国产碳化硅崛起：8英寸提速，AI与AR成新增量
1、半导体碳化硅材料行业概况
（1）碳化硅产业链概述
碳化硅产业链的主要环节包括衬底制备、外延生长、器件制造及下游应用等。在上游材料环节，碳化硅粉料经过晶体生长、晶体切割、晶片加工、清洗检测等环节制备成碳化硅衬底，在衬底基础上生长单晶外延材料。其中，衬底生产由于技术要求高、工艺流程复杂，是碳化硅器件产业链中价值占比最高的环节。
图：碳化硅产业链主要环节
资料来源：普华有策
碳化硅衬底、碳化硅外延片等碳化硅材料，产业链上游为高纯碳粉、高纯硅粉等原材料及设备供应商，下游主要为碳化硅器件生产企业。碳化硅器件能够有效满足电力电子系统高效率、轻量化和小型化的要求，推动新能源汽车、AI算力基础设施、光伏发电与储能、轨道交通、智能电网、移动通信等重要领域实现产业升级。
（2）碳化硅材料简介
碳化硅是碳、硅构成的化合物半导体，产业链中包括衬底和外延片。衬底由高纯硅粉、碳粉经物理气相传输法制备，外延片则在其上生长单晶薄膜以优化性能。按电学性能分两类：导电型（电阻率0.015-0.030Ω·cm），外延后制成功率器件（如SBD、MOSFET），用于电力电子领域（新能源汽车、光伏、储能、轨道交通、智能电网等）；半绝缘型（电阻率≥10⁵Ω·cm），外延氮化镓制射频器件（如HEMT），用于移动通信、无线电探测。
2、碳化硅材料行业的发展概况
（1）碳化硅材料向大尺寸方向发展，8英寸产品占比逐步提高
碳化硅衬底向大尺寸发展，可增加有效面积、降低边缘损耗，助力下游器件降本增效。目前行业已从4英寸过渡至6英寸，6英寸产品主导市场；8英寸成为新方向，2025年起逐步渗透，预计2030年出货量占比达35%左右。
2025-2030年不同尺寸的碳化硅衬底出货量规模预测
资料来源：普华有策
与此同时，行业内各大厂商正在积极推动12英寸产品的研发与量产，以Wolfspeed、Coherent等为代表的海外厂商以天科合达、天岳先进为代表的国内企业已成功发布12英寸碳化硅衬底，推动碳化硅材料进一步向大尺寸方向发展。
（2）碳化硅器件市场规模持续增长，行业进入快速发展阶段
随着新能源汽车、光伏发电与储能、轨道交通、智能电网、移动通信等规模化应用场景的需求持续增长，叠加AI算力基础设施、AR眼镜、低空经济等新兴领域商业化进程的加速推进，碳化硅正从“可选项”转变为“必选项”，向规模化普及加速渗透。2025年全球碳化硅功率器件的市场规模约为37.07亿美元，预计2031年将达到110.42亿美元，复合增长率约20%。碳化硅器件市场规模持续提升，带动上游碳化硅衬底出货量显著增加，碳化硅材料行业进入快速增长阶段。
（3）国内碳化硅材料企业快速发展，市场竞争力显著提升
我国碳化硅材料研究始于20世纪90年代末，初期发展较慢。21世纪以来，在产业政策支持下，行业快速提速，以天科合达为代表的国内企业掌握了大尺寸、高品质衬底及外延片技术，产品达国际先进水平，形成规模化供给，市场竞争力显著提升，为国产器件自主可控提供了上游材料支撑。
3、碳化硅材料的具体应用及市场情况
碳化硅材料具备宽禁带、高击穿电场强度、高热导率、高饱和电子漂移速率等性能禀赋，赋予碳化硅器件耐高压、大功率、低损耗、高散热等突出特性，高效适配能源与电力电子领域各类应用场景日益增长的高性能、高效率、轻量化要求，在新能源汽车、光伏发电与储能、轨道交通、智能电网、移动通信等领域具有显著应用优势，并随着AI算力基础设施、AR眼镜、低空经济等新兴领域的发展而带来新的增长空间。
（1）功率器件下游应用领域
受益于各细分应用市场需求的持续增长，碳化硅功率器件市场规模有望从2025年的37.07亿美元增长至2031年的110.42亿美元，年复合增长率达到20%，具体下游应用市场情况如下：
2025碳化硅功率器件主要应用领域市场规模占比情况（%）
①新能源汽车
碳化硅功率器件在新能源汽车领域应用最广，凭借耐高压、耐高温、低能耗等优势，助力轻量化（缩小尺寸、优化散热）、提升续航（低导通损耗）和加快充电（支持高压平台）。主要应用于电机驱动、OBC、DC/DC及充电桩。随着800V高压平台趋势，2025年800V车型渗透率达15.3%，碳化硅搭载率超90%。目前全球百余款车型搭载，2025年渗透率约25%，预计2030年达50%；应用车型价格已下探至10-20万元区间，走向规模标配。2025年全球新能源车销量2,354.2万辆（同比+29.1%），预计2030年达4,265.0万辆，为碳化硅衬底需求持续增长提供坚实基础。
②光伏发电
碳化硅功率器件在光伏逆变器中替代传统硅基IGBT，凭借更低导通/开关损耗和更高开关频率，提升光伏发电转换效率及逆变器寿命，降低综合发电成本，适应“大组件、大逆变器”趋势下更高电压等级的需求。
③储能
储能系统（DC/DC升压转换器、双向逆变器、电池充电电路等）对碳化硅器件需求增长，可提升效率与功率密度、减小设备尺寸并降低成本。截至2025年末我国新型储能累计装机144.7GW，预计2030年超450.7GW，2025-2030年复合增长率约25.5%。
④智能电网
碳化硅功率器件凭借耐高压、耐高温、高功率优势，广泛应用于高压及柔性直流换流阀、固态变压器等核心环节，在输电侧支撑柔性直流与特高压升级，在配电侧打通分布式能源高效接入，推动电网向主动调控演进。
⑤轨道交通
牵引变流系统采用碳化硅器件可提升功率密度与效率、降低能耗、减小体积重量并延长寿命，符合大容量、节能型、轻量化需求。2018年碳化硅器件在轨道交通功率器件中渗透率为2%，预计2030年升至约30%、2040年达70%，市场规模有望持续增长。
2030轨道交通领域碳化硅功率器件渗透率预测（%）
资料来源：普华有策
（2）射频器件下游应用领域
目前主流射频器件包括硅基LDMOS（限于4GHz以下低频）、砷化镓（功率低于50W）和碳化硅基氮化镓。碳化硅基氮化镓兼具高频与高功率优势，随着工艺成熟和成本下降，射频市场渗透率逐步提升。
①移动通信
碳化硅基氮化镓射频器件兼具良好导热性与高频大功率输出优势，用于功率放大器可满足5G基站对高频率、高效率、高可靠性的要求并降低能耗，已成为当前主流选择，有望在下一代移动通信基站进一步规模化应用。
②无线电探测
无线电探测是最早应用领域之一，发射组对射频器件功率和频率要求严苛。碳化硅基氮化镓MMIC模块可承受更高电压与温度，提供更大功率密度并简化冷却系统，在提升探测性能的同时减少体积重量、降低成本，应用前景良好。
（3）新兴应用领域
①AI算力基础设施
AI算力需求指数级上升，高密度芯片功耗大幅增加，驱动供电体系从传统UPS向高压直流（800V及固态变压器）升级。固态变压器依托碳化硅宽禁带材料实现高频变换，效率高且节省机柜空间，成为最优方案之一。碳化硅功率器件凭借耐高压、耐高温、高频高效等优势，成为适配下一代AI算力基础设施的主流选择。预计2030年AI数据中心对碳化硅衬底（折合6英寸）全球需求量达72.8万片。
②AR眼镜
AR眼镜被视为新一代人机交互入口，2025年全球销售额约2亿美元，预计2030年达94亿美元。碳化硅凭借高折射率、轻量化和高热导率优势，可制作更轻薄、清晰且散热良好的光波导显示系统。Meta于2024年推出碳化硅光波导原型机后，厂商布局加速，预计2030年全球销量约2,220万台，将成为碳化硅衬底需求的重要增量来源。
4、半导体碳化硅材料行业未来发展趋势
（1）应用拓展与渗透率提升，带动上游市场增长
下游新能源汽车、光伏储能、轨道交通、智能电网等需求高速增长，碳化硅凭借优异性能应用前景广阔。同时，制备技术成熟和国产化降本形成良性循环，器件渗透率预期提升，核心原材料衬底及外延片市场前景良好。
（2）向大尺寸、高品质方向发展
大尺寸可减少边缘浪费，8英寸较6英寸减少约7%边缘浪费，规模效应降本增效；高品质直接影响器件性能和稳定性。大尺寸、高品质是行业核心发展趋势。
（3）制备技术持续改进，提升良率与效率
衬底：晶体生长方面，主流PVT法存在晶型控制、扩径等难点，未来向扩大尺寸、降低缺陷发展，液相法有降本潜力但尚处研发；切割方面，线锯存在损伤和低效问题，激光切割有望更广泛应用；研磨抛光持续优化表面质量，降低缺陷。
外延：掺杂浓度均匀性和缺陷控制是难点。通过优化反应腔室设计、气体配比和工艺参数可改善均匀性；通过改善衬底质量、优化刻蚀和缓冲层工艺可减少缺陷，提升器件性能一致性、效率和可靠性。
6、半导体碳化硅材料行业进入壁垒
（1）技术壁垒
产业链环节多（设备、合成、晶体生长、切割、加工、检测、外延等），各环节工艺差异显著影响产品参数与合格率。技术迭代需要持续大规模研发投入，核心复杂度高、攻克难度大，是新进入者主要壁垒。
（2）人才壁垒
行业属人才密集型，需要具备跨学科研究能力的高层次技术人才持续创新，同时需建立经验丰富、稳定高效的生产团队保障大尺寸高品质材料的量产与交付。新进入者短期内难以组建合格人才团队。
（3）客户认证壁垒
下游客户对供应商评价维度多（性能、质量、产能、服务等），且终端应用对安全性、稳定性要求严苛，需经历高标准、长周期的认证程序。客户选定供应商后通常长期合作，更换成本高，构成重要壁垒。
（4）供应链管理壁垒
原材料种类多、规格要求高，需与供应商在产品质量、定制化能力、供货稳定性等方面长期磨合。新进入者需根据自身工艺匹配上游、确保质量可靠与快速响应，整合难度大。
（5）资金壁垒
行业属资金密集型，技术迭代快（从4英寸到6英寸、向8英寸及以上推进），需持续高研发投入；下游需求扩张要求不断投入产线建设与设备购置，新进入者需足够资金储备，门槛较高。
7、行业竞争格局
（1）竞争格局
在全球碳化硅产业链发展历程中，海外碳化硅企业起步早，产业链成熟度高，行业发展初期市场份额大部分被美国、欧洲企业占据。相比于海外企业，国内碳化硅衬底企业发展历史相对较短，在技术升级、客户导入、商业化应用方面处于追赶、突破阶段，近年来以天科合达为代表的长期深耕碳化硅材料领域的生产企业已逐步实现国产替代，与国际头部厂商的差距显著缩小。
碳化硅衬底行业集中度相对较高，行业内主要企业包括美国Wolfspeed、Coherent公司以及天岳先进、天科合达等国内公司。
（2）行业内的主要企业情况
1）美国Wolfspeed公司（WOLF.N）
Wolfspeed公司前身为Cree公司，成立于1987年，拥有从碳化硅衬底到器件的全产业链布局，是全球碳化硅行业的龙头企业。
2）美国Coherent公司（COHR.N）
Coherent公司前身为II-VIIncorporated，成立于1971年。Coherent公司为全球领先的工程材料、光电元件供应商，核心业务包括工业激光器、光通信、化合物半导体等，业务布局广泛。
3）天岳先进（688234.SH）
天岳先进成立于2010年，主营业务为碳化硅衬底的研发、生产和销售。天岳先进碳化硅衬底的产品结构曾以半绝缘型为主，近年来向导电型碳化硅衬底领域转型。
4）天科合达
北京天科合达半导体股份有限公司（简称“天科合达”）是国内第三代半导体碳化硅（SiC）衬底领域的龙头企业，专注于第三代半导体碳化硅（SiC）晶片的研发、生产和销售。经过近二十年积累，已形成拥有自主知识产权的七大关键核心技术体系，覆盖碳化硅单晶生长炉制造、原料合成、晶体生长、晶体加工、晶片加工、清洗检测和外延片制备等生产全流程，在长晶技术、外延技术等方面持续突破，致力于推动大尺寸、高品质碳化硅材料的发展。
《“十五五”半导体碳化硅材料行业细分市场调研及投资战略规划报告》涵盖行业全球及中国发展概况、供需数据、市场规模，产业政策/规划、相关技术、竞争格局、上游原料情况、下游主要应用市场需求规模及前景、区域结构、市场集中度、重点企业/玩家，企业占有率、行业特征、驱动因素、市场前景预测，投资策略、主要壁垒构成、相关风险等内容。同时北京普华有策信息咨询有限公司还提供市场专项调研项目、产业研究报告、产业链咨询、项目可行性研究报告、专精特新小巨人认证、市场占有率报告、十五五规划、项目后评价报告、BP商业计划书、产业图谱、产业规划、蓝白皮书、国家级制造业单项冠军企业认证、IPO募投可研、IPO工作底稿咨询等服务。（PHPOLICY:MJ）