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（报告出品方/作者：华宝证券，胡鸿宇）
1.碳化硅产业链包括上游衬底和外延、中游器件、下游应用以碳化硅材料为衬底的产业链主要包括碳化硅衬底材料的制备、外延层的生长、器件制造以及下游应用市场。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；衬底上生长单晶外延材料。外延片经过光刻、刻蚀、离子注入、沉积等步骤制造成碳化硅功率器件和碳化硅射频器件。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。
碳化硅产业链附加值向上游集中，衬底和外延的成本占比最高。根据CASA整理的数据，产业链中，碳化硅衬底和外延的成本分别占整个器件成本的47%和23%，为产业链中价值量最大的两个环节，相比硅基器件、价值量显著倒挂。
2.衬底：产业链价值量占比高，良率和订单是胜负手2.1.技术及资本密集型产业，是碳化硅降本的关键环节
衬底在碳化硅产业链中价值量最高，高达47%。碳化硅产业链附加值向上游集中，衬底和外延的成本占比最高。根据CASA整理的数据，产业链中，碳化硅衬底和外延的成本分别占整个器件成本的47%和23%，为产业链中价值量最大的两个环节，相比硅基器件、价值量显著倒挂。
衬底属于技术密集型行业，生产工艺水平直接影响良率。从生产工艺来看，以高纯碳粉、高纯硅粉为原料合成碳化硅微粉，在碳化硅单晶炉中进行碳化硅单晶生长，再经过晶碇切磨抛及清洗等工序，产出碳化硅衬底。衬底的质量影响下游外延和器件的质量，优质的衬底可以抑制外延生长缺陷和器件性能退化，但衬底的控制难度又较大，其生产过程中的每个环节都具有较高技术要求，当每个环节都具有一定良率损耗时，合在一起就会产生指数级递增的损耗，碳化硅衬底龙头Wolfspeed良率也仅为65%，这其中技术难度最高的又是长晶环节：
原料合成：获得高纯度碳化硅粉难度高。将高纯硅粉和高纯碳粉按一定配比混合，在2,℃以上的高温下反应合成碳化硅颗粒。再经过破碎、清洗等工序，制得满足晶体生长要求的高纯度碳化硅微粉原料。难点在于碳化硅粉料合成过程中的环境杂质多，难以获得高纯度的粉料；作为反应源的硅粉和碳粉反应不完全易造成Si/C比失衡；碳化硅粉料合成后的晶型和颗粒粒度难控制。晶体生长：长晶是技术难度最高的环节，工艺水平决定良率。长晶技术包括PVT法（物理气相传输法）、溶液法和高温气相化学沉积法等，目前商用碳化硅单晶生长均采用PVT法。具体原理为将高纯碳化硅微粉和籽晶分别置于单晶生长炉内圆柱状密闭的石墨坩埚下部和顶部，通过电磁感应将坩埚加热至2,℃以上，控制籽晶处温度略低于下部微粉处，在坩埚内形成轴向温度梯度。碳化硅微粉在高温下升华形成气相的Si2C、SiC2、Si等物质，在温度梯度驱动下到达温度较低的籽晶处，并在其上结晶形成圆柱状碳化硅晶锭。
长晶有以下难点：1）热场控制难：密闭高温腔体监控难度高不可控制。区别于传统硅基的溶液直拉式长晶设备自动化程度高、长晶过程可观察可控制调整，碳化硅晶体在2,℃以上的高温环境中密闭空间生长，且在生产中需要精确调控生长温度，温度控制难度高；2）晶型控制难：生长过程容易发生微管、多型夹杂、位错等缺陷，且相互影响和演变。微管（MP）是尺寸为几微米到数十微米的贯穿型缺陷，是器件的杀手型缺陷；碳化硅单晶包括多种不同晶型，但仅少数几种晶体结构（4H型）才是生产所需的半导体材料，生长过程中易产生晶型转变造成多型夹杂缺陷，因此需要精确控制硅碳比、生长温度梯度、晶体生长速率以及气流气压等参数；此外，碳化硅单晶生长热场存在温度梯度，导致晶体生长过程中存在原生内应力及由此诱生的位错（基平面位错BPD、螺旋位错TSD、刃型位错TED）等缺陷，从而影响后续外延和器件的质量和性能。3）掺杂控制难：必须严格控制外部杂质的引入，从而获得定向掺杂的导电型晶体；4）生长速度慢：碳化硅的长晶速度非常慢，传统的硅材料只需3天就可以长成一根晶棒，而碳化硅晶棒需要7天，这就导致碳化硅生产效率天然地更低，产出非常受限。
结合密闭生长，容易发生诸多缺陷，因此很难在生长过程中及时发现并进行调整，需要等到每一次生长完成后再不断改进工艺，这不仅仅需要原理的认识，更需要时间的积累，是一个非常漫长且艰难的过程。碳化硅衬底由于加工环节复杂且耗时，设备投资额较高属于资本密集型产业。从碳化硅衬底的制备流程来看，需要碳化硅粉料合成设备、长晶炉、切片机、研磨机和抛光机、量测仪器等，其中最为关键的核心设备就是长晶炉，由于晶体生长速度非常慢且良率低，长晶过程需要大量的单晶炉，要获得一定规模效应以降低成本就需要大量设备投入。单晶炉国产化率较高，国内有外采和自研两种形式。那些技术积累水平较深发展时间较长的衬底厂商大多自研长晶炉，大多数后进入者采用外采的方式。国内的碳化硅单晶炉设备供应商主要有北方华创和晶升股份，两者在国内占有的份额超过70%，国产化程度较高。全球范围看，国际主流半导体材料厂商经过数十年积累，其工艺和产品远领先于业界同行，多通过自研以锁定设备从而保持领先水平（如日本信越化学和日本胜高），部分选择向S-TECHCo,Ltd.等公司采购设备。由于设备认证周期较长、厂商更换成本、稳定性风险等因素，国产供应商尚未实现国际主流碳化硅厂商的设备供应。
晶锭加工：将碳化硅晶锭使用X射线单晶定向仪进行定向，之后通过精密机械加工的方式磨平、滚圆，加工成标准直径尺寸和角度的碳化硅晶棒。对所有成型晶棒进行尺寸、角度等指标检测。晶棒切割、研磨抛光及清洗：容易发生翘曲、表面划伤、表面粗糙度高等问题。碳化硅硬度与金刚石接近，切割、研磨、抛光技术难度大，加工过程中存在易开裂问题，加工完成后的衬底易存在翘曲等质量问题；为了达到下游外延开盒即用的质量水平，需要对碳化硅衬底表面进行超精密加工，以降低表面粗糙度、表面平整度并达到严苛的金属、颗粒控制要求。根据英飞凌的数据，在传统的往复式金刚石固结磨料多线切割方法下，在切割环节对整体材料利用率仅有50%，经过抛光研磨环节后，切损耗比例则高达75%，可用部分比例较低。
2.2.国产厂商进展不断加速，良率和订单是胜负手
2.2.1.国产厂商顺应产业趋势，加速释放产能
供给端，海外厂商在SiC衬底赛道具备先发优势，国产厂商加速释放产能。根据Yole的数据，年全球碳化硅衬底市场中，美国Wolfspeed、美国Ⅱ-Ⅵ和日本Rohm（收购德国SICrystal）三家企业合计占据全球约72%的市场份额。中国公司天科合达、天岳先进努力追赶，年导电型衬底合计实现营收1.04亿美元，合计占比15%，同比+5pct。
目前海外厂商加速碳化硅扩产进程，并大力布局8英寸。在碳化硅市场的全球格局中，海外企业由于早期投入和技术研发等优势，占据了主导地位。国际大厂产能加速扩张，积极布局碳化硅市场，争先恐后加码扩产。当前国际大厂仍以6英寸晶圆为主，为进一步提升产能，降低单个器件的成本，如英飞凌、Wolfspeed、ST、罗姆半导体等几年前就开始布局8寸碳化硅晶圆，并计划逐渐实现向8英寸晶圆的过渡。年Wolfspeed便对外展示了8英寸碳化硅衬底，年投入10亿美元进行8英寸晶圆厂建设，并于年宣布投资13亿美元建设8英寸碳化硅衬底工厂，罗姆、意法半导体等诸多大厂均宣布投资建设8英寸碳化硅衬底。虽然海外市场扩产脚步已纷纷转向8英寸，但实际大规模量产仍需到年之后。
国内厂商加快扩产打造规模优势，8英寸正在突破技术。下游应用市场庞大，无论是在新能源汽车还是光伏太阳能行业，国内都具备领先优势，在市场需求快速爆发的背景下，国内企业一方面加快对技术差距的追赶，另一方面也在积极投入大量资源进行产线的建设来满足市场需求和提供技术迭代的产业土壤，如天科合达、山东天岳等头部厂商持续加大投入进行扩产。国产SiC衬底厂商积极扩产，积极把握碳化硅市场窗口期。根据CASA统计，年我国衬底产能达到94万片/年。根据我们的不完全统计，预计年底我国衬底产能已超过万片/年，增速迅猛。虽然扩产规模及速度较快，但能够规模化量产出货的只有天岳先进、天科合达、山西烁科、同光晶体、南砂晶圆五家，其他公司均处于研发或小批量阶段，而8英寸衬底量产出货的也仅山西烁科一家。
2.2.2.良率和订单是企业盈利的关键
