碳化硅分立器件行业市场需求与投资规划

碳化硅分立器件行业市场需求与投资规划功率分立器件行业概况根据《功率半导体分立器件产业及标准化白皮书》，功率半导体按器件集成度可以分为功率分立器件和功率IC两大类，其中功率分立器件主要包括晶闸管、功率二极管、晶体管等产品。我国半导体分立器件主要应用领域为通讯、消费电子、汽车电子、工业电子等。近年来受益于新能源汽车及充电桩、智能装备制造、物联网、光伏新能源等新兴应用的发展，国内半导体分立器件产业持续增长，行业呈现良好的发展态势。根据中国半导体协会统计，2020年度我国半导体分立器件产业销售额达到2，966．30亿元，预计2023年我国半导体分立器件产业销售额达到4，427．70亿元，年增长率约为14．10%，市场需求有望达到4，393．20亿元。从中长期看，国内的半导体市场需求仍将呈现增长势头。半导体行业概况半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓、碳化硅等。半导体是信息产业发展的基石，是电子产品的核心组成。半导体产品可划分为集成电路、分立器件、其他器件等多类产品。其中集成电路是将基本的电路原件如晶体管、二极管、电阻、电容、电感等制作在一个小型晶片上然后封装成的具有多功能的单元，实现对信息的处理、存储和转换。分立器件则是指具有单一功能的电路基本元件，主要实现电能的处理与变换，功率分立器件为分立器件类别的主导产品品类。根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）的数据，全球半导体市场在2016年至2018年期间保持较快速增长，但2018年下半年由于中美贸易摩擦出现增速放缓；2019年受国际贸易环境恶化影响，市场下滑较大。2020年度全球半导体市场逐渐回暖，并在2021年、2022年保持较快增长。我国半导体行业在国家相关政策支持、加速及资本推动等因素合力下，在半导体设计、晶圆制造及封装测试等技术上得到了快速发展，与发达国家的差距不断缩小。根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）的数据，2021年度中国半导体市场规模为1，925亿美元，同比增长27．06%，占全球市场超过三分之一，目前已成为全球最大的半导体产业市场。功率半导体行业概况功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。功率半导体广泛应用于电子制造行业，传统应用领域包括消费电子、网络通信、电子设备等产业，随着社会经济的快速发展及技术工艺的不断进步，新能源汽车及充电桩、智能装备制造、物联网、新能源发电、轨道交通等新兴应用领域逐渐成为功率半导体的重要应用市场。根据《功率半导体分立器件产业及标准化白皮书》，功率半导体按器件集成度可以分为功率分立器件和功率IC两大类，其中功率分立器件主要包括功率二极管、晶闸管、晶体管等产品。随着半导体材料的优化突破，新一代以碳化硅为材料的功率半导体分立器件已逐步实现产业化，并快速渗透进入应用市场。功率半导体的应用十分广阔，涉及电路控制和电能转换的产品均离不开功率半导体的使用。目前，功率半导体已广泛用于消费电子、工业控制、网络通信、电力能源、汽车电子、国防、航空航天等领域。近年来数字经济、人工智能、光伏能源、新能源汽车等产业的快速发展，均为功率半导体带来了新的需求增长点，其市场规模不断增长。根据Omdia和中信建投研究所的数据及预测，2020年全球功率半导体市场规模为452亿美元（主要包括功率器件、功率IC和功率模组），预计2024年将达到522亿美元。目前全球功率半导体市场仍主要被欧、美、日等国外品牌主导。中国的功率半导体行业在国家相关政策支持、加速及资本推动等因素合力下，近年来成为半导体行业快速发展的主要市场之一。在国家对半导体产业的政策扶持及资本驱动下，国内厂商在晶圆制造和封装测试等领域已取得重要突破，基本完成国内产业链布局。根据Omdia数据及预测，中国功率半导体市场预计2024年将达206亿美元，中国作为全球最大的功率半导体市场，发展前景十分广阔。市场规模快速增长，本土厂商进展顺利（一）半导体材料量价齐升，硅片为单一最大品类1、先进制程持续升级，半导体材料同步提升进入21世纪以来，5G、人工智能、自动驾驶等新应用的兴起，对芯片性能提出了更高的要求，同时也推动了半导体制造工艺和新材料不断创新，国内外晶圆厂加紧对于半导体新制程的研发，台积电已于2020年开启了5nm工艺的量产，并于2021年年底实现3nm制程的试产，预计2022年开启量产。此外台积电表示已于2021年攻克2nm制程的技术节点的工艺技术难题，并预计于2023年开始风险试产，2024年逐步实现量产。随着芯片工艺升级，晶圆厂商对半导体材料要求越来越高。2、半导体景气度超预期，晶圆厂商积极扩产目前部分终端需求仍然强劲，晶圆代工厂产能利用率维持历史高位，预计全年来看结构性缺货状态依旧严峻。据SEMI于2022年3月23日发布的最新一季全球晶圆厂预测报告，全球用于前道设施的晶圆厂设备支出预计将同比增长18%，并在2022年达到1070亿美元的历史新高。由于半导体材料与下游晶圆厂具有伴生性特点，本土材料厂商将直接受益于中国大陆晶圆制造产能的大幅扩张。成熟制程供需持续紧张，国内晶圆厂扩产规模维持高位。受益于成熟制程旺盛需求及大陆地区稳定的供应链，大陆晶圆厂快速扩产。根据SEMI报告，2022年全球有75个正在进行的晶圆厂建设项目，计划在2023年建设62个。2022年有28个新的量产晶圆厂开始建设，其中包括23个12英寸晶圆厂和5个8英寸及以下晶圆厂。分区域来看，中国晶圆产能增速全球最快，预计22年8寸及以下晶圆产能增加9%，12寸晶圆产能增加17%。3、工艺升级+积极扩产，半导体材料市场规模快速增长随着下游电子设备硅含量增长，半导体需求快速增长。在半导体工艺升级+积极扩产催化下，半导体材料市场快速增长。据SEMI报告数据，2021年全球半导体材料市场收入达到643亿美元，超过了此前2020年555亿美元的市场规模最高点，同比增长15．9%。晶圆制造材料和封装材料收入总额分别为404亿美元和239亿美元，同比增长15．5%和16．5%。此外，受益于产业链转移趋势，2021年国内半导体材料销售额高达119．3亿美元，同比增长22%，增速远高于其他国家和地区。4、半导体材料市场较为分散，硅片为单一最大品类半导体材料种类繁多，包括硅片、电子特气、掩模版、光刻胶、湿电子化学品、抛光液、抛光垫、靶材等。据SEMI数据显示，硅片为半导体材料领域规模最大的品类之一，市场份额占比达32．9%，排名第一，其次为气体，占比约14．1%，光掩模排名第三，占比为12．6%。此外，抛光液和抛光垫、光刻胶配套试剂、光刻胶、湿化学品、溅射靶材的占比分别为7．2%、6．9%、6．1%、4%和3%。（二）硅片：供需持续紧张，加速硅片是半导体上游产业链中最重要的基底材料之一。硅片是以高纯结晶硅为材料所制成的圆片，一般可作为集成电路和半导体器件的载体。与其他材料相比，结晶硅的分子结构较为稳定，导电性极低。此外，硅大量存在于沙子、岩石、矿物中，更容易获取。因此，硅具有稳定性高、易获取、产量大等特点，广泛应用于IC和光伏领域。1、半导体硅片纯度极高，大尺寸为大势所趋硅片可以根据晶胞排列是否有序、尺寸、加工工序和掺杂程度的不同等方式进行分类。根据晶胞排列方式的不同，硅片可分为单晶硅和多晶硅。硅片是硅单质材料的片状结构，有单晶和多晶之分。单晶是具有固定晶向的结晶体材料，一般用作集成电路的衬底材料和制作太阳能电池片。多晶是没有固定晶向的晶体材料，一般用于光伏发电，或者用于拉制单晶硅的原材料。单晶硅用作半导体材料有极高的纯度要求，IC级别的纯度要求达9N以上（99．9999999%），区熔单晶硅片纯度要求在11N（99．999999999%）以上。根据尺寸大小的不同，硅片可分为50mm（2英寸）、75mm（3英寸）、100mm（4英寸）、150mm（6英寸）、200mm（8英寸）及300mm（12英寸）。英寸为硅片的直径，目前8英寸和12英寸硅片为市场最主流的产品。8英寸硅片主要应用在90nm-0．25μm制程中，多用于传感、安防领域和电动汽车的功率器件、模拟IC、指纹识别和显示驱动等。12英寸硅片主要应用在90nm以下的制程中，主要用于逻辑芯片、储存器和自动驾驶领域。大尺寸为硅片主流趋势。硅片越大，单个产出的芯片数量越多，制造成本越低，因此硅片厂商不断向大尺寸硅片进发。1980年4英寸占主流，1990年发展为6英寸，2000年开始8英寸被广泛应用。根据SEMI数据，2008年以前，全球大尺寸硅片以8英寸为主，2008年后，12英寸硅片市场份额逐步提升，赶超8英寸硅片。2020年，12英寸硅片市场份额已提升至68．1%，为目前半导体硅片市场最主流的产品。后续18英寸硅片将成为市场下一阶段的目标，但设备研发难度大，生产成本较高，且下游需求量不足，18英寸硅片尚未成熟。根据加工工序的不同，硅片可分为抛光片、外延片、SOI硅片等高端硅片。其中抛光片应用范围最为广泛，是抛光环节的终产物。抛光片是从单晶硅柱上直接切出厚度约1mm的原硅片，切出后对其进行抛光镜面加工，去除部分损伤层后得到的表面光洁平整的硅片。抛光片可单独使用于电动汽车功率器件和储存芯片中，也可用作其他硅片的衬底，成为其他硅片加工的基础。外延片是一种将抛光片在外延炉中加热后，通过气相沉淀的方式使其表面外延生长符合特定要求的多晶硅的硅片。该技术可有效减少硅片中的单晶缺陷，使硅片具有更低的缺陷密度和氧含量，从而提升终端产品的可靠性，常用于制造CMOS芯片。根据掺杂程度的不同，半导体硅片可分为轻掺和重掺。重掺硅片的元素掺杂浓度高，电阻率低，一般应用于功率器件。轻掺硅片掺杂浓度低，技术难度和产品质量要求更高，一般用于集成电路领域。由于集成电路在全球半导体市场中占比超过80%，目前全球对轻掺硅片需求更大。2、受益晶圆厂积极扩产，硅片市场快速增长含硅量提升驱动行业快速增长。伴随5G、物联网、新能源汽车、人工智能等新兴领域的高速成长，汽车电子行业成为半导体硅片领域新的需求增长点。据ICInsights数据，2021年全球汽车行业的芯片出货量同比增长了30%，达524亿颗。但全球汽车缺芯情况在2020年短暂缓解后，于2022年再度加剧，带动下游硅片市场需求量上升。据SEMI数据显示，2021年全球半导体硅片市场规模为126亿美元，同比增长12．5%。3、半导体硅片要求高，多重因素构筑行业壁垒（1）技术壁垒半导体硅片行业是一个技术高度密集型行业，主要体现在：①硅片尺寸越大，拉单晶难度越高，对温度控制和旋转速度要求越高；②减少半导体硅片晶体缺陷、表面颗粒和杂质；③提高半导体硅片表面平整度、应力和机械强度等方面。（2）资金壁垒半导体硅片行业是一个资金密集型行业，要形成规模化、商业化生产，所需投资规模巨大，如一台关键设备价值达数千万元。（3）人才壁垒半导体硅片的研发和生产过程较为复杂，涉及固体物理、量子力学、热力学、化学等多学科领域交叉。（4）认证壁垒鉴于半导体芯片的高精密性和高技术性，芯片生产企业对应半导体硅片的质量要求极高，因此对于半导体硅片供应商的选择相当谨慎，并设有严格的认证标准和程序。半导体政策大基金一期主要投向半导体产业中游，包括制造、设计、封测的行业龙头企业，成效显著。2015年我国集成电路销售额为3610亿元，同比增19．7%，完成目标，2016-2017年也维持了20%以上的增速，发展势头良好。同时我国在晶圆制造、特色工艺、晶圆封装与关键设备和材料等领域也取得了累累硕果，第一阶段的目标基本完成。大基金二期将更多投向上游和下游，瞄准设备、材料等薄弱环节的细分龙头企业。投资风格也更加灵活多变，不仅投资行业龙头企业，还会与龙头企业共同投资设立合资子公司。功率半导体行业壁垒功率半导体器件行业是人才、技术和资金密集型的行业，行业的发展以芯片设计能力、晶圆制造能力、技术创新能力、先进生产能力和综合管理能力为根本，对技术方案设计、产品性能优化、产品更新换代、后续技术服务，以及为客户提供定制化开发产品能力等方面均有较高的要求，需要长时间的实践和积累。由于客户对产品性能多元化需求、对质量标准日益提高的需求，以及国家对行业发展规划的需要，国内功率半导体厂商需要通过持续技术创新，实现技术突破，提高技术储备，以高性价比的产品和服务实现核心电子元器件国产化，响应国家产业政策的发展规划。（一）功率半导体行业技术壁垒功率半导体分立器件的研发生产过程涉及微电子、半导体物理、材料学、电子线路、机械力学、热力学等诸多学科，需多种学科的交叉融合，行业内企业需要综合掌握外延、微细加工、封装测试等多领域技术或工艺，并加以整合集成。功率半导体分立器件行业属于技术密集型行业，技术门槛较高。下游客户对产品提出了较高的耐久性、稳定性、可靠性要求，行业内企业需要拥有丰厚的技术、工艺经验储备并持续技术革新和创新，而且能够在短期内成功开发出多品类、适宜量产的产品，才能在市场上站稳脚步。新进企业很难在短时间内掌握先进技术，亦难以持续保持技术的先进性，这些均构成了技术壁垒。（二）功率半导体行业产品质量壁垒功率半导体分立器件是内嵌于电子整机产品中的关键零部件之一，在电流、电场、湿度以及温度等外界应力激活的影响下，存在潜在的失效风险，进而影响电子整机产品的质量和性能。在功率半导体分立器件大批量生产过程当中，对产品良率、失效率及一致性水平等方面提出了较高要求。实现精益化生产、拥有先进的生产设备、精细的现场管理以及长期的技术经验沉积是行业内企业确保产品质量、性能和可靠性的基本保障。行业新进入者由于缺少长期的生产实践经验积累以及成熟的质量管理体系，短期内较难达到高水平的质量控制要求。（三）功率半导体行业客户认证壁垒功率半导体分立器件作为一种基础性功能元器件最终应用于整机产品，在很大程度上影响下游产品的质量和性能，因此通过客户严格的认证是进入本行业开展竞争的必要条件。为保证整机产品质量及性能的稳定性，终端客户对器件的稳定性和可靠性标准较高，对产品的认证周期相对较长。终端客户在选择供应商时，产品需要经过产品选型、样品测试、整机测试、整机可靠性分析等多个步骤的认证，行业产品通过认证后方可成为合格供应商。一旦通过则能与客户建立起长期、稳定的合作关系。行业新进入者通过终端客户的认证需要一定的周期以及较高的条件，这对新进入者形成了一定认证壁垒。（四）功率半导体行业人才壁垒功率半导体行业的高技术门