碳化硅衬底市场和应用深度分析

1. 全球碳化硅材料及应用市场概览

能源变革和人工智能(AI)是未来科技革命的双重引擎。构建一个增长、创新、可持续发展的世界是能源变革和AI技术进步和融合发展的核心目标，碳化硅材料已经成为赋能能源变革及AI实现核心发展目标的基石之一。

碳化硅是一种由碳和硅元素组成的化合材料，具有较高硬度和优异的物理化学性能。碳化硅材料拥有耐高压、耐高频、高热导性、高温稳定性、高折射率等特点，可作为诸多行业实现降本增效的关键性材料。碳化硅材料率先促进半导体行业变革，并开始在更多领域替代和补充硅基技术。

相较硅基半导体，以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带半导体从材料端至器件端的性能优势突出，具备高频、高效、高功率、耐高压、耐高温等特点，是未来半导体行业发展的重要方向。其中，碳化硅展现出独特的物理化学性能。碳化硅的高禁带宽度、高击穿电场强度、高电子饱和漂移速率和高热导率等特性，使其在电力电子器件等应用中发挥着至关重要的作用。这些特性使得碳化硅在xEV及光伏等高性能应用领域中具有显著优势，尤其是在稳定性和耐用性方面。

碳化硅材料在功率半导体器件、射频半导体器件及新兴应用领域具有广阔的市场应用潜力。碳化硅材料通常被用于制作碳化硅衬底或碳化硅外延片，其中碳化硅衬底可被广泛应用于功率半导体器件、射频半导体器件以及光波导、TF-SAW滤波器、散热部件等下游产品中，主要应用行业包括xEV、光伏及储能系统、电力电网、轨道交通、通信、AI眼镜、智能手机、半导体激光等。

2. 碳化硅功率半导体器件市场应用分析

功率半导体器件是电力电子产品中用作开关或整流器的半导体器件。功率半导体器件主要包括功率二极管、功率三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等。

从2019年到2023年，碳化硅功率半导体器件市场显著增长。全球碳化硅功率半导体器件在全球功率半导体器件市场中的渗透率由1.1%增至5.8%，预计于2030年将达到22.6%。

分应用领域，从2019年到2023年，应用于xEV的碳化硅功率半导体器件全球收入的复合年增长率高达66.7%，而从2024 年到2030 年，xEV领域的复合年增长率仍高达36.1%，将继续引领全球碳化硅功率半导体器件市场的增长。光伏储能、电网、轨道交通领域亦表现出强劲的增长势头，未来预测期间的复合年增长率将分别达到27.2%、24.5%及25.3%。家用电器、低空飞行和数据中心等碳化硅功率半导体器件新兴应用领域将展现出最快的增长速度，应用于上述领域的碳化硅功率半导体器件全球收入的预测复合年增长率预计将达到39.2%。

2.1 xEV 应用

续航里程、充电速度、驾驶体验是xEV的重要要素。相较于硅基IGBT等传统硅基功率半导体器件，碳化硅功率半导体器件具有低导通电阻、高开关频率、高耐热性、高热导率等显著优势，该等优势可以有效减少电能转换环节的能量损耗；减小电感、电容等无源元件体积，降低功率模块重量和成本；减少散热需求，简化热管理系统及提高电机控制的动态响应。从而提升xEV的续航里程、充电速度和驾驶体验。碳化硅功率半导体器件可应用于xEV的多种组件，包括电机驱动、车载充电器(OBC)、DC/DC转换器、空调压缩机、高压PTC加热器及预充电继电器。目前，碳化硅功率器件主要用于电机驱动、OBC及DC/DC转换器，逐步取代传统硅基IGBT功率模块：在电机驱动方面，碳化硅功率模块取代传统硅基IGBT，可将能量损耗降低70%至90%，车辆续航里程增加10%，并支援在高温环境下实现大功率输出。在OBC方面，功率模块可将外部交流电转换为直流电以为电池充电，碳化硅功率模块能将损耗充电降低40%，实现更快的充电速度，提升用户体验。在DC/DC转换器方面，其作用是将高压电池的直流电转换为低压直流电供车载器件使用，碳化硅功率模块透过减少发热及将能量损失降低80%至90%来提高效率，最大限度减少对车辆续航里程的影响。

应用于xEV领域的碳化硅功率半导体器件市场规模将进一步增长，预计至2030年，全球xEV碳化硅功率半导体器件销售收入将达到147亿美元，2024年至2030年的复合年增长率为36.1%。碳化硅功率半导体器件（按收入计）在新能源汽车领域的渗透率一直处于上升趋势。其预计将从2024年的19.2%增加至2030年的53.6%。

2.2 数据中心

碳化硅主要应用于AI数据中心电源的机架电源AC/DC级。碳化硅MOSFET可用于构建电源供应单元(PSU)的功率因数矫正(PFC)电路，以替代硅基MOSFET。相较硅基MOSFET，碳化硅MOSFET拥有更高的开关频率和更低的反向恢复损耗，可以有效减少元件数量，增加电源功率密度，并提升AC/DC级的能量转换效率。使用碳化硅MOSFET的PSU的功率密度可以达到硅基功率器件PSU的2倍以上，并且可以将电力转换效率最高提升约1%。

受益于大语言模型技术发展和生成式AI的快速渗透，全球AI市场规模快速增长。到2030年，全球数据中心容量预计将达到299GW，较2023年净增长244GW，复合年增长率为27.4%。这一增长将使数据中心的电力消耗从2023年占全球用电量的1.4%大幅提升至2030年的10%。数据中心中的传统硅基供电系统效率约为85%至88%，有12%至15%的电能以热能形式浪费。碳化硅功率半导体器件有助于提升能源效率、降低运营成本，并支持数据中心的可持续发展战略。此外，AI工作负载的增加导致数据中心内AI服务器数量上升，该等服务器的功耗显著高于传统服务器。这对机架电源的功率密度提出了更高要求，使得碳化硅功率器件成为在现有机架空间内提升电源输出功率的可行解决方案。2025年至2030年预计全球AI数据中心规模将增加201GW，对应2025年至2030年基于碳化硅功率器件的PSU在AI数据中心领域的潜在市场规模超过人民币800亿元，碳化硅在AI数据中心的渗透率预计在2030年将达到18.3%。

2.3 光伏储能应用

碳化硅功率半导体器件可用于逆变器、升压变换器、储能变流器等光伏组件和储能系统中，该等器件通过提升能源转换效率、减少损耗，并最大限度地缩小组件的体积及重量，进一步增强光伏系统的性能，从而拓宽其应用范围。与传统硅基器件相比，碳化硅基光伏逆变器可将转换效率提高1%–3%；体积和重量通常可减少40%–60%，便于简化安装并降低成本。在储能领域，2023年全球新型储能新增装机规模约为35GW，同比去年增加72%。碳化硅能够在推动储能变流器向大容量和模块化方向发展的同时显著简化储能变流器的设计。随着碳化硅成本的降低以及光伏发电各方面技术的提升，碳化硅基逆变器解决方案的综合性价比将进一步提高，碳化硅功率半导体器件（按收入计）在光伏储能行业的渗透率预计逐渐上升，将从2024年的9.7%上升到2030年的20.4%。

2.4 超充桩

目前，直流快充技术是xEV提升补能体验的关键一步，随着xEV电气系统正在经历从400V向800V的跃迁，超充桩电源模块的功率等级和功率密度亦从20kW/30kW逐步提高至40kW/50kW及以上，以适应更高电压的xEV需求。碳化硅基材料因其卓越的耐高压和高温性能使其导通电阻远低于硅基材料，降低导通损耗，保障超充桩能够提供更高更宽的输出电压范围，以覆盖各种不同类型xEV的电池需求。同时，碳化硅半导体材料的低结电容特性允许更高的开关频率，这在超充桩中意味着更快的充电速度和更高的功率密度。此外，碳化硅MOSFET的高热稳定性和宽广的运行温度范围（-55℃至+175℃）确保了超充桩在各种气候条件下都能稳定运行，满足市场对于高效、快速、稳定的充电解决方案的需求。

2.5 电网应用

太阳能和风能等可再生能源在全球电力系统中扮演了越来越重要的角色。2023年可再生能源贡献了30%的全球总发电量，这一比例仍将在未来进一步上升。电网作为电力生产、传输、消纳和利用的主要载体，在面对大量分布式可再生能源和储能的并网消纳需求时，发展具备更强大、更灵活的调节、控制及输送路线选择能力的智能电网大势所趋。碳化硅功率半导体器件突破了硅基功率半导体器件在高电压、高功率和高温方面的限制所导致的系统局限性。得益于碳化硅的优势，碳化硅功率半导体器件的应用能够显著降低电力设备所需的器件数量、设备体积和重量、能量损耗以及系统复杂度，同时降低对冷却设备的需求，降低了电力系统整体建设成本。碳化硅功率半导体器件在电网的渗透率正在稳步上升，预计将从2024年的4.2%增长至2030年的14.6%。

2.6 轨道交通应用

碳化硅的高临界场强、高载流子饱和速度和高热导率使轨道交通牵引转换系统实现了小型化和轻量化发展，这对于满足轨道车辆运营的绿色节能要求至关重要。通过使用碳化硅功率半导体器件，轨道交通车辆的电力电子器件在体积和重量上可以大幅减小，这对于提高速度、加速度以及延长维护周期和使用寿命都有着积极的影响。同时，这些器件的高效率和高功率密度特性，也有助于降低运行成本，提高能源利用效率。目前，碳化硅已在轨道交通领域有成熟应用。于2020年7月，中国珠海地铁1号线采用碳化硅功率器件，导致设备体积减少50%，重量降低56%，效率提升至95.5%以上。同月，日本东海道新干线N700S列车正式投入运营，该车采用了混合型碳化硅模块，使牵引逆变器的尺寸和重量减少了40%，损耗降低了35%。未来，预计碳化硅功率半导体器件在轨道交通的渗透率预计将从2024年的16.7%增长至2030年的36.6%。

2.7 家用电器

在家用电器方面，碳化硅肖特基二极管(SBD)和碳化硅MOSFET可被用于功率因数校正(PFC)电路、电机驱动、升压电路、高压电源等领域，适合应用于高功率家用电器中。碳化硅功率半导体器件能够提高家用电器的能源转换效率，从而提高能效表现，为消费者提供更加环保和高效的家用电器产品。同时碳化硅功率半导体器件能够提升家用电器电源功率密度，并减少散热器尺寸，从而降低磁性元件和热管理部件的体积和成本，促进家用电器产品小型化。以空调为例，为满足更高的能效标准，变频空调PFC频率不断提提高，传统硅基IGBT和快恢复二极管(FRD)逐渐难以满足高压、高开关频率、短反向恢复时间等方面的要求，碳化硅SBD成为替代上述硅基功率器件的首选。空调预计将成为采用碳化硅功率半导体器件的主要领域。在2030年，碳化硅基高端家用空调的潜在出货量可达8,000万台以上，约占同年全球家用空调出货量的30%。展望未来，碳化硅功率半导体器件将可能变得更加平价，并渗透到约占70%市场份额的家用空调的大众市场中。碳化硅功率半导体器件在全球家用电器市场的增长潜力巨大，未来将被更广泛地应用于冰箱、洗衣机、微波炉、电磁炉、电烤箱、电饭煲、电视等领域。

2.8 低空飞行器

电机重量是低空飞行器的设计要求的重要指标，对材料功率密度有着较高的要求，而碳化硅功率半导体器件的高功率密度和耐高温、高压特性，能够满足低空飞行器对电控的耐压和输出功率的要求，使其成为低空飞行器的理想选择，有助于提升飞行性能和安全性。2024年全球低空飞行经济市场规模达10亿美元，预计到2030年达196亿美元。低空飞行器领域碳化硅功率半导体器件的应用刚刚起步，随着低空飞行经济规模的增长，碳化硅在该领域的潜力巨大。

3. 半绝缘型碳化硅基射频半导体器件市场应用

射频半导体器件在无线通讯领域中发挥着至关重要的作用，主要负责信号的转换和处理，是无线通信设备不可或缺的基础组件。这些器件包括功率放大器、滤波器、开关、低噪声放大器和双工器等，它们共同确保了通信系统的性能和效率。特别是在商用移动通信领域，基于半绝缘型碳化硅衬底的氮化镓射频半导体器件展现出显著的优势。这些器件以其高功率、高效率和高频率特性，广泛应用于通信基站的功率放大器中，显著提升了信号传输的质量和覆盖范围。此外，随着5G网络的推广和物联网技术的发展，氮化镓射频半导体器件在提高数据传输速率、降低能耗以及支持更多设备连接方面发挥着关键作用。

2024年全球半绝缘型碳化硅基射频半导体器件市场规模达到10.9亿美元。未来五年，受5G市场推动，半绝缘型碳化硅基射频半导体器件逐渐抢占LDMOS的市场份额，全球半绝缘型碳化硅基射频半导体器件市场预计将进入一个加速增长的阶段。2030年，市场预计将达到27.5亿美元的高峰。于2024年至2030年间，市场的复合年增长率预计将达到16.8%，这一显著的增长速度反映了市场对半绝缘型碳化硅基射频半导体器件需求的强劲增长。

4. 碳化硅在其他新兴领域的应用

4.1 AI 眼镜光波导

对于AI眼镜的光学系统而言，碳化硅基SRG波导是一项革命性的创新。碳化硅具备高折射率、宽FOV及全彩集成等特性。值得注意的是，碳化硅的卓越折射率（2.6至2.7）能够实现RGB色彩通道的单层集成，有效解决彩虹效应，与传统的多层解决方案相比，大幅降低了设备的重量、厚度及生产复杂度。该进展使碳化硅SRG波导成为追求紧凑外形及沉浸式视觉体验的下一代AR显示器的最佳选择。随着AI眼镜逐步发展成为主流可穿戴计算平台，预计到2030年，碳化硅基SRG波导在全球AI眼镜市场的潜在市场规模将超过60百万件。

4.2 TF-SAW 高端滤波器

薄膜声表面波(TF-SAW)滤波器是声学滤波器领域的一项重大技术进展，具有高频率、高选择性及低插入损耗的特点。基于绝缘体上压电(POI)衬底的TF-SAW滤波器较体声波(BAW)滤波器更具成本效益，且生产更为简单，使其成为支持消费电子产品和5G应用中更高频段的理想选择。值得注意的是，采用碳化硅衬底的TF-SAW滤波器在高频、高Q值、功率处理能力及温度稳定性方面表现卓越。其可支持3.3GHz以上的频段，适用于高端智能手机、5G基础设施及AIoT设备。随着无线通信技术的进步，对该等滤波器的需求预计将大幅增长，到2030年，碳化硅基TF-SAW滤波器的潜在市场规模预计将达到52亿美元。

4.3 散热部件

碳化硅因其高热导率、低热膨胀系数、高硬度、化学稳定性和轻量化等特性，在散热和热沉领域（包括半导体、热管理系统、5G通信、大功率LED照明、电动汽车和可再生能源系统）有广泛应用。其提高设备的运行效率和可靠性，减轻热管理系统重量，延长设备使用寿命。相比铜及氮化铝等传统散热应用材料，碳化硅的热导率为铜的1.2倍，为氮化铝的2倍以上，因此碳化硅更适合用于需要快速散热以保护敏感电子元件或在高功率密度设备中维持稳定运行的场景。例如，在高功率激光应用中，碳化硅可用于制造散热片，该等散热片旨在将热量从发热物体导出以替代其他传统材料。据估计，2030年高功率激光应用对碳化硅散热片的潜在总需求将可能超过35百万片。

5. 全球碳化硅衬底市场概览

5.1 碳化硅衬底及制造工艺介绍

碳化硅衬底是指以碳化硅粉末为主要原材料，经过晶体生长、晶锭加工、切割、研磨、抛光、清洗等制造过程后形成的单片材料，是用于制作宽禁带半导体及其他碳化硅基器件的基础材料。碳化硅衬底研发和制造过程高度复杂，涉及材料科学、热动力学、半导体物理、化学、计算机模拟、机械等多学科交叉知识的应用。

5.2 碳化硅半导体器件产业链

衬底制造商属于整个碳化硅半导体器件产业链的上游参与者。这些衬底制造商是产业链中将原材料转化为可供下游使用的衬底产品的关键环节。

中下游包括器件制造商、代工制造商和终端客户。衬底经过外延生长后，被用于制造各种功率器件、射频器件等。这些器件广泛应用于新能源汽车、数据中心光伏及储能、电力供应、轨道交通及新兴产业等领域。

根据电学性能差异区分，碳化硅衬底分为导电型衬底和半绝缘型衬底。导电型衬底通过同质外延工艺，生长出与衬底材料特性一致的外延层，主要应用于碳化硅功率半导体器件的制造。而半绝缘型衬底一方面可采用异质外延技术，生长出与衬底材料特性不同的氮化镓外延层，主要用于射频器件的生产。

而根据衬底尺寸区分，碳化硅衬底可分为2英寸、4英寸、6英寸、8英寸和12英寸的产品，不同技术路线下各尺寸碳化硅衬底的研发和商业化进展有所不同。

碳化硅衬底的工艺流程包括原料合成、晶体生长、定向及切片、表面研磨及抛光、化学机械抛光(CMP)、检测及质量控制等步骤。

碳化硅衬底制备过程高度复杂，难点包括：

生长过程难度高：碳化硅单晶生长过程中的缺陷控制极具挑战性，构成了显著的生产难点。其一，缺陷类型多样且棘手；其二，碳化硅晶型繁杂，涵盖200余种结构，其中诸多晶型在高温生长环境下，因形成能相近极易发生转化，进而产生多型夹杂现象，致使晶体结构紊乱，电学、光学等性能受到严重干扰。其三，热场因素引发诸多问题，热场中的温度梯度会催生热应力，加之生长进程中温度、组分频繁波动，位错等缺陷极易产生，为后续外延生长及器件制造埋下隐患，极大地影响产品质量与性能表现。综合而言，这些难点相互交织，要求生产者必须在复杂的工艺环节中精准施策，方能实现高质量碳化硅单晶的稳定产出。

粉料合成困难：碳化硅粉料的制备面临多项挑战。合成环境会产生影响，且原辅材料中含有固有且无法去除的杂质。因此，合成的碳化硅粉料不可避免地引入大量杂质。该等杂质直接影响晶体的纯度及电学性能，对优质碳化硅粉料的制备带来很大困难。

加工难度高：碳化硅衬底作为一种高硬度脆性材料，面临着加工过程中开裂和加工后翘曲等问题的挑战。为满足下游外延工艺「即用型」的高标准要求，超精密表面加工至关重要，可显著降低表面粗糙程度并提高平整度，同时严格控制金属杂质和颗粒污染。此外，碳化硅衬底的高硬度和脆性使得切割、研磨及抛光流程耗时且易出现崩边情况，进一步增加了加工难度。该等因素共同突出了碳化硅衬底加工中涉及的高技术壁垒和复杂性。

扩径难度大：大尺寸晶体需要更均匀的温度分布以避免应力和缺陷；热应力管理变得更加复杂，由于温度梯度和生长速度差异导致的内部应力可能引起晶体开裂；原料消耗和成本随之上升，扩径意味着需要更多的高纯度原料；晶体生长速度减慢，增加了生产周期和成本；由于上述因素的综合作用，扩径晶体的生长良率通常较低，影响产品的经济性和市场竞争力。这些挑战需要通过技术创新和工艺优化来克服，以实现大尺寸、高质量的碳化硅衬底的稳定生产。目前，6英寸碳化硅衬底已成为市场主流，而8英寸衬底正处于快速规模化阶段。随着技术的迅速发展，预计其将于未来进一步推动产业升级。

生产一致性难度高：碳化硅衬底高度复杂的制备过程导致其在大规模量产过程中保持生产质量一致性的难度较高。最终碳化硅衬底的质量受材料纯度、工艺控制能力、设备精度、检测能力等关键环节的共同影响，任一环节的不稳定性都将影响终端产品质量一致性。衬底制造商通常需要对工艺技术具有深刻的理解，并且通过建立精细的生产流程体系、引入自动化和智能化设备、实施完善的质量检测体系，最终实现大规模量产时产品生产质量的一致性。

5.3 全球硅化硅衬底市场规模

以销售收入计，全球碳化硅衬底市场由2019年的人民币26亿元增长至2023年的人民币74亿元，复合年增长率为29.4%。预计到2030年，市场规模将有望增长至人民币664亿元，复合年增长率为39.0%。

5.4 全球碳化硅衬底市场驱动因素

全球能源变革推动碳化硅产业发展。在能源供给侧，能源变革强调减少对化石燃料的依赖，发展太阳能和风能等清洁、可再生能源。自2019年至2023年，全球电力消费占全球总能源消费的比例由19.7%增长至21.2%。电力消费总量的增加使得电能利用效率变得尤为关键。凭借碳化硅材料高频、低损耗、耐高压、耐高温的优势，碳化硅功率半导体器件能够提升电力在生产和消费环节的转换效率，实现更小的系统体积和更高的功率密度，并减少对散热系统的需求，已经成为xEV、光伏储能系统、电力供应、数据中心等领域的「能效倍增器」，推动能源体系向低碳化跃迁。

AI行业增长和创新扩大碳化硅市场发展增量空间。AI目前正被融入行业和个人日常生活的各个方面，将对人类的发展产生深远的影响。并且随着大语言模型技术的进步，生成式AI具备更强的推理和智能化能力，将进一步加速AI的快速渗透。作为支撑AI发展的重要基础设施，数据中心预计到2030年将占据全球电力消费的10%。相比传统硅基功率半导体器件，碳化硅基功率半导体器件能够提供更高的电力转换效率和更高的功率密度。碳化硅基功率半导体器件在数据中心的应用是缓解全球AI电力供应挑战、实现数据中心低碳化的必然选择。此外，AI技术的发展不断催生AI智能产品创新，AI智能产品创新又同时催生了以碳化硅为代表的新型材料的应用机会。例如，碳化硅基材料的光波导应用于AI眼镜中可以实现更大的视场角和结构更简单的全彩显示，可减少AI眼镜的尺寸、重量以及制造成本和复杂性，并显著提升用户体验。

对性能、效率、稳定性的更高要求驱动碳化硅功率半导体器件市场增长。从2019年到2023年，全球碳化硅功率半导体器件行业市场规模显著增长，从5.1亿美元增加至27亿美元，复合年增长率达到52.2%。这一增长趋势不仅反映了碳化硅功率半导体器件市场的强劲需求，也直接推动了对碳化硅衬底的需求增长。随着碳化硅功率半导体器件在xEV、光伏风能、5G通信等战略性新兴产业中的广泛应用，衬底作为生产碳化硅器件的关键材料，其市场需求随之扩大。预计从2024年到2030年，碳化硅功率器件行业的市场规模将继续增长，复合年增长率为35.2%，预计到2030年市场规模将达到约197亿美元。全球碳化硅在整个功率半导体器件市场中的渗透率也显著提升，从2019年1.1%增长到2024年的6.5%，并预计到2030年将增长至22.6%。

技术进步推动生产效率提高，降低生产成本，提升经济性和渗透率。技术端晶体生长、切片、磨抛工艺的进步显著提升了碳化硅衬底的生产效率，并降低了生产成本。例如，晶体生长技术的进步推动8英寸导电型衬底实现量产，更大的可用衬底面积推动单位综合成本降低50%，并提升了衬底生产良率，进一步推动了衬底单位成本的下降。随着技术的不断进步和产能的扩大，预计碳化硅衬底的成本将进一步降低，经济性和市场渗透率将继续提升。

5.5 全球碳化硅衬底市场发展趋势

碳化硅衬底在原有领域加速渗透的同时，积极向新兴应用领域拓展：碳化硅衬底材料近年来发展迅猛，应用范围不断拓展。碳化硅功率半导体器件在xEV领域的渗透率在2024年为19.2%，到2030年预计将达到53.6%；在光伏储能领域，碳化硅的市场渗透率预计将从2024年的9.7%增长至2030年的20.4%。在光波导领域，碳化硅可用于AI眼镜中，实现更低的折射率和更轻的重量，预计未来随着AI眼镜的出货量上涨，碳化硅在此领域的出货量将随之提升。随着5G蓬勃发展，滤波器领域对碳化硅需求骤增。5G高频高速的特性要求滤波器低损耗、高稳定，碳化硅衬底恰好满足需求。因此未来在先进通信基站建设中，其渗透率逐年攀升。其在先进通信基站中的渗透率从2019年的36%增长至2024年的50%，预计到2030年将增长至66%。同时，电子器件性能提升带来散热压力，碳化硅凭借其高导热、耐高温特性，在高端散热材料市场中脱颖而出，市场份额将持续增长。可见，碳化硅衬底材料在新旧领域潜力巨大，未来将在科技产业变革中发挥关键作用，助力多行业突破技术瓶颈，推动全球科技产业迈向新高度。

衬底向大尺寸发展，6英寸导电型衬底仍是主流，8英寸导电型衬底起量，12英寸导电型衬底已有研发样品。目前，碳化硅衬底行业正处于尺寸升级的关键发展阶段。6英寸导电型衬底依旧是市场主流，但8英寸导电型衬底的市场需求正逐步攀升。8英寸衬底单片芯片产出量约为6英寸的2倍、4英寸的4倍，而且能部分运用硅基功率芯片产线装备，可有效降低成本、提高生产效率。率先实现8英寸碳化硅衬底研发突破的企业将更早地进入下游器件制造商的验证环节，其电学性能验证周期一般长达6至12个月，一旦验证成功，下游器件制造商将不会轻易更换衬底供应商。基于这些优势，全球衬底制造商纷纷大力投入8英寸导电型衬底产线建设。据统计，全球碳化硅功率半导体器件制造商在8英寸项目上的总投资额已超人民币1,754亿元，其中前五大碳化硅功率器件制造商总投资额超人民币1,269亿元，占比超72%。与此同时，业内制造商也在不断探索更大尺寸的衬底。目前，12英寸导电型碳化硅衬底已有研发样品。12英寸衬底能进一步提升经济效益，为碳化硅材料的大规模应用创造更多可能，代表着碳化硅衬底技术未来的发展方向与产业化趋势。

单位生产成本下降以及规模效应显现，推动更多下游场景采用碳化硅衬底：未来碳化硅衬底价格将持续下降，主要受两个因素推动：首先是生产技术和工艺路线的迭代升级带来的单位裸片成本下降；随着碳化硅晶体生长等环节良率的提升以及衬底尺寸的扩大，各器件单位成本将持续下降。其次是规模效应，随着全球尤其是中国碳化硅衬底头部制造商的产能扩张，头部制造商在成本分摊、生产自动化和工艺优化、供应链采购、技术积累等方面展现出显著的规模效应，从而推动衬底价格的下降。衬底价格下降将推动更多下游场景采用碳化硅衬底。

5.6 全球碳化硅衬底单价分析

2019年至2024年期间，全球碳化硅衬底市场价格有所下降，主要受到市场竞争加剧、技术成熟带来的成本优化以及产能逐步扩张等因素的影响。未来，随着碳化硅衬底产品加速迭代，以及下游应用快速发展导致需求持续攀升，相同尺寸衬底的价格降幅预计将逐步收窄。

5.7 全球碳化硅衬底主要上游原材料价格变化情况分析

碳化硅衬底主要上游原材料包括用于衬底制备的硅粉、碳粉、石墨件、石墨毡，以及用于后道加工程序的金刚石粉、抛光液、抛光垫等。

在碳化硅衬底的总成本构成里，直接构成衬底的碳粉与硅粉作为原材料，占比通常较低；碳粉与硅粉价格又与其纯度高度正相关，高纯度意味着更复杂的制备工艺与成本投入，价格也更高。该等原材料价格的波动对碳化硅衬底的整体成本影响相对有限。石墨件和石墨毡在碳化硅衬底成本中占比较大。然而，石墨件和石墨毡多为定制型产品，价格取决于多种因素。

5.8 全球及中国碳化硅衬底市场竞争格局

全球碳化硅衬底市场竞争格局概览

竞争格局由少数头部企业主导，头部企业在技术实力、生产规模、品牌知名度和认可度方面具有显著优势。按碳化硅衬底销售收入计，2023年前五大市场参与者市场份额总计为68.3%，市场集中度较高，头部企业占据主导地位。

碳化硅衬底制造商排名

按2023年碳化硅衬底销售收入计，天岳先进是全球排名第二的碳化硅衬底制造商，市场份额为14.8%。

5.9 全球碳化硅衬底市场关键成功因素及竞争壁垒

全球碳化硅衬底市场关键成功因素及竞争壁垒包括：

技术知识：碳化硅衬底的制备是一个技术密集型过程，涉及多个技术难点。首先，碳化硅晶体生长必须在超过2,000℃的高温密闭环境中进行，这要求极高的温度控制精度。其次，生长过程中需要精确控制硅碳比、温度梯度、晶体生长速率和气流气压等参数，以避免晶型转变和多型夹杂缺陷。此外，碳化硅衬底的加工难度大。降低微管密度是提升器件性能和可靠性的关键技术方向，而随着衬底尺寸的增大，扩径技术的挑战也随之增加，这需要综合热场设计、结构设计和晶体制备工艺设计等多方面的技术控制。这些技术难点共同构成了碳化硅衬底行业的高技术壁垒。

足够的资源保障（客户、资金、供应商等）：碳化硅衬底行业因其高资源壁垒而对新进入者构成严峻挑战。这些挑战包括对设备的投资，如晶体生长炉和加工机械，以及为了维持技术领先地位和确保产品质量所需的持续研发资金投入。此外，组建专业管理和研发团队的高准入门槛，以及长晶过程中对精确控制多种参数以保证晶体质量和稳定性的技术壁垒，都增加了行业进入的难度。下游客户的验证流程漫长，导致客户对现有供应商达成长期合作，这种高客户粘性使得新进入者难以争夺市场份额。同时，市场竞争的加剧和需求的多样化要求企业必须具备强大的研发能力和生产灵活性，以满足不同客户的需求。这些因素共同构成了碳化硅衬底行业的难以进入的门槛。

成本控制能力：成本控制能力是碳化硅衬底行业的关键竞争壁垒，因为其涉及到技术积累、设备投资、研发投入、生产效率、材料加工难度、市场接受度、规模经济和供应链管理等多个方面。新进入者由于缺乏这些领域的经验和资源，难以迅速实现成本优化。早期进入者通过长期的技术积累、规模化生产和成熟的供应链管理，已经建立了成本优势，使得新进入者在市场竞争中面临更高的成本压力，难以在短期内达到与早期企业相同的成本控制水平。

高质量量产能力：在碳化硅衬底行业，实现高质量量产至关重要。其生产加工难度极高，需要长时间的行业深耕以及深厚的工艺经验积累。一方面，大尺寸衬底量产面临挑战，既要凭借前瞻性战略提前依据不同尺寸产品工艺设计兼容设备，实现快速切换生产，又要紧跟下游需求迭代工艺；另一方面，提升有效长晶厚度难题诸多，既要克服晶体生长过程中厚度及源粉消耗对热场的影响，还需确保大量生产设备产出的一致性。再者，达成低缺陷生产不易，产品相关衡量指标要突破行业既有水平，实现零缺陷交付颇具难度。最后，智能化建设投入大、门槛高，需配备高性能智能设备、专业人员，运用多种系统实现生产质量实时管控与多环节优化，达到高自动化率、高生产效率提升以及高设备综合效率，这对新进入者而言，短期内难以兼顾各个方面从而实现高质量量产。尤其对于车规级碳化硅衬底的量产而言，其需要在诸如低缺陷控制、热场稳定性、智能化生产以及车规级认证等多项技术壁垒上取得突破，同时还需满足极为严苛的可靠性及一致性要求。

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