碳化硅单晶炉行业市场前瞻与投资战略规划

碳化硅单晶炉行业市场前瞻与投资战略规划半导体级晶体生长设备行业发展根据终端应用领域不同，晶体生长设备主要分为两类，即光伏领域和半导体领域的晶体生长设备，其中，光伏领域晶体生长设备的下游应用行业为光伏硅片，主要用于制造电池片，被广泛应用于光伏电站、屋顶分布式光伏发电等；半导体领域晶体生长设备的下游应用行业为硅片/碳化硅材料市场，主要用于制造芯片，应用于通信、消费电子、汽车、工业等领域。半导体级硅片对晶体纯度要求极高，为11N（99．999999999%），缺陷率控制要求为μm/nm级，金属含量控制要求为痕量级（含量在百万分之一以下的组分），氧含量控制要求为ppma级（百万分比原子浓度），对于设备热场温度梯度设计、超导磁场磁力分布线设计、控制精度、运动精度等技术指标具有极为严苛的要求。与半导体级材料及设备相比，光伏级硅片制造及对上游设备技术要求存在较大差距，晶体纯度要求为6N（99．9999%），对于硅片缺陷率控制、设备设计及控制精度无特殊要求，设备构成相对简单，价格相对较低（约140万元/台），技术壁垒相对较低。光伏级硅片的市场规模较大，2021年，全球光伏级硅片市场规模约为2，100亿元，远超半导体级硅片约126亿美元和碳化硅器件约17亿美元的市场规模，且国内半导体级硅片厂商、碳化硅衬底厂商产出规模占全球市场份额均不足10%，故国内光伏应用领域的晶体生长设备厂商销售规模较大（如晶盛机电、连城数控等）。根据材料属性不同，半导体级晶体生长设备主要以硅片制备和化合物材料制备的晶体生长设备为主，其中，化合物材料主要以碳化硅为主。半导体硅片作为半导体材料中最主要的品类之一，为半导体行业发展提供基础支撑。硅材料因其具有单方向导电特性、热敏特性、光电特性、掺杂特性等优良性能，可以生长为大尺寸高纯度晶体，且储量丰富、价格低廉，故成为全球应用最广泛、最重要的半导体基础材料。得益于下游行业不断发展，新型产业持续驱动，未来全球半导体行业将继续不断发展，半导体硅片市场空间广阔。此外，伴随着5G、物联网、新能源等行业的迅速发展，具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、热导率、电子饱和速率及抗辐射能力的碳化硅、氮化镓等为代表的第三代半导体材料进入快速发展阶段，市场前景广阔。国内半导体材料制造及晶体生长设备市场竞争格局截至目前，中国大陆半导体硅片厂商技术发展相对落后，国内主要硅片厂商以生产200mm（8英寸）及以下抛光片、外延片为主，300mm（12英寸）产能规模占比相对较低。目前国内8英寸和12英寸硅片合计产能分别约为月产183万片及54万片。随着国家及行业的政策不断支持，国内半导体产业链快速发展，硅片厂商的数量及技术水平不断发展，预计到2025年，8英寸和12英寸硅片规划产能分别为月产365万片和310万片，产能增幅分别为99．45%和474．07%，具有较大的市场发展空间。全球半导体材料制造及晶体生长设备市场竞争格局晶体生长设备下游应用领域为半导体材料制造（硅片/碳化硅衬底），下游应用行业具有技术壁垒高、研发周期长、资金投入大、下游验证周期长等特点，市场集中度较高。全球硅片和碳化硅衬底市场份额主要以美国、日本和欧洲等企业为主：硅片市场份额主要被日本信越化学、日本胜高、中国台湾环球晶圆、德国世创和韩国SK五大企业占据，五大企业占全球硅片市场份额约为90%；碳化硅衬底市场份额则主要以、美国Ⅱ-Ⅵ和德国SiCrystal等企业为主，占全球碳化硅衬底市场份额约为90%。晶体生长设备技术水平是半导体材料制造性能优劣的基础决定因素之一，为保证晶体生长设备及半导体材料制造工艺技术方案的适配性，国际主要半导体材料厂商经过数十年积累的先进工艺和控制策略，基于晶体生长工艺的匹配性及半导体材料制造质量、性能的稳定性，其使用的晶体生长设备均主要为自行研发生产（如日本信越化学和日本胜高），未对外采购及销售。其他国际主流厂商主要通过自制及向国际晶体生长设备供应商（如PVATePlaAG、S-TECHCo．，Ltd．等）采购的方式实现晶体生长设备供应。国内半导体产业链起步较晚，晶体生长设备及半导体材料制造产业发展相对落后。一方面，晶体生长设备长晶制备的硅片/衬底经下游不同应用领域器件端认证后，才可逐步实现规模化量产。针对特定设备，客户需结合不同下游产业应用领域，实施材料定制化工艺开发，可达到的工艺开发能力与水平、下游器件端认证及量产进度与特定设备的产业应用时间及验证经验显著相关。因晶体生长设备及半导体材料制造产业认证及量产应用存在一定时间周期，国内产业发展仍处于早期阶段，导致产业发展速度较国外成熟产业相对缓慢。另一方面，半导体产业链各环节的技术要求、精密程度及稳定性要求极高，通常来说，下游芯片厂商对已通过认证的半导体设备及制备工艺均会进行稽核，硅片/衬底材料厂商对半导体设备和制备工艺的改动均需通知下游芯片厂商，待其进行审核后方可进行。因产业认证壁垒、厂商更换成本、风险等因素，国内晶体生长设备供应商尚未实现全球主流硅片厂商的设备供应。以上产业发展因素导致国内半导体材料制造及晶体生长设备占全球市场份额比重相对较低。截至目前，国内半导体级硅片厂商、碳化硅衬底厂商产出规模占全球市场份额均不足10%。在半导体级单晶硅制造领域，国内半导体级硅片厂商主要向S-TECHCo．，Ltd．等国际供应商采购晶体生长设备，国内晶体生长供应商占国内硅片厂商采购份额的比重仅为30%左右。半导体材料制造及晶体生长设备市场均存在较大的进口替代空间。半导体设备行业概况作为半导体产业链的上游支撑产业，半导体设备通常决定了中游制造产业的品质及下游应用产业的广泛性。根据行业内一代设备，一代工艺，一代产品的经验，半导体产品制造要超前电子系统开发新一代工艺，而半导体设备要超前半导体产品制造开发新一代产品，设备—工艺—产品互相促进，共同推动半导体产业的快速发展。作为上游支撑产业的起点设备，为实现半导体产