SiC 衬底是第三代化合物半导体材料中GaN及SiC 应用的基石。可以通过在SiC 衬底上生成所需的薄膜材料形成外延片，进一步制成器件。

SiC 产业链

为什么要做外延呢？

外延是指通过外延生长技术（如气相外延MOCVD、液相外延等）在衬底上生长出来的薄膜。这个薄膜可以与衬底用相同的材料（同质外延），但可以用与衬底不同的材料（异质外延）。

如果还闹不明白啥是外延，可以参考这里：衬底与外延，这俩到底是啥关系？这回帮你捋顺了！

外延的主要作用可以归结两个方面：

一是，同质外延，可以提升器件的稳定性。从生产工艺来看，外延技术对外延温度、气流、时间等参数的精确控制，使得外延层的缺陷度可以比同质衬底更小，在衬底上沉积一层外延可以达到提高器件的性能及可靠性的目的。器件依据不同的设计，所需的外延层厚度也会有所差异。一般而言，外延的厚度越大，器件能够承受的电压也就越高（比如，600V~6500V的应用，SiC 外延层的厚度一般在1~40um，而衬底厚度一般在几百um左右）。由于SiC 外延有一定难度，所以市场上有一些专门做SiC 外延的厂商。

二是，异质外延，可以大幅降低成本。比如，它通过在便宜的硅片上生长一层薄薄的GaN外延，这样用成熟（便宜，12英寸Si衬底也就200/片）的第一代半导体材料做衬底，来(部分)实现第三代半导体（SiC 6英寸衬底6000+/片）宽禁带的特性，可谓是相当划算。但是像这种异质外延的结构，也存在很多问题，比如晶格失配（可以理解为把脚手架搭在塑料地基上）、温度系数不一致（热胀冷缩，温度变化时，不同材质肯定存在问题）、热传导不良（Si的导热性很差的）等等。

借助石墨烯实现Si衬底上单晶GaN薄膜的外延生长

在导电型SiC 衬底上生长SiC 外延层制得SiC 外延片，可进一步制成功率器件，应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域在半绝缘型SiC 衬底上生长氮化镓外延层制得SiC 基氮化镓（GaN-on-SiC）外延片，可进一步制成微波射频器件，应用于5G 通讯、雷达等领域。

SiC衬底与外延片的价格趋势

SiC衬底价格会随着尺寸增加有所下降，同时进一步带来销量的稳步上升。目前衬底发展最重要的方向趋势是扩大直径，这会降低衬底生产成本，进而降低售价，价格的下降也会加速SiC衬底在各领域内的渗透。根据CASA数据预测，SiC衬底和外延随着产业技术逐步成熟（良率提升）和产能扩张（供给提升），预计衬底价格将以每年8%的速度下降。

SiC衬底价格发展趋势（RMB/cm²）

SiC 衬底、器件、外延片市场规模预测

碳化硅外延片价格发展趋势(RMB/cm^2)

SiC 器件发展历史

SiC 器件发展史

SiC发展前景：到2027年，国内约150亿元市场。根据Yole数据，2027年全球SiC功率器件市场规模将由2021年的约11亿美元增至62.97亿美元，2022-2027年每年以34%年均复合增长率快速增长。汽车应用主导SiC市场，占整个功率SiC器件市场的75%以上。2027年，中国市场约占全球份额的35%（22亿美元）。

2027年全球SiC功率器件市场规模

国际发展现状：国内外差距5-10年行业“二八定律”显著，国际SiC市场主要由意法半导体(41%)、英飞凌(23%)、Wolfspeed(15%)高度垄断。2019年已完成8英寸SiC产线量产，并开始布局12英寸，国内主要仍以4英寸和6英寸产线为主。国内与国际先进技术差距在5-10年左右。相关机构预测，国内SiC行业的发展，也将朝着马太效应越来越显著的趋势发展。

国内SiC市场： 具备IDM能力，累计融资达1500亿。与Si基数字芯片核心技术点不同，第三代半导体SiC功率器件的关键技术，在于衬底外延的制备与器件模组的研发，对工艺制程要求不高，可不受先进光刻机的制约。当前，国内第一梯队的SiC相关企业均已具备IDM能力。

碳化硅器件成本结构：衬底及外延占据70%

SiC衬底与外延制备：截止2022年，国内有30余家企业已在SiC衬底环节布局（基本半导体不在其内），新项目投资额约为500亿元（衬底300亿，外延200亿）。器件研发与模组设计：截止2022年，有49家企业在SiC功率器件环节布局，新项目投资额约为1000亿元。国内融资规模来看，由于器件研发与模组设计的投资回报周期相对较短，即使成本占比较低，却更易获得更多融资。市场与产能方面：市场空间大，竞争白热化。截止2022年，国内6寸SiC晶圆（折合）产能约10万片/年，根据中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟测算，随着国内新能源汽车的飞速发展，2025年国内SiC需求将有望突破50万片/年，国内主要SiC企业均在积极扩产。

后记

目前碳化硅器件的生产、制备成本仍然偏高，若良率提升缓慢导致成本下降不及预期，则将影响到碳化硅在下游应用领域的渗透；此外，受益日益旺盛的下游需求，国内外SiC 企业积极扩产，若未来行业竞争加剧导致产能过剩，则SiC 产品面临降价的风险。