半導體板塊爆發，這一產業鏈環節正在發生劇變

5月11日，半導體板塊迎來久違的反彈。而這一半導體產業鏈上的環節，正在發生着劇變。

價格維持不變，集成電路上可容納的元件數目大約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將同步提升一倍。過去幾十年，芯片產業的進階嚴格遵循這一人為約定，但當臺積電宣佈突破1nm製程的時候，摩爾定律在理論上已經走進了死衚衕。若要延續這一趨勢，必須在底層材料上形成突破。發展至今，半導體材料已歷經多次迭代。

第一代半導體材料主要是硅和鍺，上世紀60年代之后，硅基半導體逐漸成為主流，直到現在依然是應用最為廣泛的半導體材料，全球95%以上的芯片是以硅片為基礎材料製成的。

第二半導體材料的代表是砷化鎵，可以製造更高頻、高速的集成電路，但以目前的需求來看，砷化鎵材料的禁帶寬度依然較小。

第三代半導體材料應時代而生，以碳化硅、氮化鎵為代表的材料可以製備耐高壓、高頻的功率器件，其中碳化硅是綜合性能最好、商品化程度最高、技術最成熟的第三代半導體材料。

碳化硅並非原有技術的漸進改良，而是一次跳躍式升級。相同規格下，碳化硅基MOSFET的尺寸只有硅基MOSFET的1/10，導通電阻是后者的1/100。與硅基IGBT，碳化硅基MOSFET的總能量損耗可降低70%。碳化硅的性能優勢在各個新能源產業中體現的淋漓盡致。應用在風力發電領域，可提高效率20%。應用在光伏逆變器，可將轉換效率從96%提升至99%以上，並且降低能量損耗超50%，提升設備循環壽命50倍。最重要的是在新能源車上的應用。

2016年，在成本控制上近乎「變態」的特斯拉一反常態，率先在Model3的主逆變器上安了24個由意法半導體生產的碳化硅MOSFET功率模塊。要知道，當時碳化硅功率器件的價格是同等硅器件的十倍。后來的事實證明，馬斯克的眼光還是一如既往的犀利。

根據福特汽車的測算，相比於傳統硅芯片，由碳化硅製成芯片驅動的新能源汽車，能量損耗大約降低5倍左右。到目前為止，純電動汽車中已有超40%以上採用SiC技術，自主品牌中第一個吃螃蟹的是比亞迪。

使用自主研發製造的SiCMOSFET控制模塊后，比亞迪漢EV車型的性能在去年明顯提升，功率達到363Kw，實現百公里加速3.9s，續航里程延長至605公里。

不只是新能源產業，碳化硅在家電、通訊、航空、高鐵、工業電機等領域均有重大作用，但直到現在，碳化硅的普及程度依然很低。

根據Yole的數據，2021年，第三代半導體基功率器件的市場佔比只有約6%，其中SiC基功率器件佔比5%左右，市場規模大約8.5億美元。

性能好，但滲透率低，原因只有一個：貴。

CASA的數據顯示，2020年，650V的SiCMOSFET與SiIGBT的價格比大約是4:1，SiC逆變器模塊是硅基逆變器價格的2-3倍。新能源產業附加值高，成本承受能力強，所以率先導入了第三代半導體材料，但很多行業價格敏感性高，只能等待成本的進一步下降。

對於任何一項新技術，成本都是左右產業化的核心變量。於碳化硅而言，碳粉提純難度高、晶體生長緩慢、晶體切割速度慢等因素共同決定着成本剛性。

首先，高質量SiC晶體的基礎是要有高純度的碳粉，但提純過程對工藝要求極高，合成也需要時間摸索。其次，碳化硅晶體的生長速度非常慢。碳化硅7天才能生長2cm左右，作為對比，2-3天就能拉出約2m長的8英寸硅棒。最后，由於碳化硅硬度高，不僅切割耗時長，而且良率低。一般來説，硅片的切割只需幾小時，而碳化硅片則要上百小時。

技術降成本是一場持久戰，這就註定了碳化硅的滲透是一個漸進式的過程，但隨着襯底尺寸的抬升，規模效應給成本下降帶來了極大改觀。

碳化硅的襯底尺寸主要包括2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4英寸（100mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）等規格。尺寸越大，單位襯底可製造的芯片數量越多，邊緣的浪費也越小，均攤到單位芯片的成本就越低。

晶圓從6英寸提升到8英寸，芯片數量將從488增至845個，邊緣浪費則由14%減至7%。

碳化硅主要分為半絕緣型和導電型，目前半絕緣型產品的主流襯底規格為4英寸，正在向6英寸邁進，導電型產品的主流襯底規格為6英寸，正在尋求向8英寸演進。伴隨技術的不斷成熟和進步，碳化硅基的產品價格在過去多年已經實現了大幅下滑。

上文提到650V的SiCMOSFET與SiIGBT的價格比大約是4:1，而在2018年，這一數字高達10:1。業內給出的預估是，未來碳化硅器件的成本大約以每年10%左右的價格下降，這一過程勢必會伴隨更多消費場景的解鎖。根據Yole的預測數據，到2025年，碳化硅器件將增長至25.62億美元，年複合增長率達30%。

一步慢，步步跟不上。

第三代半導體產業，美、日、歐搶跑，中國依然處在落后的位置。

與硅基功率半導體類似，碳化硅產業鏈也包含襯底、外延、器件及模塊和應用等環節，區別在於各環節價值量倒掛。硅基半導體產業中晶圓成本是大頭（約佔50%），而碳化硅的附加值集中在上游襯底（成本佔比約47%）。所以，碳化硅產業鏈的實控權其實掌握在襯底供應商手中。

全球範圍，Wolfspeed在襯底環節是絕對的霸主，市佔率高達62%，II-VI位列其次，但只分了14%的蛋糕。根據Wolfspeed的規劃，公司將在2024年前將產能擴充30倍，所以襯底環節一家獨大的局面恐怕還要持續下去。

本土頭部參與者主要是山東天岳和天科合達。天科合達是國內第一個起跑的企業，建立了國內第一條碳化硅晶片中試生產線，並且率先研製出6英寸碳化硅晶片。但僅就目前的實力來説，山東天岳更勝一籌，特別是在半絕緣襯底領域。

數據顯示，2020年，山東天岳在半絕緣襯底領域的市佔率約為30%，相較於2019年的18%有一個顯著的提升。根據公司最新的發展規劃，已經決定投資投資25億元向導電型碳化硅襯底擴張，到2026年實現30萬片/年的產能規模，屆時在這一領域的全球市佔率有望達到15%左右。

對於本土企業而言，規模擴張還在其次，最重要的是突破技術瓶頸，目前最先進的8英寸襯底依然僅掌握在Wolfspeed、II-VI和意法半導體等少數外資手中。外延環節，鳳凰光學可能是未來「全村唯一的希望」。此前在不到兩個月的時間里最多漲了近3倍，期間連續收穫了11個一字板漲停。

如此反常，根源來自鳳凰光學對普興電子和國盛電子的併購。國盛電子手里掌握着8英寸硅外延工藝和技術，打破了發達國家的技術壟斷，可以能夠滿足0.09-0.18μm功率器件的製造需求。普興電子是國內率先穩定量產8英寸硅外延材料的企業，填補了國內技術及產業化的空白。鳳凰光學拿下這兩家公司，相當於控制了國內最大的外延片產能，同時也成為未來最有希望起勢的本土碳化硅外延片生產商。這樣看來，股價妖魔化也自在情理之中。

器件端基本全是外資的天下，根據Yole的數據，2020年，ST、Wolfspeed、ROHM、Infineon、Onsemi的市佔率分別為40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%，CR5吃掉了超90%的市場。

國內玩家包含了比亞迪半導體、斯達半導體、中車時代電氣、華潤微、三安光電等一眾企業。

作為比亞迪的子公司，比亞迪半導體是全球第二、中國最大的車規級IGBT廠商。在碳化硅器件領域，公司是全球首家也是國內唯一實現SiC三相全橋模塊在電機驅動控制器中大批量裝車的企業。按照業內的預估，2023年，比亞迪或將旗下所有電動車全部實現碳化硅基替代，屆時比亞迪半導體將拿到大量訂單。

作為中國中車旗下的公司，中車時代電氣的身份與比亞迪類似，背后都有整車廠站臺，在產品導入上有先天優勢。目前中車時代電氣已經建有6英寸碳化硅產業化基地，掌握芯片、模塊、組件及應用的全套自主技術。

華潤微擁有芯片設計、晶圓製造、封裝測試等全產業鏈一體化能力，是國內的IDM龍頭公司。最近一段時間，華潤微相繼發佈了SiCJBS第二代產品和1200VSiCMOSFET產品。公司在互動平臺上透露，最新的SiCMOS產品性能已經可以對標國際一線品牌。

2018年貿易戰之后，國內在第三代半導體領域的佈局明顯加快了速度，去年一共有24筆投資擴產項目落地，投資額近700億元，同比2019年增長了160%。雖暫時落后，但產業尚未成熟固化，仍有追趕的可能，背靠強大的內需市場，「以戰養戰」，不斷向上迭代，相信國內外企業的差距勢必會不斷縮小。

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