：

（1）光刻对准。由于SiC晶圆是透明的，因此CD-SEM和计量测量变得复杂，光刻对准、设备传送取片等难度较大。

（2）蚀刻工艺。由于 SiC 在化学溶剂中呈现惰性，因此同光使用干法蚀刻。则掩膜材料、掩膜蚀刻的选择、混合气体、侧壁斜率的控制、蚀刻速率、侧壁粗糙度等都需要重新开发。

（3）高温大剂量高能离子注入工艺。由于SiC器件的特性，SiC扩散温度远高于硅，传统的热扩散在碳化硅中并不实用，掺杂时只能采用高温离子注入的方式。

（4）超高温退火工艺。高温离子注入会破坏材料本身的晶格结构，因此需要在惰性气体中高温退火来恢复结构，通常退火温度高达1600-1700度，使SiC表面再结晶并电激活掺杂剂。

（5）高质量栅极氧化层生长。较差的 SiC/氧化硅界面质量会降低 MOSFET 反转层的迁移率，导致阈值电压不稳定，因此需要开发钝化技术，以提高 SiC/氧化硅界面质量。

终端应用：新能源汽车占据碳化硅最大下游应用市场

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车载充电系统（OBC）、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。

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Yole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。

碳化硅功率器件市场规模预计2026年将达45亿美金。据Yole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。

 

碳化硅功率器件市场规模

 

资料来源：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Yole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。

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Yole数据，预计2026年1200V碳化硅产品占比将达49%。1700V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。

竞争格局

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。

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Yole数据，2020年碳化硅功率器件市场中，ST、Cree、ROHM、Infineon、Onsemi市占率分别为40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%，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。

 

全球碳化硅功率器件市场海外巨头占据主要份额

 

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双寡头垄断。据Yole数据，2020年碳化硅导电型外延片市场中Cree和Showa 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。

 

全球碳化硅外延市场份额双寡头垄断

 

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%。

 

全球碳化硅导电型衬底市场Cree一家独大

 

数据来源：Yole，国泰君安证券研究

大陆相关企业

 三安光电

三安光电是国内LED行业的龙头企业，2019-2021年营业收入分别为74.60 84.54，125.72亿元，2022年上半年实现营收67.62亿元，相比去年同期增长10.60%。公司旗下业务主要包括LED、通讯射频和SiC功率器件业务，公司是全球极少数拥有从碳化硅衬底到器件、封测全产业链布局的公司。其中碳化硅相关的业务主要包括碳化硅功率器件、碳化硅射频器件，碳化硅基氮化镓器件主要用在基站射频领域，碳化硅功率器件主要用于新能源汽车、光伏、储能等领域。

2014年起三安光电全面进军化合物半导体行业。公司通过收购 Norstel、多年技术研发，获得了碳化硅衬底制造技术。根据三安光电规划，湖南三安碳化硅全链整合超级工厂总规划年产能超过50万片，总投资160亿元，占地面积1000亩，目前已实现产能12000片/月6英寸晶圆。

与Wolfspeed一样，三安光电具备较强的全产业链一体化优势和先发优势。公司正在全面进军化合物半导体业务，其中包括碳化硅、碳化硅基氮化镓、硅基氮化镓、砷化镓、磷化铟等。公司碳化硅已形成从衬底到器件的全产业链一体化布局，有利于在技术路线不确定的情况下把握各环节的生产流程，以获得良率的提升优势。化合物半导体业务的新平台湖南三安拥有全国首条投产的垂直一体化碳化硅产线，凭借多年积累的雄厚技术储备和领先的扩产速度，公司有望获得较强的先发优势。

2022年9月2日，湖南三安半导体主办的2022首届新能源汽车电驱动技术创新峰会在长沙圆满落幕。作为峰会亮点，湖南三安发布了最新的1200V碳化硅MOSFET系列，包含1200V80mQQ/20mQQ/16mΩ，均来自湖南三安自主可靠的六寸全链整合平台，碳化硅业务有望带动三安光电持续成长。

天岳先进

天岳先进成立于2010年，是一家国内领先的宽禁带半导体（第三代半导体）衬底材料生产商，主要从事碳化硅衬底的研发、生产和销售。公司不仅在2019年和2020年跻身半绝缘型碳化硅衬底市场的世界前三，还成功掌握了导电型碳化硅衬底材料制备的技术和产业化能力。目前，公司除半绝缘型碳化硅衬底外，导电型碳化硅衬底材料也已形成小批量销售。

公司收入规模稳定增长，2019-2021年公司营收分别为2.69、4.25、4.94亿元，同比分别增长97.28%、58.18%、16.25%。2022年上半年营业收入为1.61 亿元，同比-34.95%。2019年至2021年，公司归母净利润分别为-2.01、-6.42、0.90亿元，2022年上半年归母净利润为-0.73亿元。

根据公司碳化硅半导体材料项目建设进度，公司预计2022年第一期建设完成，2026年三期全部建设完成并达产。公司IPO募投项目将新增导电型碳化硅衬底材料产能30万片/年（兼容半绝缘型碳化硅衬底材料），拟投入生产设备1000 余台，其中用于晶体生长的长晶炉800台，该类设备系产能的决定性固定资产因素。至2026年达产时，天岳先进的单台长晶炉合格导电型碳化硅衬底设计产出约为375片/年。

天岳先进已具备6英寸导电型和半绝缘型衬底的量产能力，公司未来将向8 英寸导电型衬底进军。天岳先进于2015年启动6英寸半绝缘型衬底的研发，2019 年完成开发工作，2020年公司启动8英寸导电型衬底的研发工作。

岳先进发布公告，2023年至2025年，公司及公司全资子公司上海天岳半导体材料有限公司向合同对方销售6英寸导电型碳化硅衬底产品，按照合同约定年度基准单价测算（美元兑人民币汇率以6.7折算），预计含税销售三年合计金额为人民币13.93亿元。公司与大客户签订长期销售合同，表明公司导电型SiC衬底实力强劲，已获大客户认可，待公司上海工厂投产后，导电型SiC衬底产能扩张有望带动公司持续快速成长。

天科合达

天科合达主营业务为碳化硅衬底、碳化硅长晶炉。根据公司招股说明书，公司营收增速较快，从2017年营收0.23亿元迅速增长到2019年的1.56亿元。其中2019年碳化硅衬底收入0.74亿元，长晶炉收入0.24亿元。公司从2006年成立开始启动碳化硅衬底研发工作，到2016年完成4寸导电型、半绝缘型和6寸导电型衬底的研发；2017-2020年，各尺寸产品陆续投入量产。

根据天科合达招股说明书披露，公司2019年碳化硅年产能约为3.75万片，产量为3.69万片，销量3.26万片。公司除碳化硅衬底外还对外销售碳化硅长晶炉，2019年产能280台，外销占比较小，仅为23台。

天科合达2020年提交IPO招股说明书，公司拟募投9.57亿元建设第三代半导体碳化硅衬底产业化基地建设项目，项目投产后预计年产12万片6英寸碳化硅晶片，其中6英寸导电型碳化硅晶片约为8.2万片，6英寸半绝缘型碳化硅晶片约为3.8万片。

时代电气

    时代电气主要从事轨道交通装备产品的研发、设计、制造、销售并提供相关服务，在轨交装备行业具有领导地位，拥有"器件+系统+整机"的产业结构，同时公司还积极布局了功率半导体器件、工业变流产品、新能源汽车电驱系统、传感器件、海工装备等领域的业务。在功率半导体器件领域，公司产品布局覆盖IGBT及FRD模块、SiC芯片及器件、整流管及晶间管产品线，产品应用领域包括光伏、轨交、电网、新能源汽车等领域，其中在轨交电网领域公司2021年IGBT交付量为全国第一。

2021年铁路投资额下降导致公司营业规模的下降，2021年公司实现营收151.21亿元，同比下降6%；22年起主业触底反弹，2022年上半年公司营业收入达65.27亿元，同比增长23%，归母净利润达8.71亿元，同比增长25.28%。从营收构成来看，公司在轨交装备业务外积极布局新兴装备业务，新兴装备业务以功率半导体器件业务为主，随着公司产能的爬坡和产品种类的拓展，从2018年至今新兴装备业务总营收占比持续提高，2021年新兴装备业务总营收占比达17.01%。

时代电气 SiC领域布局国内领先。时代自2011年起便与中科院微电子所合作布局碳化硅，自主研发掌握了具有核心自主知识产权的MOSFET芯片及SBD芯片。当前公司产品主要包括SBD芯片及器件、MOSFET芯片及器件、SiC模块三大产品线，电压范围覆盖650V-3300V，产品广泛应用于光伏、轨交、电网、新能源汽车、充电桩等领域。2021年12月，公司发布了国内首款基于自主SiC大功率电驱产品C-Power 220s，系统最高效率可达94%，能够适配高端车型，具有功率密度高、系统损耗少、续航能力强等优势.

公司目前已经构建了具有全套特色先进SiC工艺技术的4英寸和6英寸平台，并继续进行扩产提升。2022年4月公司发布公告，将投资4.6亿元升级SiC产线，项目建成后，公司现有的平面栅SiC MOSFET芯片技术能力将提升至满足沟槽栅SiC MOSFET的研发，现有的4英寸SiC芯片线年1万片/年的能力提升到6英寸SiC芯片线2.5万片/年。

北方华创

北方华创是国内半导体设备龙头企业，其设备产品覆盖CVD、PVD、ALD、刻蚀、清洗、立式炉等多种类型设备，2021年设备部分的营收79.49亿元，是半导体设备国产替代的主力军。2022年上半年公司营收54.44亿元，同比增速高达50.87%；归母净利润7.55亿元，同比增速高达143.16%。

北方华创作为国内半导体设备龙头企业，积极推动半导体设备国产化。第三代半导体作为国内弯道超车的重要机会，北方华创亦提前做好了布局。目前公司已经开发了APS系列SiC晶体生长系统、GSE C200系列等离子刻蚀机、Bpure系列石英舟/管清洗机、ActivSiC-650高温退火炉和OxidSiC-650高温氧化炉。

 

 

免责声明：本文章不涉及投资建议，仅供分享观点所用。

参考资料：

国泰君安：电子元器件行业第三代半导体行业首次覆盖报告：碳化硅与新能源景气度共振，第三代半导体加速渗透；

民生证券：碳化硅行业深度报告：新材料定义新机遇，SiC引领行业变革；