从衬底到终端：碳化硅行业全链条分析及国产替代崛起之路
1、碳化硅行业概况
碳化硅是由硅（Si）和碳（C）元素通过共价键结合形成的宽禁带半导体材料，其禁带宽度约为3.26eV，是传统硅材料的三倍以上。按照产品形态划分，碳化硅产业链的核心产品主要包括衬底、外延片和器件三大类：衬底是产业链的关键环节，约占器件总成本的40%–50%；外延片通过在衬底表面外延生长碳化硅薄膜制得，是器件制造的重要基础；器件则涵盖肖特基二极管（SBD）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等，直接应用于各类终端场景。
作为第三代半导体的核心材料，碳化硅凭借其耐高温、耐高压、低损耗等优异特性，在新能源汽车、光伏、储能、轨道交通等领域的市场需求呈现爆发式增长。当前行业正处于“技术突破”与“产能释放”双重驱动的发展阶段：上游材料制备技术壁垒较高，中游器件制造竞争日趋激烈，下游应用场景不断拓展。短期来看，衬底供应紧张仍是制约产业发展的主要瓶颈；长期而言，随着技术成熟度提升和国产化进程加速，具备完整产业链布局和核心技术优势的企业将有望占据市场主导地位。
2、碳化硅行业产业链分析
碳化硅行业上游核心是原材料、衬底与外延片制造。衬底制造技术壁垒最高，全球市场被美、德企业主导，合计占超70%份额；国内天岳先进等企业已量产6英寸衬底，部分正推进8英寸衬底量产。原材料国内供应充足，外延片领域瀚天天成等企业也实现批量供货，技术对标国际。
中游涵盖器件设计、制造与封装测试。国际巨头在器件设计上占主导，国内士兰微等企业正快速追赶，且在车用SiCMOSFET领域实现小批量供货。制造端有硅基产能支撑，中芯国际等布局了代工业务；封装测试端长电科技等企业已攻克适配技术，当前该环节竞争焦点正向“设计-制造-封装”一体化转变。
下游新能源汽车是需求核心驱动力，2024年其市场占比达52%，当年全球新能源汽车1600万辆的销量，带动车用碳化硅器件需求同比增长65%；光伏/储能、轨道交通等是重要应用领域。未来随着成本下降，碳化硅还将拓展到智能电网、航空航天等更多领域。
中国碳化硅产业链全景图
资料来源：普华有策
3、碳化硅行业挑战与风险
（1）技术壁垒较高
碳化硅行业具有较高的技术门槛，涉及材料科学、晶体生长、半导体制造等多个领域，关键技术包括晶体缺陷控制、外延生长均匀性控制以及器件封装的可靠性设计等。目前，国内企业在高端衬底（如8英寸及以上）、高电压器件（1700V以上）以及核心设备（如外延炉、离子注入机）等方面仍与国际先进水平存在差距。由于研发投入大、周期长，短期内实现全面技术赶超仍较为困难。
（2）成本压力依然存在
尽管碳化硅器件的成本持续下降，但目前其价格仍是传统硅基器件的3-5倍，制约了其在中低端市场的推广应用。衬底作为核心环节，占器件总成本的40%以上。8英寸衬底在量产初期的良率普遍偏低，导致成本下降速度不及预期。此外，高纯硅粉、石墨模具等原材料价格波动较大，加上核心设备折旧成本较高，进一步加大了企业的成本压力。
（3）供应链存在风险
核心设备与原材料仍依赖进口：国内所需的外延炉、离子注入机等高端设备主要依赖美国应用材料、德国Aixtron等国际供应商，设备交付周期长、价格高，并存在地缘政治风险。高纯硅粉、高端石墨模具等原材料也部分依赖进口，供应链稳定性受国际形势影响较为明显。
产能扩张与供需失衡风险：全球主要企业纷纷加大碳化硅产能投入，国内企业也在加速扩产。预计到2025年，全球碳化硅衬底产能可能超过实际需求，存在产能过剩的风险。同时，部分中小企业受限于技术实力不足、产品良率较低，可能面临市场淘汰的压力。
（4）标准与认证体系尚不完善
碳化硅行业起步相对较晚，相关标准与认证体系尚未完全成熟。例如，车规级器件需通过AEC-Q101认证，工业级器件需满足相应的ISO标准，不同应用领域的认证要求差异较大，且认证周期通常长达1-2年，增加了企业产品推广的难度。此外，行业内关于衬底缺陷等级、器件可靠性测试等方面的标准尚未统一，制约了市场的规范化发展。
4、碳化硅行业发展前景
（1）材料技术突破加速国产替代
碳化硅衬底大尺寸化与性能优化已成为产业升级的核心驱动力。国内企业如天岳先进已实现12英寸p型碳化硅衬底的自主规模化量产，大幅提升了高压器件的耐压性能，有力支撑特高压输电及新能源装备的国产化进程；与此同时，华为等企业在高电压、低导通电阻芯片设计方面取得重要突破，所开发的碳化硅MOSFET模块开关损耗降低达70%，技术能力已进入国际先进行列。上述技术突破推动产业链实现从“尺寸升级”向“综合性能优化”的战略跃迁，为车规级、电网级高端应用提供了关键材料保障。
（2）全产业链协同攻克应用瓶颈
通过“衬底-器件-系统”垂直整合模式，产业链有效破解“卡脖子”问题。上游衬底环节凭借成本优势（国产衬底价格较国际同类产品低约150美元/片）逐步渗透国际供应链，天岳先进已有50%产能出口至欧美市场；中游制造采用IDM模式（如三安光电垂直整合产线）显著缩短研发周期，8英寸量产推动单位成本下降40%；下游则与车企联合开展定制化开发，比亚迪自研衬底比例已达80%-90%，实现车规级模块的自主可控。协同机制显著增强了产业链韧性并提升了技术转化效率。
（3）新兴应用场景驱动需求扩容
新能源汽车与智能电网正构建双轮增长引擎。在新能源汽车领域，800V高压平台加速普及，推动单车碳化硅用量显著提升（主驱逆变器需搭载36-48颗芯片），比亚迪全系插电混动车型已全面采用碳化硅方案；在电网领域，首座35千伏碳化硅柔性变电站已投入运行，有效解决分布式能源并网的效率瓶颈，未来特高压输电对万伏千安级器件的需求预计将呈指数级增长。两大应用场景叠加释放出千亿级市场空间，促使企业不断提升“技术-场景”适配能力。
5、碳化硅行业竞争格局
综合考量企业在碳化硅领域的技术进展、产业布局等多方面因素，可将参与碳化硅产业发展的企业划分为三个竞争梯队。其中，三安光电、天域半导体、比亚迪位列第一梯队，这些企业已构建较为完善的碳化硅产业链，具备碳化硅基芯片及器件的规模化生产能力；天岳先进、世纪金光、中国电科55所等企业属于第二梯队，它们在碳化硅产业链的特定环节表现突出，例如天岳先进已实现8英寸碳化硅衬底的量产；其余参与碳化硅产业的企业则归为第三梯队。
行业内主要企业有三安光电、科锐（Wolfspeed）、时代电气、晶盛机电、天岳先进等。
行业内主要企业情况
资料来源：普华有策
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