中国商业情报报:碳化硅是由硅和碳组成的无机化合物，在热、化学和机械方面都非常稳定。碳原子和硅原子的不同组合使碳化硅具有各种晶格结构，如4H、6h、3c等。4H-SIC由于其高载流子迁移率和高电流密度，常被用作功率器件。同时，碳化硅也是极端功率器件的理想材料。我国生产的工业碳化硅分为黑碳化硅和绿碳化硅，两者都是比重为3.20 ~ 3.25，显微硬度为2840 ~ 3320kg/mm2的六方晶体。
一、碳化硅的性能
碳化硅因其化学性质稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性好，除了用作磨料外，还有许多其他用途，如高级耐火材料、脱氧剂、电热元件用硅碳棒等。
来源:中国商业研究院组织
二、产业链
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三、上游分析
碳化硅是用石英砂、石油焦、锯末等原料在电阻炉中高温熔炼而成。近年来，高科技领域发展起来的超细碳化硅粉体的制备方法主要分为三种:固相法、液相法和气相法。
1.硬脆材料的磨削机理
硬脆材料被研磨，磨料对其有滚动或微切削作用。当磨粒作用在有不平整和裂纹的表面时，随着磨削过程，在磨削载荷的作用下，一些磨粒被压入工件内部，露出的刀尖用来划伤工件表面进行微切削。另一部分磨粒在工件与磨盘之间滚动产生滚动作用，使工件表面形成微裂纹，裂纹扩展使工件表面形成脆性切屑，从而达到表面去除的目的。
2.碳化硅抛光
目前碳化硅的抛光方法主要有机械抛光、磁流变抛光、化学机械抛光、电化学抛光、催化剂辅助抛光或催化剂辅助刻蚀、摩擦化学抛光和等离子体辅助抛光。其中，化学机械抛光技术是目前半导体加工的重要手段，也是将单晶硅表面加工到原子级光滑度最有效的工艺方法，是加工过程中唯一实现局部和整体同时平面化的实用技术。
3.单片
碳化硅晶片以高纯硅粉和高纯碳粉为原料，采用物理气相传输法生长碳化硅晶体。2018年国内碳化硅单片产能超过19万片，行业产量约10.45万片。随着下游市场需求的不断扩大，预计2021年行业产量将达到18.93万件。
碳化硅晶体通常采用Lely法制造。国际主流产品正从4英寸向6英寸转变，已开发出8英寸导电基板产品，国内基板以4英寸为主。因为现有的6英寸硅片生产线可以升级生产SiC器件，所以6英寸SiC衬底的高市场份额将长期保持。
数据来源:中国商业产业研究院整理
4.外延材料
碳化硅外延片是指在其上生长有一定要求且与衬底晶体相同的单晶薄膜的碳化硅晶片。在器件制备方面，由于材料的特殊性，器件工艺的加工与硅不同，硅采用高温工艺，包括高温离子注入、高温氧化和高温退火。一般采用化学气相沉积法制作，根据掺杂类型不同，可分为N型和P型外延片。国内的田汉天成和东莞天宇已经能够提供4英寸/6英寸的SiC外延片。
5.重点企业分析
在全球市场，单晶衬底企业主要包括Cree、道康宁、SiCrystal、II-VI、新日铁&住友金属、Norstel等。，而外延片企业主要包括道康宁、II-VI、Norstel、Cree、罗姆、三菱电机、英飞凌等。在器件方面，全球大部分市场份额被英飞凌、Cree、Roma、意法半导体等少数企业占据。
碳化硅产业链各环节企业
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近年来，国内已初步建立起较为完整的碳化硅产业链体系，包括IDM厂商CRRC时代电气、世纪广金、泰科天润、杨洁电子等。、单晶衬底企业山东田玉娥、田可何达、同光晶体等。、外延片企业天宇半导体、汉天成等。，而一些厂商已经分阶段取得了进展。
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第四，中游分析
1.碳化硅功率器件
碳化硅器件的技术水平还比较低，是制约碳化硅功率器件发展和普及的技术瓶颈。特别是高温大剂量高能离子注入工艺、超高温退火工艺、深槽刻蚀工艺和高质量氧化层生长工艺不理想，使得碳化硅功率器件在不同程度的高温和长期工作条件下存在可靠性低的缺陷。
在测试碳化硅功率器件方面，碳化硅器件的测试设备、测试方法和测试标准基本沿用了硅器件的测试方法，导致碳化硅器件动态特性和安全工作区域的测试结果不准确，缺乏统一的测试评估标准。
同时，碳化硅芯片的主要工艺设备基本被国外公司垄断，尤其是高温离子注入设备、超高温退火设备和优质氧化层生长设备等。我国用于大规模建立碳化硅生产线的关键设备基本上需要进口。
2.碳化硅功率模块
目前碳化硅功率模块主要有引线键合型和平面封装型。为了充分发挥碳化硅功率器件的高温高频优势，需要不断降低功率模块的寄生电感，降低互连层的热阻，提高芯片在高温下的稳定工作能力。碳化硅功率模块的封装技术和封装材料基本遵循硅功率模块的成熟技术，但在焊接、引线、基板和散热等方面创新不足，功率模块杂散参数大，可靠性低。
目前，碳化硅器件高温高功率密度封装的技术和材料还不完全成熟。要充分发挥碳化硅功率器件的高温优势，需要进一步开发先进的烧结材料和工艺，在高温、高可靠的封装材料和互连技术上实现全面突破。
3.重点企业分析
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动词 下游分析
碳化硅器件广泛应用于电力电子领域。典型市场包括轨道交通、功率因数校正电源、风电、光伏、新能源汽车、充电桩、不间断电源等。
1.市场尺寸
2018-2019年，在新能源汽车和工业电源应用的带动下，全球电力电子碳化硅市场规模从4.3亿美元增长至5.64美元。中商研究院预测，未来由于新能源汽车产业的发展，市场将持续增长，预计2021年市场规模将达到7亿美元。
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2.应用领域
功率器件是电力电子工业中重要的基础元件之一，广泛应用于电力设备的功率转换和电路控制领域。碳化硅功率器件因其优异的耐高压、耐高温、低损耗等特性，能够有效满足电力电子系统高效率、小型化、轻量化的要求，在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有明显优势。
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3.半导体
据中国半导体工业协会统计，我国集成电路产业继续保持两位数增长。2020年1-9月，中国集成电路行业销售额为5905.8亿元，同比增长16.9%。其中，设计行业同比增长24.1%，销售额2634.2亿元，仍是三大行业中增速最快的行业；制造业同比增长18.2%，销售额1560.6亿元；包装检测行业同比增长6.5%，销售额1711亿元。
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4.新能源汽车充电桩
新能源汽车产业的快速发展导致对充电柱的需求增加。对于新能源电动汽车来说，提高充电速度和降低充电成本是行业发展的两大目标。在充电桩供电模块中使用碳化硅器件，可以实现充电桩供电模块的高效率、高功率，进而提高充电速度，降低充电成本。
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5.5G基础设施-射频设备
通信电源是服务器与基站通信的能量库，为各种传输设备提供电源，保证通信系统的正常运行。碳化硅MOSFET的高频特性使电源电路中的磁单元更小更轻，电源整体效率更高；碳化硅肖特基二极管的反向恢复几乎为零，这使得它在许多PFC电路中具有广阔的应用前景。根据工信部的数据，截至2019年底，中国已建成5G基站超过13万个，预计2020年中国将建成超过60-80万个5G宏基站。
数据来源:工业和信息化部、中国商业研究院
更多信息请参考中商研究院发布的《中国碳化硅行业市场前景及机会研究报告》。同时，中商研究院还提供产业大数据、产业情报、产业研究报告、产业规划、园区规划、“十四五”规划、产业招商引资等服务。
