（1）碳化硅衬底的尺寸演进：碳化硅衬底的尺寸（按直径计算）主要有2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4英寸（100mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）等规格。碳化硅衬底正在不断向大尺寸的方向发展，目前行业内公司主要量产产品尺寸集中在4英寸及6英寸。在最新技术研发储备上，以行业领先者科锐公司的研发进程为例，科锐公司已成功研发8英寸产品。

科锐公司碳化硅衬底尺寸演进分析

为提高生产效率并降低成本，大尺寸是碳化硅衬底制备技术的重要发展方向。衬底尺寸越大，单位衬底可制造的芯片数量越多，单位芯片成本越低。衬底的尺寸越大，边缘的浪费就越小，有利于进一步降低芯片的成本。在半绝缘型碳化硅市场，目前主流的衬底产品规格为4英寸。在导电型碳化硅市场，目前主流的衬底产品规格为6英寸。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年碳化硅衬底行业全景深度分析及投资战略可行性评估预测报告》

（2）碳化硅衬底市场规模和发展态势：

根据中金企信统计数据，用于氮化镓外延的半绝缘型碳化硅衬底市场规模取得较快增长，全球市场规模由2019年的1.54亿美元增长至2020年1.82亿美元，增幅达17.88%。得益于5G基站建设和雷达下游市场的大量需求，至2023年，半绝缘型碳化硅衬底市场将保持快速增长。

根据中金企信统计数据，导电型碳化硅衬底市场规模取得较快增长，2018年至2020年，全球导电型碳化硅衬底市场规模从1.73亿美元增长至2.76亿美元，复合增长率为26.36%。受益于碳化硅功率器件在电动汽车等下游应用的增长，导电型碳化硅衬底市场未来将快速发展。

相对硅片全球市场规模已达上百亿美元，碳化硅衬底的全球市场销售额仍较小，主要系碳化硅行业供给侧成本仍较高，制约了目前的市场购买力和需求的释放。未来，随着碳化硅衬底和器件制造行业的持续发展，制造成本有望持续下降，碳化硅器件和系统有望显示出竞争力并在下游行业得到广泛应用并快速发展，从而带动整体需求和市场规模的快速发展。

（3）碳化硅半导体行业的战略意义：碳化硅衬底是新近发展的宽禁带半导体的核心材料，以其制作的器件具有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射等特点，具有开关速度快、效率高的优势，可大幅降低产品功耗、提高能量转换效率并减小产品体积。目前，碳化硅半导体主要应用于以5G通信、国防军工、航空航天为代表的射频领域和以新能源汽车、“新基建”为代表的电力电子领域，在民用、军用领域均具有明确且可观的市场前景。同时，我国“十二五”、“十三五”及“十四五”规划均已将碳化硅半导体纳入重点支持领域，随着国家“新基建”战略的实施，碳化硅半导体将在5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心等新基建领域发挥重要作用。因此，以碳化硅为代表的宽禁带半导体是面向经济主战场、面向国家重大需求的战略性行业。全球宽禁带半导体行业目前总体处于发展初期阶段，相比硅和砷化镓等半导体而言，在宽禁带半导体领域我国和国际巨头公司之间的整体技术差距相对较小。另外，由于宽禁带半导体的下游工艺制程具有更高的包容性和宽容度，下游制造环节对设备的要求相对较低，投资额相对较小，制约宽禁带半导体行业快速发展的关键之一在上游材料端。因此，我国若能在宽禁带半导体行业上游衬底材料行业实现突破，将有望在半导体行业实现换道超车。

（4）碳化硅半导体行业在新技术方面近年来的发展情况与未来发展趋势：

1、碳化硅单晶制备技术：碳化硅衬底制备技术包括PVT法（物理气相传输法）、溶液法和高温气相化学沉积法等，目前商用碳化硅单晶生长均采用PVT法。PVT法制备碳化硅单晶的难度在于：

①碳化硅单晶生长设备设计与制造技术。碳化硅长晶炉是晶体制备的载体，也是晶体生长核心技术中的热场和工艺的重要组成部分。针对不同尺寸、不同导电性能的碳化硅单晶衬底，碳化硅长晶炉需要实现高真空度、低真空漏率等各项性能指标，为高质量晶体生长提供适合的热场实现条件。

②碳化硅粉料合成过程中的环境杂质多，难以获得高纯度的粉料；作为反应源的硅粉和碳粉反应不完全易造成Si/C比失衡；碳化硅粉料合成后的晶型和颗粒粒度难控制。

③碳化硅单晶在2,300°C以上高温的密闭石墨腔室内完成“固-气-固”的转化重结晶过程，生长周期长、控制难度大，易产生微管、包裹物等缺陷。

④碳化硅单晶包括200多种不同晶型，但生产一般仅需一种晶型，生长过程中易产生晶型转变造成多型夹杂缺陷，制备过程中单一特定晶型难以稳定控制，例如目前主流的4H型。

⑤碳化硅单晶生长热场存在温度梯度，导致晶体生长过程中存在原生内应力及由此诱生的位错、层错等缺陷。

⑥碳化硅单晶生长过程中需要严格控制外部杂质的引入，从而获得极高纯度的半绝缘晶体或定向掺杂的导电型晶体。对于射频器件使用的半绝缘碳化硅衬底，电学性能需要通过控制晶体中极低的杂质浓度及特定种类的点缺陷来实现。

⑦碳化硅衬底作为莫氏硬度9.2的高硬度脆性材料，加工过程中存在易开裂问题，加工完成后的衬底易存在翘曲等质量问题；为了达到下游外延开盒即用的质量水平，需要对碳化硅衬底表面进行超精密加工，以降低表面粗糙度、表面平整度并达到严苛的金属、颗粒控制要求。

碳化硅衬底及下游外延、器件成本降低的需求驱动碳化硅制备技术往更大的晶体尺寸、更优的衬底质量、更高的生长速率发展。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年碳化硅半导体行业市场竞争格局调查分析及发展战略规划评估预测报告》

2、碳化硅衬底制备技术水平发展状况及未来发展趋势：

①扩大衬底尺寸的技术要求：衬底直径是衡量晶体制备水平的重要指标之一，也是降低下游芯片制备成本的重要途径。扩径技术，即如何从小尺寸碳化硅单晶制备出更大尺寸的碳化硅单晶。

导电型碳化硅衬底以6英寸为主，8英寸衬底开始发展；半绝缘碳化硅衬底以4英寸为主，目前逐渐向6英寸衬底发展。6英寸衬底面积为4英寸衬底的2.25倍，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。

随着尺寸的增大，碳化硅单晶扩径技术的要求越来越高。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。

②改进电学性能：

A、半绝缘型碳化硅衬底的高电阻率：半绝缘衬底制备工艺主要通过去除晶体中的各种杂质，特别是浅能级杂质，实现晶体的本征高电阻率。由于PVT法制备碳化硅衬底的高温物理条件下，生长反应腔室内的碳化硅粉料、石墨材料等都会释放出杂质并生长进入晶体中，从而影响晶体的纯度和电学性能。同时为了保证纯度，制备所需的关键反应物料的纯度要求也较高。

随着半绝缘型碳化硅衬底制备技术发展，使得碳化硅衬底纯度、晶体质量和电阻率不断提高，从而为器件性能的提升奠定了材料基础。目前，半绝缘型碳化硅衬底领先企业已经普遍将电阻率稳定控制在108Ω·cm以上。

B、导电型碳化硅衬底的低电阻率：导电型衬底要求实现更低的电阻率，可通过在晶体生长过程中引入氮元素，呈现低阻电学性能。目前，国际领先的碳化硅企业6英寸导电型碳化硅衬底电阻率在0.015-0.028Ω·cm之间，相应器件性能提升的需求则往往对衬底电阻率提出更严苛的要求。

导电型碳化硅晶体的电阻率会存在分布不均匀的情况，具体表现为：径向上的电阻率呈现为中心电阻率值低、边缘电阻率值高的特点，轴向上则呈现出生长前期低、后期高的特征。由于电阻率直接影响器件的导通特性，因此，获得低阻值、衬底面内电阻率径向分布均匀、不同衬底间电阻率值一致的导电衬底是实现功率器件性能优异的技术需求。

③降低微管密度：碳化硅晶体中最重要的结晶缺陷之一是微管，微管是延伸并贯穿整个晶棒的中空管道。微管的存在对于器件的应用是致命的，衬底中的微管存在的密度将直接决定外延层的结晶质量，器件区存在微管时将导致器件过高的漏电流甚至器件击穿，造成器件失效。因此，降低微管密度是碳化硅产业化应用的重要技术方向。

随着微管缺陷改进技术的不断进步，国际领先的碳化硅企业可以将微管密度稳定地控制在1cm-2以下。

（5）碳化硅半导体行业在新产业方面近年来的发展情况与未来发展趋势：2018年，中央经济工作会议重新定义了基础设施建设，把5G、人工智能、工业互联网、物联网定义为“新型基础设施建设”，即“新基建”。2020年以来，我国加快“新基建”建设力度，明确新基建涉及“5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城际轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网”等七大领域。

随着5G基站建设、电动汽车、充电桩、特高压、城际高速铁路等行业发展，半导体器件的性能也需要持续提升，即更高的工作电压、更高的工作频率、更高的效率、更高的工作温度、更强的散热能力和更高的可靠性。目前，我国在5G通信、电动汽车等新兴产业的技术水平、产业化规模等方面都处于国际优势地位，将促进我国上游半导体行业的持续发展，进一步提高国内半导体企业在国际市场的影响力，尤其对碳化硅器件将产生巨大的需求。

（6）碳化硅半导体行业在新业态、新模式方面近年来的发展情况与未来发展趋势：目前，碳化硅行业企业的业态主要可以分为两种商业模式：第一类是覆盖较全的产业链环节，例如同时从事碳化硅衬底、外延及器件的制作，例如科锐公司等；第二类是只从事产业链的单个或者部分环节，例如贰陆公司等。公司目前采用第二类商业模式，聚焦碳化硅衬底材料的研发、生产和销售。

（1）碳化硅市场需求旺盛，全球迎来扩产潮：

随着碳化硅器件在5G通信、电动汽车、光伏新能源、轨道交通、智能电网等行业的应用，碳化硅器件市场需求迅速增长，全球碳化硅行业呈现产能供给不足的情况。为了保证衬底供给，满足以电动汽车为代表的客户未来的增长需求，各大厂商纷纷开始扩产。2019年有6家国际巨头宣布了12项扩产，主要为衬底产能的扩张，其中最大的项目为科锐公司投资近10亿美元的扩产计划，分别在北卡罗来纳州和纽约州建造全新的可满足车规级标准的8英寸功率和射频衬底制造工厂。

随着下游市场的超预期发展，产业链的景气程度有望持续向好，碳化硅衬底产业也将直接受益于行业发展。

（2）碳化硅器件成本降低，行业应用的替代前景向好：2019年是碳化硅产业快速发展的关键年份。与同类硅基产品相比，虽然碳化硅基器件价格仍然较高，但是由于其优越的性能及价格持续走低，其综合成本优势逐渐显现，客户认可度持续提高。

行业正在通过多种措施降低碳化硅器件成本：在衬底方面，通过增大碳化硅衬底尺寸、升级制备技术、扩大衬底产能等，共同推动碳化硅衬底成本的降低；

在制造方面，随着市场的开启，各大器件供应商扩产制造，随着规模扩大和制造技术不断成熟，也带来制造成本的降低；在市场方面，主要的产品供应商与大客户通过签订长期合作合同对市场进行锁定，供需双方共同推进市场渗透并形成良性循环。未来碳化硅器件的价格有望持续下降，其行业应用将快速发展。

（3）国外对宽禁带半导体实行严格的技术保护，自主可控势在必行：由于宽禁带半导体的军事用途使得国外对中国实行技术禁运和封锁，国内碳化硅产业的持续发展对核心技术国产自主化、实现供应链安全可控提出了迫切的需求。自主可控趋势加速了宽禁带半导体器件的国产化替代进程，为宽禁带半导体行业带来了发展新机遇。在宽禁带半导体领域，下游应用企业已在调整供应链，支持国内企业。数家国内宽禁带半导体企业的上中游产品陆续获得了下游用户验证机会，进入了多个关键厂商供应链，逐步开始了以销促产的良性发展。

（4）积极的宽禁带半导体产业政策：近年来从国家到地方相继制定了一系列产业政策来推动宽禁带半导体产业的发展。2016年11月，国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，提出加快制定宽禁带半导体标准布局，促进新材料产品品质提升；2016年12月，工信部等四部门联合印发《新材料产业发展指南》，提出面向智能输变电装备领域，突破大尺寸碳化硅单晶及衬底、外延制备及模块封装材料技术；2020年8月，国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，提出聚焦高端芯片、集成电路装备等关键核心技术研发，在新一代半导体技术等领域推动各类创新平台建设；2021年3月，十三届全国人大四次会议通过的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，提出要大力发展碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体产业。此外，上海、广东、湖南、山东等多省市均出台了相关政策支持碳化硅等半导体产业发展。

我国宽禁带半导体行业迎来了前所未有的发展契机，有助于我国宽禁带半导体行业技术水平的提高和规模的快速发展。