硅是半导体行业的第一代基础材料，目前全球95%以上的集成电路都是以硅为衬底制造的。不过，由于转换效率、开关频率、工作温度等多方面受限，当电压大于900V时，要实现更大的功率，硅基功率MOSFET和IGBT就暴露了出了短板。
随着电动汽车、5G等应用的发展，高功率、高耐压、高频率器件的需求正在快速增长。第三代半导体的典型代表碳化硅已成为高功率器件的理想材料。
近年来，包括碳化硅在内的功率半导体市场并没有因整个半导体行业的周期性下行而出现丝毫颓势，反而逆市上扬，发布新产品的、投资的、扩大产能的动作比比皆是，目的不外一个：降本增效。怎么做到？
更快商用需要降本增效
从整个碳化硅行业情况来看，尽管全球碳化硅器件市场已经初具规模，但碳化硅单晶和外延材料价格居高不下，目前6英寸碳化硅衬底零售价为750～900美元，8英寸售价为1300～1800美元；材料缺陷问题仍未完全解决，高压碳化硅器件工艺不够成熟，封装无法满足高频、高温应用需求等。
碳化硅外延材料的最基本参数也是最关键参数是其厚度和掺杂浓度均匀性。几年前，德国半导体设备制造商爱思强（AIXTRON）对设备进行了升级改造，将TCS（三氯氢硅）技术移植到商业设备中，以实现达到传统方法10倍以上的生长速率。
事实上，碳化硅外延中的缺陷要比其他晶体更多，包括扩展缺陷（微管、贯穿型螺位错（TSD）、刃型位错（TED）和基平面位错（BPD））、外延生长期间的位错以及产生的宏观缺陷（三角形缺陷、胡萝卜缺陷、生长的堆垛层错和颗粒）等。这些缺陷大部分都是从衬底中直接复制过来的。这些衬底缺陷在主要来源于晶锭，当然也包括衬底研磨和抛光工艺。而降本增效单凭外延制造难以实现，还需要在材料端有所突破。
碳化硅单晶材料尺寸是关键
虽然都是晶锭，但通常人们都把硅晶锭叫做硅棒，而把碳化硅叫做块晶。这是因为硅晶锭的厚度（高度）要比其直径长很多，像一根棒，而碳化硅晶锭就像一张饼，其厚度比直径小很多。
不管是硅还是碳化硅，人们一直在谋求将晶锭的直径做大，目的是为了切割出直径比较大的晶圆，在上面做出更多芯片。同理，如果能把晶锭的厚度（或高度）做大，那么每个晶锭切割出来的晶圆片就会相应增加。对硅来说，这不算什么问题，但要把碳化硅晶锭厚度做到和硅一样是不可能的。所以，半导体行业的主攻方向还是想把当前主流6英寸晶圆扩大到8英寸，而在晶体生长厚度方面虽然也有进展，但还是有很长的路要走。
碳化硅从2英寸到4英寸、6英寸再到8英寸，基本上是在遵循硅的发展路线演进。在直径方面，碳化硅和硅相差不大。但在晶体厚度方面，由于碳化硅生长工艺技术难度非常大，不能用传统的硅晶锭生长工艺来实现满足使用要求的晶锭厚度。
碳化硅衬底，远比你想象的难做
SiC 产业链主要包括衬底、外延、器件制造、封测等环节。SiC 衬底是晶圆成本中占比最大的一项。由于SiC衬底加工环节复杂、耗时，所以其在整个 SiC 晶圆中所占成本比例最高，其在成本中的占比高达47%。
Wolfspeed在 SiC 衬底一家独大，而 II-VI 和 SiCrystal 位居第二梯队，有 10%多的市场份额。接下来的厂商包括 SK Siltron（5%）以及天科合达（4%），其他的中国公司甚至没有上榜。
碳化硅衬底还是典型的资本密集型行业，长晶过程需要大量的长晶炉。碳化硅长的实在是太慢，一个月才能长2cm，一台炉子一年只能长400-500片。当然这还是理想情况下的数据，根据天岳先进（688234）《招股书》，其2021 年其长晶炉的单台年产能在也才115片。一台炉子也不便宜，大约需要150万元。因此，碳化硅也是个十足的烧钱玩意，一般小户人家根本承受不起。
碳化硅衬底尺寸越大、良率越高，其单位成本就越低。当前国内SiC衬底的主流尺寸为4或6英寸，而Wolfspeed早已实现8英寸衬底的量产。扩径有着极高的技术壁垒，不同尺寸的SiC衬底之间有大约5年的差距，鉴于国内大多数厂商连6英寸都没有搞明白，良率也普遍较差，因此国内外的技术差距大约在7年以上。
8英寸是国产碳化硅设备商的机遇期
参考硅晶圆尺寸发展历程，我们认为 8 英寸衬底将是边际成本递减的拐 点尺寸。将硅晶圆尺寸扩大至 18 英寸后所需的研发支出和固定资产投 入将大幅提升，带来的产品单位成本降幅有限，厂商扩径动力有限。参 考半导体晶圆的发展历程，我们认为 8 英寸将是碳化硅衬底的主流尺寸， 未来继续扩径动力有限。相较于 6 英寸衬底，8 英寸衬底的经济性更高，将成为主流衬底尺寸。根据 Wolfspeed 数据，从 6 英寸升级到 8 英寸，衬底的加工成本有所增 加，但合格芯片产量可以增加 80%-90%；同时 8 英寸衬底厚度增加有助 于在加工时保持几何形状、减少边缘翘曲度，降低缺陷密度，从而提升 良率，采用 8 英寸衬底可以将单位综合成本降低 50%。目前全球碳化硅 衬底主流尺寸为 6 英寸，正在向 8 英寸衬底过渡中，国内碳化硅衬底主 流尺寸则为 4 英寸并向 6 英寸衬底过渡。
8 英寸是国内厂商实现弯道超车的机会。目前 8 英寸衬底的经济性已经 跑通，Wolfspeed、Rohm 和英飞凌等海外头部厂商的 8 英寸衬底项目已 启用或在建设中。主流衬底尺寸将从 6 英寸切换到 8 英寸的行业趋势已 较为明确，在这种情况下如果国内设备厂商仍大幅提升 6 英寸衬底设备 产能将面临“投产即落后”的问题，我们认为设备厂商在本阶段应该重 点突破和布局 8 英寸衬底设备产能，以实现弯道超车。
国内厂商仍着力于提升 6 英寸衬底产能，8 英寸产能落地仍需一定时间。 国内厂商现有 6 英寸衬底产能约为 15 万片，天岳先进、东尼电子、露 笑科技等厂商积极开展拓产项目，根据不完全统计，现有国内厂商规划产能投产后总产能将超过 200 万片/年。但目前国内厂商在 8 英寸碳化硅 衬底方面较海外厂商仍存在较大差距，现有产能尚处于实验室阶段。
2025 年全球碳化硅衬底仍有 218 万片的缺口。Wolfspeed、Coherent 和 Rohm 的衬底综合良率分别为 70%/60%/60%左右，并预计在 2023-2025 年内维持该良率水平。目前国内碳化硅厂商的平均综合良率约为 40%， 随着衬底制备技术的逐渐成熟，市场预计 2025 年综合良率可以提升至 50%。根据上述现有产能数据以及未来产能规划，我们预计全球碳化硅 衬底有效产能将从 2022 年的 65 万片提升至 2025 年 405 万片，因此 2025 年将存在 272 万片的产能缺口。
2024年，达摩克利斯之剑落下的时刻
近几年碳化硅行业大火，海内外公司连滚带爬往前冲。速度之快，已经不能用CAGR（年复合增长率）来表述，只能用倍来描述。Wolfspeed预计在2024年前产能扩充30倍；Rohm预计在2024年前产能扩充5倍（计划在2025年3月前投资35.8亿人民币，提升产能16倍）；II-VI计划产能扩充5-10倍；住友电工4英寸GaN-on-SiC产线2020年产能较2017年扩大10倍。
而这其中最让人震撼的当然是Wolfspeed。Wolfspeed的8英寸SiC衬底已于2019年研发成功，2021年左右投产，有报道称计划于2024年将产能达到惊人的年产600万片。鉴于2020年全球SiC总产能才约40万片，新能源车的需求再强劲，也不能两年翻十几倍吧？可以预见的是，如果Woofspeed达产顺利，SiC行业就会被瞬间抽成真空，更不要说还有Rohm、II-VI这些二线龙头。
我们再来看一下国内公司的情况。
露笑科技2022年7月披露，其SiC目前已经形成1000片/月的生产能力，良率约50%，预计到2022年底可以实现5000 片/月的碳化硅衬底片供货能力，折算下来一年也才6万片。
天岳先进在上海投资建设的6英寸导电型碳化硅衬底材料预计将于2022年三季度投产，2026年才能满产。
天科合达投资9.5亿新建的第三代半导体碳化硅衬底产业化基地建设项目计划于 2022 年年初完工投产，但现在依然查不到该项目投产的相关报道。
三安光电2022年6月20日回复投资者，公司全资子公司湖南三安现有碳化硅产能3,000片/月已投片生产，目前也就这么多产能。
东尼电子则在2022年8月的调研中回复，公司刚刚切换了碳化硅的生产路线，其碳化硅项目一直到2023年12月才能投产。
我们可以发现，当前A股的碳化硅标的，要不产能还停留在每个月几千片的水平，要不还在艰难的产能爬坡和提升良率之中，这个过程可能还要5年以上。有些才刚刚开工，甚至刚刚更换了技术路线。和滚滚而来的百万片级别的新产能相比，套用《三国演义》中的一句话，简直是“谅腐草之萤光，怎及天心之皓月”。
刚才已经说过，碳化硅行业是资本密集型的，三安光电等上市公司尚可以从资本市场获得融资，未上市的公司恐怕更是艰难。
