1、碳化硅器件优势明显，是下一代功率半导体发展方向
回顾功率半导体的发展历史，技术进步不断诞生新型的功率器件。1957年美国通用电气研制出世界上第一只晶闸管，开启了功率半导体产业发展的序幕。六十到七十年代是晶闸管统治功率器件的全盛时代;八十年代晶闸管与MOSFET共同主导了功率器件市场;到九十年代，晶闸管逐步让位于MOSFET及IGBT，中小功率应用MOSFET开始主导市场，IGBT则统治了中大功率应用。
图：功率半导体器件形态更新换代历史
碳化硅和氮化稼是下一代功率半导体的核心技术方向。碳化硅器件的效率、功率密度等性能远远高于当前市场主流产品。受制于成本因素，碳化硅功率器件市场渗透率不到1%。我们判断技术进步将推动碳化硅成本快速下降，中长期看碳化硅器件将会是功率半导体的市场主流产品。
碳化硅相对硅器件的优势
相比硅基器件，碳化硅器件具备高耐压、低损耗、高效率的特点，是理想的功率管理元件。
工作频率高:硅基IGBT一般工作在20Khz的频率，而碳化硅基MOSFET在1 OOKhz频率下依然能够保持高效率的运转。
耐受温度高:碳化硅基器件能够耐受更高的工作温度，硅基IGBT最多在150-200度工作，而碳化硅基MOSFET在200-250度依然能够正常工作。
效率高:碳化硅器件的开关损耗及导通损耗大幅降低。一般开关损耗是硅器件的15-30%，大幅提升能源的利用效率。
总结起来，碳化硅最核心的优势有两方面，一是开关损耗小、导通损耗小，因而能源利用效率远远高于硅器件，损耗仅仅为同等硅器件的15 %30 0/g二是模块尺寸小。由于碳化硅芯片能工作在更高的频率，与之配套的外围电容电感尺寸大幅缩小，碳化硅模块的尺寸往往仅仅为硅器件模块的1 /5。
参考观研天下发布《2017-2022年中国纳米二氧化硅市场运营态势及投资前景评估报告》
图：硅及第三代半导体材料关键电子参数对比
目前碳化硅器件主要用于600伏及以上的应用领域，特别是一些对能量效率和空间尺寸要求较高的应用，如电动汽车充电装置、电动汽车动力总成、光伏微型逆变器领域等应用。
图：碳化硅产品化的里程碑事件
图：各种功率半导体器件的工作频率及工作电压
图：碳化硅功率器件年产值
2、碳化硅重在中大功率，氮化稼重在中小功率
碳化硅、氮化稼在应用领域上略有区分，碳化硅的优势应用领域集中在中大功率应用，而氮化稼集中在中小功率应用。
图：碳化硅与氮化稼应用领域的区分
3、碳化硅成本不断下降，渗透率将持续提升
2012年碳化硅二极管的成本是硅基肖特基二极管的5-7倍，碳化硅MOSFE丁是硅基MOSFE丁成本的10-15倍。经过3年时间，碳化硅二极管的价格下降了35%，碳化硅MOSFE丁的价格下降了50%。我们认为碳化硅成本将持续下降，驱动成本下降的主要有以下几个因素。
(1) 4寸线向6寸线迁移的过程降低20-40%成本。
(2) 碳化硅外延片技术在持续进步，颗粒污染等缺陷率在持续下降，推动芯片良率大幅上升。
(3) 随着规模的扩大和经验的积累，碳化硅芯片制程工艺日益成熟，制造的良率在持续提升。
目前碳化硅、氮化稼产品的成本相对较高，应用领域受限于一些性能要求高的领域。整体来看，碳化硅器件的良率和硅工艺有着明显的差距。
图：碳化硅器件单价持续下降
4、汽车应用将推动碳化硅快速上升
汽车应用领域，碳化硅器件替代硅器件是确定的发展趋势。碳化硅功率器件的应用领域在持续的拓展。早期碳化硅主要应用于功率校正电路(power factor correction电路)，目前量产应用领域已经拓展至光伏逆变器、汽车车载充电机(onboard charger )。预计2019-2020年，电动车动力系统将导入碳化硅功率器件，进一步拓宽量产应用领域。目前Tier-1汽车供应链企业都在尝试导入碳化硅，积极开展碳化硅功率器件的测试工作。丰田在2015年2月启动了碳化硅功率器件的实车测试工作，路测原型车在PCU的升压转换器和电机控制逆变器搭载了碳化硅功率器件。据产业链调研信息，比亚迪已经在电动车车载充电机(charger on board)导入碳化硅功率器件。
图：配置碳化硅器件的丰田路测车辆
碳化硅功率系统的BOM成本仅仅比硅基功率系统高60%。我们认为随着碳化硅成本的进一步降低，大规模替代硅基功率器件势在必行。当碳化硅/氮化稼工作在更高的开关频率，所需要的配套外围电子元件、冷却系统成本大幅降低。虽然论单个器件成本，碳化硅/氮化稼是硅基器件的5倍以上。但是论系统整体成本，碳化硅/氮化稼的与硅基器件的成本差距已经非常小。根据Yole数据，单个60kw碳化硅功率模块的BOM成本在732美金，而响应的硅基IG日丁功率模块的日OM成本约为458美金，碳化硅功率系统仅仅比硅基功率系统成本高出60%。
图：混合动力汽车的逆变器(含功率半导体)成本分拆
5、国内产业链初具雏形
碳化硅产业链可分为三个产业环节，一是上游衬底，二是中游外延片，三是下游器件制造。国外供应链体系主要有:衬底:Cree, Rohm, EPISIL
EPI外延片:Cree, Rohm、英飞凌、GE、三菱
器件:英飞凌、Cree, Rohm、意法半导体、美高森美、GenSiC、三菱
碳化硅器件方面，国际上碳化硅S日D,碳化硅MOSFE丁均已实现量产，产品耐压范围600v-1700v，单芯片电流超过50A。
图：国际碳化硅产业链主要公司
衬底材料:山东天岳、天科合达、河北同光晶体、北京世纪金光
EPI硅片:东莞天域半导体、厦门瀚天天成
器件:泰科天润、瀚薪、扬杰科技、中电55所、中电13所、科能芯、中车时代电气
模组:嘉兴斯达、河南森源、常州武进科华、中车时代电气
目前碳化硅市场处于起步阶段，国内厂商与海外传统巨头之间差距较小，国内企业有望在本土市场应用中实现弯道超车。国内企业已经在碳化硅S日D形成销售收入，碳化硅MOSFE丁的产业化尚在原型器件研制阶段。另外国内已经开发出1700V/1200A的混合模块(硅IG日丁与碳化硅S日D混合使用)、4500V/50A等大容量全SiC功率模块。
图：国内碳化硅产业链
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