请务必阅读正文之后的免责条款部分[Table_MainInfo][Table_Title0]2021.12.10碳化硅与新能源景气度共振，第三代半导体加速渗透——第三代半导体行业首次覆盖报告王聪(分析师)舒迪(分析师)郭航(研究助理)021-38676820021-38676666021-38038432wangcong@gtjas.comshudi@gtjas.comguohang024937@gtjas.com证书编号S0880517010002S0880521070002S0880121080011本报告导读：碳化硅因材料特性带来器件的性能优势，直击新能源行业的发展痛点，并将缓解电动车的“里程焦虑”与“充电焦虑”，预计碳化硅功率器件渗透率将快速提升。摘要：[Table_Summary0]首次覆盖，给予“增持”评级。碳化硅因材料特性带来器件的性能优势，直击新能源行业的发展痛点，并将缓解电动车的“里程焦虑”与“充电焦虑”，预计碳化硅功率器件渗透率将快速提升。首次覆盖第三代半导体行业，给予“增持”评级。我们重点推荐碳化硅IDM龙头三安光电（600703.SH），碳化硅导电型衬底企业东尼电子（603595.SH），碳化硅器件制造/设计与模块企业斯达半导（603290.SH）、华润微（688396.SH）、士兰微（600460.SH）与扬杰科技（300373.SZ）。碳化硅材料特性带来器件性能优势，直击新能源行业的发展痛点。碳化硅功率器件的耐高压、耐高温、低损耗、体积小等性能优势可满足新能源行业的发展需求。新能源行业包括电动汽车、光伏、风电、特高压输电、储能等细分领域普遍的发展痛点为开关损耗、导通损耗、热管理、充电速度等，碳化硅功率器件的性能优势直击新能源行业的发展痛点，迎来下游应用需求推动上游供给发展的高速发展阶段。电动车与碳化硅迎景气度共振，碳化硅渗透率加速提升。国内新能源汽车渗透率2021年5月超过10%，并逐月加速提升。据Yole数据，第三代半导体功率器件（含SiC和GaN）2021年市场占比约6%，其中SiC功率器件市场占比约5%。预计至2026年，第三代半导体基功率器件（含SiC和GaN）市场占比达19%，其中SiC功率器件市场占比约14%。碳化硅功率器件渗透率与电动车渗透率迎来共振，电动车为碳化硅功率器件最大下游市场，碳化硅功率器件缓解电动车的“里程焦虑”和“充电焦虑”，二者成长迎来共振。老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技，格局尚未固化国内企业仍具有广阔空间。碳化硅产业链的全球玩家众多，包括老牌硅基功率企业英飞凌、Onsemi、Rohm、ST等，新兴专攻碳化硅领域的企业Cree、SICC、基本半导体、中科汉韵等，以及主车厂/Tier1企业比亚迪、博世、欣锐科技等。碳化硅产业链目前集聚了传统硅基巨头、汽车产业链巨头以及众多新锐玩家，并涌入了大量资金与投入，行业一方面蓬勃发展另一方面也面临较强的市场竞争。而目前，碳化硅基功率器件市占率约5%，行业仍处于发展的早期，相关技术选型、工艺路线、客户绑定以及电动车格局等远未定型，给国内企业以及新锐玩家留下了足够的空间和时间做大做强。风险提示。电动车渗透率提升不及预期；碳化硅良率提升不及预期。[Table_Invest]首次覆盖评级：增持[Table_SubIndustry]细分行业评级半导体增持重点覆盖公司列表[Table_Company]代码公司名称评级600703三安光电增持603595东尼电子增持603290斯达半导增持688396华润微增持600460士兰微增持300373扬杰科技增持[Table_Report]相关报告行业首次覆盖股票研究证券研究报告[Table_industryInfo]电子元器件请务必阅读正文之后的免责条款部分2of26目录1.碳化硅材料特性带来器件性能优势，直击新能源行业的发展痛点.41.1.宽禁带的第三代半导体材料在高压高频应用领域具备极佳性能优势41.2.碳化硅功率器件行业瓶颈集中在衬底与制造工艺环节.............62.电动车与碳化硅迎成长共振，碳化硅缓解电动车“里程焦虑”和“充电焦虑”.................................................................................................82.1.碳化硅与电动车渗透率加速提升，成长共振打开广阔市场空间82.2.应用于电动车的6英寸1200V全SiC模块为未来五年碳化硅功率器件的主要成长驱动力..............................................................122.3.电动车800V电压平台升级，市场需求拉动碳化硅行业发展.153.老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技，格局尚未固化国内企业仍具有广阔空间...................................................................................163.1.海外头部企业占据产业链主要份额，老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技...............................................................................163.2.国内碳化硅发力全产业链布局，挑战海外巨头垄断地位.......204.投资建议及推荐标的..................................................................235.风险提示...................................................................................265.1.电动车渗透率提升不及预期.................................................265.2.碳化硅产业良率提升不及预期..............................................265.3.本土供应链技术突破不及预期..............................................26请务必阅读正文之后的免责条款部分3of26表：本报告覆盖公司估值表[Table_ComData]公司名称产业链环节代码收盘价盈利预测（EPS）PE评级目标价2020A2021E2022E2020A2021E2022E三安光电IDM6007032021.12.0938.060.230.420.64165.4890.6259.47增持51.20东尼电子衬底6035952021.12.0940.510.220.180.42184.14225.0696.45增持50.40斯达半导制造/模块6032902021.12.09416.501.131.982.78368.58210.35149.82增持526.92华润微制造/设计6883962021.12.0972.490.851.681.8985.2843.1538.35增持85.05士兰微制造/设计6004602021.12.0962.850.050.760.871257.0082.7072.24增持78.27扬杰科技制造/设计3003732021.12.0971.650.801.481.7689.5648.4140.71增持88.21请务必阅读正文之后的免责条款部分4of261.碳化硅材料特性带来器件性能优势，直击新能源行业的发展痛点1.1.宽禁带的第三代半导体材料在高压高频应用领域具备极佳性能优势碳化硅半导体材料具有耐高压、耐高温、低损耗等优良性质。相比于传统单晶硅，碳化硅的击穿电压约为硅基材料的10倍（更高的击穿电压有利于器件承受高压）。此外，碳化硅具备热导率是硅材料的2-3倍，使得碳化硅散热更加迅速，有助于提高器件功率密度，在相同电流下，设备尺寸可以做得更小。同时，碳化硅材料具有相比于硅约2倍的饱和电子漂移速率、3倍的禁带宽度，使得碳化硅导通电阻率更低、功率损耗更小。另外，碳化硅器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，可以大幅提高实际应用的开关频率，降低开关损耗。图1：科锐公司碳化硅衬底尺寸逐步扩大数据来源：《宽禁带半导体高频及微波功率器件与电路》，天科合达招股说明书碳化硅功率器件因材料特性具有明显的性能和尺寸优势。相同规格的碳化硅基MOSFET与硅基MOSFET相比，其尺寸可大幅减小至原来的1/10，导通电阻可至少降低至原来的1/100。相同规格的碳化硅基MOSFET较硅基IGBT的总能量损耗可大大降低70%。图2：1000V电压下的碳化硅基MOSFET尺寸远小于碳基MOSFET图3：40kHz开关频率下的碳化硅MOSFET的损耗小于硅基IGBT请务必阅读正文之后的免责条款部分5of26碳化硅功率器件的性能优势直击新能源行业的发展痛点。碳化硅功率器件的耐高压、耐高温、低损耗、体积小等性能优势可满足新能源行业的发展需求。新能源行业包括电动汽车、光伏、风电、特高压输电、储能等细分领域普遍的发展痛点为开关损耗、导通损耗、热管理、充电速度等，碳化硅功率器件的性能优势直击新能源行业的发展痛点，迎来下游应用需求推动上游供给发展的高速发展阶段。图4：化合物半导体在高频与高压领域具有明显应用优势数据来源：Yole，国泰君安证券研究碳化硅产品价格具备大幅下降空间，渗透率预计随着产能释放以及价格下降而大幅提升。据CASA数据，在2018年到2020年，650V的SiCMOSFET与SiIGBT产品价格比从超过10:1下降至约4:1。价格比下降一方面由于SiC衬底价格大幅下降导致器件价格下降，另一方面由于SiIGBT产能紧张代工费上涨导致Si基器件价格上升。目前，SiC逆变器模块是硅基逆变器价格的2-3倍，而应用碳化硅逆变器模块后，电动车系统成本更低，可节省电池成本与热管理成本等。整体而言，碳化硅产品随着良率提升以及规模效应，成本仍具备大幅下降的空间，渗透率将随着产能释放以及价格下降而大幅提升。数据来源：科锐，天岳先进招股说明书，国泰君安证券研究数据来源：应用材料，天岳先进招股说明书，国泰君安证券研究请务必阅读正文之后的免责条款部分6of26图5：650VSiCMOSFET和SiIGBT价格比较（元/A）数据来源：CASAResearch，国泰君安证券研究1.2.碳化硅功率器件行业瓶颈集中在衬底与制造工艺环节碳化硅功率器件产业链分布与硅基产业链类似，其主要瓶颈集中在衬底和器件环节。碳化硅产业链主要分为衬底、外延、晶圆制造、芯片设计、模组封装、系统应用等环节，产业链分布与硅基功率器件产业链类似，部分企业向多个环节进行垂直整合（IDM）。目前，产业链瓶颈主要集中在衬底与制造工艺环节。衬底良率不足、供应不足导致衬底价格高，成本占比高，影响行业供应链扩张以及渗透率提升。制造工艺在SiCMOSFET产品上仍存在一定良率问题以及器件可靠性问题，主要由于SiC器件于产线打磨时间较短，许多实况的可靠性问题仍未充分暴露。图6：碳化硅产业链分布与硅基产业链类似数据来源：Yole，国泰君安证券研究碳化硅二极管工艺相对简单，技术相对成熟；碳化硅MOSFET工艺难度较高，由头部厂商率先推出。碳化硅功率器件从结构上分为二极管和晶体管，模块分为混合SiC模块和全SiC模块。其中，碳化硅二极管工艺相对简单，国内外技术均较为成熟，但并未直击新能源行业的需求领域，应用范围有限。碳化硅MOSFET工艺难度较高，目前商业应用主要由海外龙头厂商推广，而综合考虑技术、成本与效应，碳化硅模块部分厂商采用SiC二极管+SiIGBT的混合模块方式，部分厂商推出全SiC模块。0123452018年中2018年底2019年中2019年底2020年中2020年底SiCMOSFET650VSiIGBT650V请务必阅读正文之后的免责条款部分7of26图7：碳化硅功率产品的主要种类包括二极管、晶体管、混合SiC模块、全SiC模块数据来源：Yole，国泰君安证券研究导电型碳化硅衬底主要应用于功率器件领域，成长空间广阔。碳化硅衬底主要分为导电型和半绝缘型衬底。导电型碳化硅衬底生长SiC外延，制造功率器件后应用于新能源汽车、电力系统等领域。半绝缘型碳化硅衬底生长GaN外延，制造微波射频器件后应用于5G通讯等领域。图8：碳化硅衬底主要分为导电型和半绝缘型数据来源：天科合达招股说明书碳化硅衬底长晶温度高，PVT方法长晶速度慢，是产业链的主要瓶颈之一。碳化硅衬底的制备技术主要方法为以高纯碳粉、高纯硅粉为原料合成碳化硅粉，在特殊温场下，采用成熟的物理气相传输法（PVT法）生长不同尺寸的碳化硅晶锭，经过晶锭加工、晶棒切割、切割片研磨、研磨片抛光、抛光片清洗工序后，最终产出碳化硅衬底。其衬底的扩径技术需要综合考虑热场设计、扩径结构设计、晶体制备工艺设计等多方面的技术控制要素，最终实现晶体迭代扩径生长，从而获得直径达标的高质量籽晶，继而实现后续大尺寸籽晶的连续生长。请务必阅读正文之后的免责条款部分8of26图9：碳化硅生产工艺流程图数据来源：天岳先进招股说明书，国泰君安证券研究目前主流导电型碳化硅衬底尺寸为6英寸，并朝8英寸演进。科锐公司作为行业龙头，是目前行业内极少数能够量产8英寸衬底材料的公司。衬底直径是衡量晶体制备水平的重要指标之一，相同的晶体制备时间内衬底面积的倍数提升带来衬底成本的大幅降低，与此同时，单片衬底上制备的芯片数量随着衬底尺寸增大而增多，单位芯片的成本也即随之降低。图10：科锐公司碳化硅衬底尺寸逐步扩大数据来源：科锐，天岳先进招股说明书，国泰君安证券研究2.电动车与碳化硅迎成长共振，碳化硅缓解电动车“里程焦虑”和“充电焦虑”2.1.碳化硅与电动车渗透率加速提升，成长共振打开广阔市场空间2021年全球新能源车出货量快速增长。2021年上半年，全球新能源车出货量超过250万辆，预计全年增速将超过50%。从出货结构看，纯电动和插混动力占据全球约99%份额，氢燃料电池汽车占比约为1%。请务必阅读正文之后的免责条款部分9of26图11：全球新能源汽车出货量增速快图12：新能源汽车出货结构，纯电动超60%数据来源：GGII，Ev-sales，前瞻产业研究院，国泰君安证券研究数据来源：乘联会，前瞻产业研究院，国泰君安证券研究中国是新能源汽车最大市场之一。2020年，中国占据全球新能源汽车出货41.27%，欧洲这一份额为43.06%，二者是全球最大的新能源汽车市场。中商情报网报道，2021年1-9月，国内新能源汽车销量达到215.7万辆，预计全年销量有望达到260万辆，预计全年销量增速有望超过90%。从销售结构来看，国内纯电动车占据新能源汽车销量比重为81.6%，混合动力车占比为18.60%，氢燃料电池汽车占比仅为0.07%。图13：中国和欧洲是全球最主要市场图14：中国2021年新能源汽车出货增速预计超过90%数据来源：Ev-sales，前瞻产业研究院，国泰君安证券研究数据来源：中商情报网，国泰君安证券研究逆变器、OBC、DC/DC为碳化硅在电动车的主要应用领域。电动车对功率器件的需求增量主要体现在车载充电系统（OBC）、电池管理（BMS）、高压负载、高压转低压DCDC、主驱动等，用量相比于传统燃油车显著提升，将成为电动车核心元件之一。其中，逆变器、OBC、DC/DC为碳化硅在电动车的主要应用领域。0%20%40%60%80%050100150200250300350全球新能源汽车销量（万辆）YoY68%32%1%纯电动插混动力氢43.06%41.27%10.12%0.96%4.60%欧洲中国美国日本其他050100150200250中国新能源汽车销量（万辆）请务必阅读正文之后的免责条款部分10of26图15：保时捷800V电压平台各模块使用大量功率器件图16：逆变器、OBC、DC/DC为碳化硅在电动车的主要应用领域数据来源：保时捷Taycan，朱玉龙数据来源：保时捷Taycan，朱玉龙电动车与碳化硅渗透率加速共振，打开广阔成长空间。国内新能源汽车渗透率2021年5月超过10%，并逐月加速提升。据Yole数据，第三代半导体基功率器件（含SiC和GaN）2021年市场占比约6%，其中SiC基功率器件市场占比约5%。预计至2026年，第三代半导体基功率器件（含SiC和GaN）市场占比达19%，其中SiC基功率器件市场占比约14%。碳化硅功率器件渗透率与电动车渗透率迎来共振，电动车为碳化硅功率器件最大下游市场，碳化硅功率器件缓解电动车的“里程焦虑”和“充电焦虑”，二者成长迎来共振。图17：国内新能源车渗透率加速提升图18：第三代半导体材料在功率器件领域渗透率快速提升数据来源：中汽协，乘联会，国泰君安证券研究数据来源：Yole，国泰君安证券研究碳化硅功率器件市场规模预计2026年将达45亿美金。据Yole数据，SiC功率器件2021年市场规模约8.5亿美元，预计至2026年增长至44.8亿美元，CAGR约39.5%。SiC器件的快速增长主要得益于电动车、光伏、储能等领域对高压平台以及损耗要求逐渐提升，SiC功率器件一方面受益于功率行业快速成长，另一方面受益于渗透率快速提升。0%2%4%6%8%10%12%14%16%18%20%Jan-18Apr-18Jul-18Oct-18Jan-19Apr-19Jul-19Oct-19Jan-20Apr-20Jul-20Oct-20Jan-21Apr-21Jul-21Oct-21国内新能源车渗透率（%）0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2020202120222023202420252026SiCGaNSibased请务必阅读正文之后的免责条款部分11of26图19：碳化硅功率器件市场规模将达45亿美金数据来源：Yole，国泰君安证券研究外销SiC功率外延片市场规模预计2026年将超5亿美金。外延环节处于衬底与器件之间，部分衬底厂向下游延伸，另外部分器件厂商具备一定外延能力。因而，外延片分为外销和自用两种类型。据Yole数据，外销SiC功率外延片市场规模约1.4亿美元，预计2026年增长至5.2亿美元，CAGR约30.0%。外延片增速低于器件市场，主要由于器件良率仍存在较大提升空间。图20：外销SiC功率外延片市场规模将超5亿美金数据来源：Yole，国泰君安证券研究碳化硅衬底市场规模预计2026年将超5亿美金，单片衬底价格有望逐年下降。据Yole数据，碳化硅衬底2021年市场规模约3.1亿美元，预计2026年增长至6.4亿美元，CAGR约15.4%。衬底增速明显低于器件与外延环节，主要由于随着衬底良率提升以及尺寸增大，平均价格有望大幅下降。6英寸导电型碳化硅衬底平均价格年降幅度预计约为8.5%。0%10%20%30%40%50%60%051015202530354045502018201920202021E2022E2023E2024E2025E2026ESiC功率器件市场规模（亿美元）YoY（%）-10%0%10%20%30%40%50%60%01234562018201920202021E2022E2023E2024E2025E2026E外销SiC功率外延片市场规模（亿美元）YoY（%）请务必阅读正文之后的免责条款部分12of26图21：碳化硅功率衬底市场规模将超6亿美金数据来源：Yole，国泰君安证券研究据测算，国内新能源汽车SiC功率器件市场规模预计2026年达百亿元。假设国内汽车出货量平均每年2500万辆，采用Si-MOSFET逆变器车型2020-2026出货量预估为20/28/32/35/40/42/44万辆，SiCMOSFET逆变器车型在2020-2026年出货量占比分别为15.0%/11.4%/12.4%/15.4%/18.4%/20.4%/22.4%，单车碳化硅功率器件价值量约为3000元/辆。根据测算，预计2026年国内新能源车SiC功率器件市场规模为98.4亿元，CAGR约为60.7%。国内市场由于新能源车以及碳化硅双重成长共振，碳化硅市场预计迎来爆发式增长。表1:国内新能源汽车SiC功率器件市场规模测算20202021E2022E2023E2024E2025E2026E国内新能源汽车出货量（万辆）136.7268446715.4942.61208.21464.3YoY（%）96%66%60%32%28%21%其中：MOS车型出货（万辆）：20283235404244占比（%）：14.60%10.40%7.20%4.90%4.20%3.50%3.00%IGBT车型出货（万辆）：96.2209.4358.7570.2729.2919.71092.3占比（%）：70.40%78.20%80.40%79.70%77.40%76.10%74.60%SiC车型出货（万辆）：20.530.655.3110.2173.4246.5328占比（%）：15%11%12%15%18%20%22%SiC单车价值量（元/辆）3000300030003000300030003000国内新能源汽车SiC功率器件市场规模（亿元）：6.159.1816.5933.0652.0273.9598.4YoY（%）49.27%80.72%99.28%57.35%42.16%33.06%数据来源：Yole，NE研究院，亿欧智库，佐思汽研，中国汽车工业协会，国泰君安证券研究注：在本测算中新能源车包括的车型为HEV/PHEV/BEV。2.2.应用于电动车的6英寸1200V全SiC模块为未来五年碳化硅功率器件的主要成长驱动力-5%0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%012345672018201920202021E2022E2023E2024E2025E2026ESiC功率衬底市场规模（亿美元）YoY（%）请务必阅读正文之后的免责条款部分13of26电动车为碳化硅功率器件最佳落地场景，“里程焦虑”和“充电焦虑”助推碳化硅上车应用。目前，碳化硅功率模块价格是硅基IGBT模块价格的2-3倍，因价格劣势以及量产能力短板阻缓了碳化硅功率模块的大规模应用。而电动车因其适用场景的特殊性，“里程焦虑”和“充电焦虑”仍是两大痛点，碳化硅模块一方面可以降低损耗提升续航缓解“里程焦虑”，另一方面可以加快充电速度缓解“充电焦虑”。碳化硅因其明显的性能优势，高端电动车用户对其初期的投入成本不敏感，有望成为碳化硅功率器件落地使用的最佳场景。电动车约占碳化硅市场的60%，占比持续提升。据Yole数据，2021年碳化硅下游市场中，电动车、能源、工业、通讯领域占比分别为59%、17%、13%、8%，为碳化硅下游应用的主要市场。预计至2026年，电动车市场占比将提升至63%，仍为第一大下游应用领域。全碳化硅模块主要应用于电动车主驱，其高壁垒高价值量为头部碳化硅器件厂商主战场。SiC二极管、晶体管等单管价格仍远高于硅基器件，在光伏、能源、工业的领域的替代主要从高要求的小部分市场开始，其渗透率的快速提升较为依赖于碳化硅器件的价格下降。全碳化硅模块主要应用于电动车主驱，对可靠性要求极高，其高壁垒和高价值量为头部企业的主要目标市场。据Yole数据全碳化硅模块占比约为70%，占碳化硅应用市场的主要份额。图22：2021年碳化硅功率器件下游应用以电动汽车为主图23：预计2026年碳化硅功率器件在电动汽车应用占比持续提升数据来源：Yole，国泰君安证券研究数据来源：Yole，国泰君安证券研究59%17%1%13%1%8%2%AutomotiveEnergyTransportationIndustrialConsumerTelecom&InfrastructureOthers63%11%5%15%0%3%1%AutomotiveEnergyTransportationIndustrialConsumerTelecom&InfrastructureOthers请务必阅读正文之后的免责条款部分14of261200V碳化硅功率产品为主要增量产品。目前，600V产品份额高达61%，主要由于Tesla大量使用600V碳化硅产品，并在电动车上大量使用，占据了主要市场份额。而随着比亚迪汉、现代Ioniq5等电动车推出使用1200V碳化硅产品，以及后续800V电压平台推广，预计1200V碳化硅产品将占据主要的增量市场。此外，通讯、光伏、工业等领域也将以1200V碳化硅产品为主。据Yole数据，预计2026年1200V碳化硅产品占比将达49%。1700V碳化硅产品主要目标市场在工业、轨交、能源等领域，预计份额仍较小。6英寸导电型为主流应用尺寸，8英寸将逐步渗透。目前，碳化硅行业主要瓶颈集中在衬底和制造工艺，功率器件仍以6英寸导电型衬底为主流应用。据Yole数据，2021年6英寸占比约70%，4英寸约30%；预计至2026年，6英寸占比提升至81%，4英寸下降至5%，8英寸提升至14%。6英寸在未来较长时间占据主流应用，并逐步向8英寸突破。图24：2021年碳化硅功率器件中全碳化硅模块占主要份额图25：预计2026年碳化硅功率器件中全碳化硅模块份额持续提升数据来源：Yole，国泰君安证券研究数据来源：Yole，国泰君安证券研究图26：2021年碳化硅功率器件中600V产品占比较高图27：预计2026年碳化硅功率器件中1200V产品占主要份额数据来源：Yole，国泰君安证券研究数据来源：Yole，国泰君安证券研究12%8%13%67%SiCDiscreteDiodesSiCDiodesinHybridModulesSiCDiscreteTransistorsFullSiCModules12%6%13%70%SiCDiscreteDiodesSiCDiodesinHybridModulesSiCDiscreteTransistorsFullSiCModules61%24%13%1%600V1200V1700VOthers(900V,>1700V)34%49%13%4%600V1200V1700VOthers(900V,>1700V)请务必阅读正文之后的免责条款部分15of262.3.电动车800V电压平台升级，市场需求拉动碳化硅行业发展多款车型升级800V高压平台，国产碳化硅功率芯片供应链有望以OBC和DCDC产品上车推广。保时捷、小鹏、广汽埃安、极氪、理想、极狐等多款电动车布局快充技术。小鹏汽车推出中国首个量产800V高压SiC平台，预计可实现“充电5分钟，续航200公里”，并在充电桩端推广480kW高压超充桩。国产碳化硅功率芯片供应链有望在电动车OBC和DCDC端先上车使用，并逐步切入安全要求最高的主驱逆变器领域。图30：小鹏推出中国首个量产800V高压SiC平台数据来源：小鹏图28：2021年碳化硅功率衬底中6英寸占比较高图29：预计2026年碳化硅功率衬底中8英寸份额持续提升数据来源：Yole，国泰君安证券研究数据来源：Yole，国泰君安证券研究30%70%1%4inch6inch8inch5%81%14%4inch6inch8inch请务必阅读正文之后的免责条款部分16of26碳化硅功率器件在800V电压平台将大量推广应用，国产供应链迎来导入窗口期。800V高电压平台可明显提升充电速度，缓解“充电焦虑”，随着国内主车厂陆续布局推广，碳化硅国产供应链迎来绝佳导入窗口期。因主车厂迫切以及旺盛的推广需求，国内碳化硅行业可能由下游市场需求推动上游供给端快速发展。图31：800V电压平台有望缓解充电焦虑数据来源：eMove360，国泰君安证券研究图32：800V超级快充10min将可充电至约80%数据来源：岚图，国泰君安证券研究3.老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技，格局尚未固化国内企业仍具有广阔空间3.1.海外头部企业占据产业链主要份额，老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技请务必阅读正文之后的免责条款部分17of26全球碳化硅产业链参与者众多，老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技。碳化硅产业链各环节与硅基产业链类似，主要包括衬底（对应硅片）、外延、工艺制造、设计、模组封装、系统应用等，部分企业进行垂直整合（IDM模式）。碳化硅产业链的全球玩家众多，包括老牌硅基功率企业英飞凌、Onsemi、Rohm、ST等，新兴专攻碳化硅领域的企业Cree、SICC、基本半导体、中科汉韵等，以及主车厂/Tier1企业比亚迪、博世、欣锐科技等。碳化硅产业链目前集聚了传统硅基巨头、汽车产业链巨头以及大量的新锐玩家，并涌入了大量资金与投入，行业一方面蓬勃发展另一方面也面临较强的市场竞争。而目前，碳化硅基功率器件市占率约5%，行业仍处于发展的早期，相关技术选型、工艺路线、客户绑定以及电动车格局等远未定型，给国内企业以及新锐玩家留下了足够的空间和时间做大做强。图33：全球碳化硅产业链参与者众多，老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技数据来源：Yole主车厂碳化硅主驱、800V高电压OBC、DCDC等方案百花齐鸣，先发优势与可靠性验证需综合考量。自2018年特斯拉与ST合作在Model3上推出SiC方案后，新能源车厂陆续推出SiC方案的电动车。800V高电压平台、超级快充、碳化硅方案或将成为电动车厂打造品牌壁垒与差异化的核心策略之一，在市场格局尚未定型情况下，先推出的车厂将获得明显的先发优势以抢占市场份额。碳化硅方案的改型，尤其是主驱逆变器的改型对安全驾驶的影响极大，因而碳化硅方案的上车需长时间的可靠性验证。长时间的可靠性验证进一步加强了先发优势，预计碳化硅方案仍将是主车厂/Tier1争相竞逐的舞台。请务必阅读正文之后的免责条款部分18of26图34：主车厂陆续推出碳化硅方案数据来源：Yole，国泰君安证券研究图35：碳化硅在OBC上推广加速数据来源：Yole，国泰君安证券研究产业链上下游协同加强，碳化硅器件厂商与主车厂仍是主要推动者。因导电型衬底良率仍较低且供应能力不富裕，主车厂、器件厂商与上游衬底厂商陆续签订长期合作协议，形成一定的产业集群与壁垒。表2:国外企业产业链合作情况企业产业合作情况Cree1.与大众汽车合作，成为FAST项目SiC独家合作伙伴；2.与德尔福合作，开展汽车SiC器件研究；3.与ABB合作，推动SiC器件进入电力、机车牵引、新能源汽车领域；4.与宇通合作，推动SiC在大巴车的应用。ROHM1.与联合汽车电子合作，进入中国新能源汽车供应链；并与联合汽车电子共同成立“SiC技术联合实验室2.与大陆集团旗下Vitesco合作，共同开发SiC在电动汽车中的应用技术；3.与臻驱科技合作建立“SiC技术联合实验室”，开发SiC车载应用。II-VI1.2020年，计划建立6英寸SiC垂直集成平台：与通用电气合作，获得SiC器件和模块制造技术；请务必阅读正文之后的免责条款部分19of262.收购AscatronAB和INNOViONCorporation。ST1.与Cree签订5亿美元合同，与SiCrystal签订1.2亿美元合同；2.与德国Innolectric公司合作，推出22kWSiC车载充电器；3.与汇川技术合作，推动SiC在DC-DC转换器和中高压系统的应用；4.为雷诺（Renault）、日产汽车、三菱汽车联盟Alliance）旗下的电动汽车搭载的OBC提供SiC器件，2021年批量生产。Infineon1.与Cree签订1亿美元合同，锁定6英寸SiC晶圆；与GTAT签订5年期SiC晶棒供应协议；2.收购赛普拉斯，成为全球第一大车用半导体供应商；3.与大众汽车集团合作，成为FAST项目合作伙伴。数据来源：CASAResearch，国泰君安证券研究海外巨头市场份额高度集中，车轨可靠性认证为最大壁垒之一。据Yole数据，2020年碳化硅功率器件市场中，ST、Cree、ROHM、Infineon、Onsemi市占率分别为40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%，CR5超过90%。车轨级器件的可靠性认证给海外头部厂商提供了很高的进入壁垒。而传统硅基功率器件巨头Infineon和Onsemi因进入SiC行业较晚，未取得先发优势。ST因与Tesla合作而取得最大市场份额。图36：全球碳化硅功率器件市场海外巨头占据主要份额数据来源：Yole，国泰君安证券研究碳化硅功率外延片市场由Cree和ShowaDenko双寡头垄断。据Yole数据，2020年碳化硅导电型外延片市场中Cree和ShowaDenko市占率分别为51.4%和43.1%，两家合计占比高达94.5%。外延市场处于产业链中间环节，通常器件厂商具备一定外延能力，因而市场规模以及玩家数量相对较小。40.5%14.9%14.4%13.3%7.7%3.6%5.6%STMicroelectronicsCreeROHMInfineonOnSemiconductorMitsubishiElectricOthers请务必阅读正文之后的免责条款部分20of26图37：全球碳化硅导电型外延片市场由Cree和ShowaDenko双寡头垄断数据来源：Yole，国泰君安证券研究导电型碳化硅衬底市场Cree一家独大。导电型衬底产业主要瓶颈受制于良率与长晶速度，因PVT方法长晶速度过慢且良率低，导致碳化硅衬底价格远高于硅片价格，碳化硅衬底成本占比约40-45%。Cree因布局较早，良率与产能规模全球领先，并规划量产8英寸衬底，其在衬底环节具有极强领先优势。据Yole数据，2020年Cree在导电型碳化硅衬底市场份额约60%。图38：全球碳化硅导电型衬底市场Cree一家独大数据来源：Yole，国泰君安证券研究3.2.国内碳化硅发力全产业链布局，挑战海外巨头垄断地位国内碳化硅各环节全产业链布局，挑战海外巨头垄断地位。衬底环节厂商包括天科合达、SICC、同光晶体、东尼电子等，外延厂商包括瀚天天成、东莞天域等，设计厂商包括上海瞻芯、上海瀚薪等，IDM厂商包括51.4%43.1%5.4%CreeShowaDenkoOthers60.3%10.9%28.8%CreeIIVIOthers请务必阅读正文之后的免责条款部分21of26泰科天润、中科汉韵、三安集成、华润微等。国内供应链在各个环节均有布局，而碳化硅仍在快速增长阶段，格局尚未固化，国内企业有望依托庞大内需市场调整海外巨头垄断地位。图39：国内碳化硅为全产业链布局，与海外龙头仍有一定差距数据来源：Yole，国泰君安证券研究国内供需仍存缺口，有效产能不足。我国2020年碳化硅导电型衬底产能约40万片/年（约当4英寸）、外延片折合6英寸22万片/年、器件26万片/年；半绝缘型衬底折算4英寸产能近18万片/年。根据芯谋研究的报道，受限于良率及技术影响，目前国内实际项目投产较为有限，实际产能开出率较低。随着新能源汽车、5G等下游应用市场的快速起量，国内现有产品供给无法满足需求，目前第三代半导体主要环节国产化率仍然较低，超过80%的产品要靠进口。表3:2020年我国第三代半导体产能统计应用方向产业环节2019年产能（万片/年）2020年产能（万片/年）同比SiC电力电子SiC导电型衬底（折合4英寸）1640150%SiC-on-SiC外延（折合6英寸）202210%SiC-on-SiC器件/模块（折合6英寸）162663%GaN电力电子GaN-on-Si外延（折合6英寸）202840%GaN-on-Si器件/模块（折合6英寸）192216%GaN射频微波SiC半绝缘衬底（折合4英寸）101880%GaN-on-SiC外延（折合4英寸）1020100%GaN-on-SiC器件/模块（折合4英寸）816100%数据来源：CASAResearch，国泰君安证券研究国内衬底厂商虽在产品规格和技术成熟度上有差距，但存在较大追赶可请务必阅读正文之后的免责条款部分22of26能。目前国产SiC衬底已经实现微管密度小于1个/cm2，衬底面积95%可用，位错约在103/cm2；虽然在单晶一致性、成品率方面与国际先进水平仍有差距，但未来可期。图40：国内SiC衬底技术指标进展数据来源：CASAResearch国内厂商积极研发布局碳化硅器件项目。现在已经商业化的SiC产品主要集中在650V-1700V电压等级，主要产品为二极管和晶体管，3000V以上电压及SiCIGBT尚在研发当中。国内厂商如泰科天润已发布3300V/0.6A-50ASiC二极管系列产品；三安集成、基本半导体等公司已实现650V、1200V、1700VSiCMOSFET的小规模量产；功率模块方面，国内上市企业士兰微、斯达半导等公司积极布局，目前比亚迪汉已经成功搭载了自主研发的SiCMOSFET控制模块。国内市场已经初步实现低端产品的国产替代化，高端产品依然依赖进口。表4:上市的功率半导体企业碳化硅布局情况企业布局及经营华润微6英寸的SiC晶圆生产线已经实现量产，并已成功发布1200V/2A至40A、650V/4A至16A的SiC肖特基二极管系列产品；此外，公司亦增资了瀚天天成延伸产业链布局。闻泰科技领投基本半导体斯达半导体量产光伏SiC器件及车规SiC模块；投建全碳化硅功率模组产业化项目，年产8万颗车规级全碳化硅功率模组生产线和研发测试中心。比亚迪在宁波投资建设6英寸SiC晶圆生产线；比亚迪汉成功搭载自主研发SiCMOSFET控制模块。新洁能开展碳化硅宽禁带半导体功率器件研发及产业化项目。数据来源：CASAResearch，国泰君安证券研究国内第三代半导体投资力度高企，力争追赶国际厂商。根据CASAResearch披露，2018年至今，国内厂商始终加强布局第三代半导体产业，请务必阅读正文之后的免责条款部分23of262020年一共有24笔投资扩产项目（2019年17笔），增产投资金额超过694亿元，同比增长161%，其中SiC领域共17笔、投资550亿元，GaN领域共7比、涉及资金144亿元。根据CASA数据，2020年我国电力电子和射频电子总产值超过100亿元，同比增长了69.5%。其中，SiC、GaN两种材料的电力电子产值合计达44.7亿元，同增54%。其中，衬底材料2.2亿元，外延及芯片5亿元，器件及模组约7.2亿元，装置约30亿元。图41：2020年中国第三代半导体投资694亿元图42：2016-2020年我国SiC电力电子产值规模（亿元）数据来源：CASAResearch，国泰君安证券研究数据来源：CASAResearch表5:2020年国内主要碳化硅投资扩产情况（亿元）公司产品投资金额（亿元）天科合达SiC衬底9.5同光晶体SiC衬底15南砂晶圆SiC衬底9江苏超芯星SiC衬底0.8博蓝特SiC衬底、蓝宝石衬底10中科钢研SiC衬底18RoshowSiC衬底100泰科天润SiC器件、模块15华瑞微SiC器件、模块10西安西为电气SiC模块3斯达半导体SiC模块2.3世纪金光SiC衬底、器件、模块2.5三安光电SiC全产业链160安徽微芯长江半导体SiC全产业链13.5数据来源：CASAResearch，国泰君安证券研究4.投资建议及推荐标的我们认为：碳化硅材料特性带来器件性能优势，直击新能源行业的发展痛点。碳化硅功率器件的耐高压、耐高温、低损耗、体积小等性能优势可满足新能源行业的发展需求。新能源行业包括电动汽车、光伏、风电、特高压输电、储能等细分领域普遍的发展痛点为开关损耗、导通损耗、01002003004005006002017年2018年2019年2020年SiCGaN请务必阅读正文之后的免责条款部分24of26热管理、充电速度等，碳化硅功率器件的性能优势直击新能源行业的发展痛点，迎来下游应用需求推动上游供给发展的高速发展阶段。电动车与碳化硅迎景气度共振，碳化硅渗透率加速提升。国内新能源汽车渗透率2021年5月超过10%，并逐月加速提升。据Yole数据，第三代半导体基功率器件（含SiC和GaN）2021年市场占比约6%，其中SiC基功率器件市场占比约5%。预计至2026年，第三代半导体基功率器件（含SiC和GaN）市场占比达19%，其中SiC基功率器件市场占比约14%。碳化硅功率器件渗透率与电动车渗透率迎来共振，电动车为碳化硅功率器件最大下游市场，碳化硅功率器件缓解电动车的“里程焦虑”和“充电焦虑”，二者成长迎来共振。老牌硅基功率企业与新兴玩家同台竞技，格局尚未固化国内企业仍具有广阔空间。碳化硅产业链的全球玩家众多，包括老牌硅基功率企业英飞凌、Onsemi、Rohm、ST等，新兴专攻碳化硅领域的企业Cree、SICC、基本半导体、中科汉韵等，以及主车厂/Tier1企业比亚迪、博世、欣锐科技等。碳化硅产业链目前集聚了传统硅基巨头、汽车产业链巨头以及大量的新锐玩家，并涌入了大量资金与投入，行业一方面蓬勃发展另一方面也面临较强的市场竞争。而目前，碳化硅基功率器件市占率约5%，行业仍处于发展的早期，相关技术选型、工艺路线、客户绑定以及电动车格局等远未定型，给国内企业以及新锐玩家留下了足够的空间和时间做大做强。综合上述行业逻辑，我们重点推荐碳化硅IDM龙头三安光电（600703.SH），碳化硅导电型衬底企业东尼电子（603595.SH），碳化硅器件制造/设计与模块企业斯达半导（603290.SH）、华润微（688396.SH）、士兰微（600460.SH）与扬杰科技（300373.SZ）。表6:重点半导体可比公司盈利预测及估值（股价参考2021年12月9日收盘价）股票简称碳化硅产业链环节收盘价元市值亿元PEEPS2020A2021E2022E2023E2020A2021E2022E2023E三安光电IDM38.061705165.4890.6259.4746.990.230.420.640.81东尼电子衬底40.5194184.14225.0696.4558.710.220.180.420.69斯达半导制造与模块416.50711368.58210.35149.82106.521.131.982.783.91华润微制造、设计72.4995785.2843.1538.3535.020.851.681.892.07士兰微制造、设计62.858901257.0082.7072.2457.140.050.760.871.10扬杰科技制造、设计71.6536789.5648.4140.7133.170.801.481.762.16平均估值358.34116.7176.1756.26资料来源：Wind，国泰君安证券研究。备注：上述公司盈利预测来自国泰君安证券预测值估值方面，本行业报告涉及公司中东尼电子为首次覆盖，其他5家为公司更新报告。对于已经覆盖过的相关上市公司（三安光电、斯达半导、华润微、士兰微、扬杰科技）根据前次报告至今的公司变化进行盈利预测与估值调整，整体估值水平变化不大。其中，三安光电因其子公司三安集成财报超预期，上调EPS，并维持PE估值水平。斯达半导维持盈利预测净利润值，但其定增落地增加股本稀释EPS，PE估值水平因其请务必阅读正文之后的免责条款部分25of26SiC模块上车认证小幅上调，维持目标价格。华润微维持EPS盈利预测，因其推出SiCMOSFET并增资瀚天天成，小幅上调PE估值与目标价格。士兰微维持盈利预测与估值水平。扬杰科技维持盈利预测，因其向市场推出碳化硅模块及650V碳化硅SBD全系列产品，且1200V系列碳化硅SBD及碳化硅MOSFET已取得关键性进展，我们对其估值进行修复性上调，给予2022年50倍PE。东尼电子为首次覆盖，因其布局目前碳化硅产业链的瓶颈环节导电型衬底，且其衬底在核心参数上接近国际先进水平，参考行业平均估值水平，我们给予公司2022年120倍PE。表7:相关公司估值变动与理由股票简称产业链环节预计2022年第三代半导体业务营收占比（%）碳化硅产业布局与进度前次目标价与估值水平本次目标价与估值水平估值变动理由三安光电IDM约20%公司从SiC衬底开始布局至器件生产，产业链深度垂直整合。三安集成围绕射频、光通讯和电力电子布局，至2021H1，公司射频前端用砷化镓产能已达8000片/月，碳化硅MOSFET已送样至核心车厂验证。42.40元（给予2022年80倍PE，对应EPS为0.53元）51.20元（给予2022年80倍PE，对应EPS为0.64元）公司12月9日公布子公司三安集成财务报表，其前三季度净利率达23.7%，去年同期亏损，公司化合物半导体业务实现超预期增长，我们上调公司2022年EPS至0.64元，PE估值水平维持不变。东尼电子衬底约5%公司定增募资4.68亿元用于建设“年产12万片碳化硅半导体材料项目”，其公告称，其募投项目拟生产的碳化硅半导体材料在核心参数上已经接近国际先进水平，可与CREE、II-VI等企业进行竞争。首次覆盖50.40元（给予2022年120倍PE，对应EPS为0.42元）公司布局目前碳化硅产业链的瓶颈环节导电型衬底，且其衬底在核心参数上接近国际先进水平，首次覆盖，我们给予公司2022年120倍PE。斯达半导制造与模块约5%量产光伏SiC器件及车规SiC模块；投建全碳化硅功率模组产业化项目，年产8万颗车规级全碳化硅功率模组生产线和研发测试中心。526.92元（给予2022年178倍PE，对应EPS为2.96元）526.92元（给予2022年190倍PE，对应EPS为2.78元）我们维持对斯达半导2022年的净利润盈利预测，因其11月16日完成定增，稀释2022年EPS。估值方面，斯达半导宣布其SiC模块与小鹏汽车达成合作，进入其800V高压平台，成长空间广阔，上调PE估值6.7%，给予2022年190倍PE。华润微制造、设计约1%6英寸的SiC晶圆生产线已经实现量产，并已成功发布1200V/2A至40A、650V/4A至16A的SiC肖特基二极管系列产品；此外，公司亦增资了瀚天天成延伸产业链布局。81.17元（给予2022年43倍PE，对应EPS为1.89元）85.05元（给予2022年45倍PE，对应EPS为1.89元）我们维持对华润微2022年的盈利预测，因其将于12月推出SiCMOSFET模块并增资上游瀚天天成，上调PE估值4.6%，给予2022年45倍PE。士兰微制造、设计约1%公司持续加强GaN和车用SiC功率模块的研发力度。截至2021H1，公司硅基GaN化合物功率半导体器件的研发在持续推进中，公司SiC功率器件的中78.27元（给予2022年90倍PE，对应EPS为0.87元）78.27元（给予2022年90倍PE，对应EPS为0.87元）因士兰微SiC功率产线仍在爬坡中，我们维持对士兰微2022年的盈利预测与估值水平。请务必阅读正文之后的免责条款部分26of26试线已在二季度实现通线。扬杰科技制造、设计约1%公司加强碳化硅功率器件等产品的研发力度，现已成功开发并向市场推出碳化硅模块及650V碳化硅SBD全系列产品，目前1200V系列碳化硅SBD及碳化硅MOSFET已取得关键性进展。63.52元（给予2022年36倍PE，对应EPS为1.76元）88.21元（给予2022年50倍PE，对应EPS为1.76元）我们维持对扬杰科技2022年的盈利预测，因其向市场推出碳化硅模块及650V碳化硅SBD全系列产品，且1200V系列碳化硅SBD及碳化硅MOSFET已取得关键性进展，我们对其估值进行修复性上调，给予2022年50倍PE。资料来源：Wind，国泰君安证券研究5.风险提示5.1.电动车渗透率提升不及预期碳化硅功率器件的渗透率与电动车渗透率具有一定协同性，如若电动车渗透率不及预期，将减缓碳化硅功率器件上车进度，对碳化硅功率器件的渗透率带来负面影响。5.2.碳化硅产业良率提升不及预期目前碳化硅因衬底与器件良率较低，加上长晶速度慢，导致器件成本高，影响行业推广成长。如若碳化硅产业的整体良率提升不及预期，将导致器件成本难以下降，影响行业快速渗透应用。5.3.本土供应链技术突破不及预期目前全球碳化硅供应链各个环节均有海外龙头垄断，国内参与者众多，但技术水平与规模仍与海外龙头有一定差距。如若本土供应链技术突破不及预期，将导致国内企业成长受阻，可能导致业绩不及预期。