【IPO价值观】从天科合达看国产碳化硅产业化发展之路

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，今年以来，我国加大“新基建”建设力度，新基建涉及领域与我国半导体产业的发展密切相关，将成为我国新一轮半导体产业快速发展的驱动因素。尤其是在功率半导体方面，碳化硅所带来的性能提升，对于包括电动汽车在内的下一代工业解决方案至关重要。

在国内政策推动下，新能源汽车、5G通讯等下游应用对功率器件的需求大幅增加将导致碳化硅晶片呈现“井喷式”增长。以碳化硅晶片作为衬底材料的工艺逐步成熟并进入产业化阶段，但目前来看，国内厂商在碳化硅晶片尺寸、产品良率、产业布局等方面与CREE等国际龙头企业仍存在差距。为此，借此次天科合达IPO，复盘CREE在碳化硅上历程，探索我国碳化硅产业化发展之路。

天科合达推进碳化硅晶片产业化

碳化硅产业链主要包括衬底、外延、器件（设计，制造，封测）和应用。具体来看，以碳化硅晶片为衬底，采用化学气相沉积等方法，在晶片上淀积一层单晶形成外延片。其中，在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层制得碳化硅外延片，可进一步制成功率器件，应用于新能源汽车等领域；在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层制得碳化硅基氮化镓外延片，可进一步制成微波射频器件，应用于5G通讯等领域。

来源：天科合达招股书

从产业链来看，碳化硅晶片位于产业链上游支撑整个产业发展，不论是从器件性能还是成本因素来看，其重要性不言而喻。但碳化硅晶片制造工艺难度大，自主研发周期长，存在较高的技术门槛和人才门槛。

我国碳化硅领域的研究起步慢，发展初期受到国外技术封锁和产能规模的限制，直到21世纪以天科合达为代表的国内企业开始探索碳化硅单晶片的工业化生产。2006年中科院物理所与上海汇合达等公司成立天科合达，依托中科院物理所在碳化硅领域的研究成果，开发碳化硅晶体生长炉和碳化硅晶体生长、加工技术及专业设备，并建立完整的碳化硅晶片生产线。2013年，天科合达开始进行6英寸碳化硅晶体的研发工作，2018年实现6英寸碳化硅晶片的量产。

在自主研发过程中天科合达还掌握了覆盖碳化硅晶片生产的“设备研制—原料合成—晶体生长—晶体切割—晶片加工—清洗检测”全流程关键技术和工艺，碳化硅晶片和其他碳化硅产品目前已成为天科合达收入的主要来源，自主研发的碳化硅单晶生长炉通过供货给国内科研机构和企业，实现了收入增长的同时带动国内产业发展。

从产业链布局情况来看，目前天科合达等厂商仅布局上游材料端的晶片生产制造环节，其毛利率并不高，2017年-2019年，天科合达的碳化硅晶片产品毛利率仅为-12.09%、13.49%、19.46%，均低于布局全产业链的CREE。

CREE加速布局碳化硅产业链

天科合达在推进大尺寸碳化硅晶片产业化、缩小与国际龙头企业差距时，以CREE为代表的国际龙头企业已经走在加强产业链布局提高市占率的路上。

国际碳化硅龙头企业起步较早，产业发展已较为成熟。以CREE为例，在晶片生产方面，上世纪90年代初成功推出碳化硅晶片产品，并于2012年成功研制出全球首片6英寸碳化硅晶片并规模化生产。

2019年5月，CREE宣布10亿美元投建碳化硅晶圆和材料，未来5年碳化硅晶片产能将增长30倍。CREE判断目前已经达到了新能源汽车产业链采用碳化硅的转折点，全球汽车制造商已宣布计划在电气化项目上花费至少3000亿美元。

2018年，以新能源汽车、光伏为代表的新能源行业快速发展，成为了碳化硅晶片市场空间巨大的新兴行业，全球范围内新能源车的普及趋势明显，产业的发展对功率器件需求量日益增加，成为功率半导体器件新增长点。

整体来看，国际半导体龙头企业在碳化硅领域加速产业链布局，一方面将推动碳化硅材料的市场渗透率加速，另一方面也加速抢占碳化硅晶片市场份额。

可借鉴的产业化发展之路

根据Yole的数据，未来几年碳化硅功率器件的复合年均增长率将超过30%，新能源汽车和充电设施是其中增长最快的两个应用场景。在行业即将迎来爆发的未来几年，借鉴国外碳化硅龙头成功的发展历程，可为我国碳化硅产业发展指引方向。

受中美贸易环境等经济局势影响，近年来我国碳化硅器件厂商的原材料供应受到较大程度的制约，下游市场出现了供不应求的局面。提高碳化硅衬底材料的国产化率、实现进口替代是我国碳化硅行业亟需突破的产业瓶颈。从CREE的发展历程来看，具体可从以下几方面进行突破：

做好碳化硅晶片生产精确控制，提高晶片良率。目前CREE等国际龙头企业的碳化硅晶片合格率最高可达70%-80%，中国电科碳化硅产业基地生产的合格率可以达到65%。虽然天科合达没有披露相关信息，但据利益相关人士透露，其晶片良率并不高。事实上，碳化硅晶片生产过程中精确控制一直是个核心难点，碳化硅单晶只有“固-气”二相，控制难度大，且碳化硅单晶有多达250余种同质异构体，但用于制作功率半导体的主要是4H-SiC单晶结构。通过精确控制，提升晶片的良率，减少材料的损耗有利于降低晶片的成本。

重视晶体生长扩径技术研发，有效降低成本。从产业发展的规律看，只有当成本和价格跌至某一些临界点后，其大规模的应用才会起来。随着碳化硅晶片逐步向大尺寸迭代，产品尺寸和参数的升级几何级地提高了加工难度。从CREE公司发展来看，通过持续大规模投入研发费用、与高效合作探索大尺寸晶片的制备工艺，不断升级并采用先进的碳化硅晶体生长技术实现大尺寸碳化硅规模化生产，有效降低碳化硅晶片生产成本。

强化产业链布局，提前锁定下游客户订单。在产业链布局方面，CREE旗下Wolfspeed整合了从碳化硅衬底到模组的全产业链生产环节，占据市场主导地位，CREE的碳化硅衬底占据了全球市场近40%份额，在碳化硅器件的市场份额亦仅次于英飞凌。从产业链布局来看，CREE、ROHM这些国际龙头通过垂直整合上下游资源，布局整个产业链，通过对碳化硅衬底、外延再到器件各个环节成本控制，可有效降低碳化硅器件的产品价格。

此外，国际龙头还加强与上下游产业链的联合，通过合同、联盟或其他方式提前锁定订单，如CREE与Infineon、ST等欧美主要第三代半导体下游企业签订长期供货协议，提前锁定订单。

行业内人士表示，“目前，碳化硅的器件价格仍较高，产业尚未爆发，但在碳化硅产业链中，可以看到CREE等企业已率先展开上游材料的布局与整合，在产业链迎来爆发的时候，掌控了完整产业链的企业将占有先机且更具有市场议价能力。”从天科合达业务布局来看，目前仅涉及晶片方面，未来要想提高市场议价能力以及毛利率，通过业务拓展、整合下游资源等方式，或对天科合达未来的碳化硅产业化大有裨益。（校对/Arden）