格局 | 全球半导体硅片市场格局

大硅片/N 型硅片等技术革新带来的产能迭代。今年开始市场将以 18X、210 硅片为主，2018 年以前建设的 158 尺寸硅片生长炉面临淘汰。目前 166 尺寸生长炉可以生长 18X 硅片，但不能生长 210 硅片。随着硅片尺寸继续增大，这部分产能也将陆续迭代。
Topcon/HJT 等新电池片技术均需采用 N 型硅片，N 型硅片对生长炉的纯净度有更高的要求。当前的 P 型生长炉虽能使用，但会形成掺杂残留，一定程度影响硅片质量， 这部分产能也有迭代或改造需求。
产业竞争格局变化，竞争性扩产成为未来较长时期主旋律。当前隆基、晶科、晶澳等传统优势厂商通过一体化建设降低产业链成本，进一步提升竞争力。而上机数控、京运通等新势力与其它电池片厂商结盟，谋求通过快速建设产能实现降本。目前它们与传统龙头相比产能差距巨大，未来料将继续大幅扩产。阵营之间互相使用对方硅片的可能性降低，竞争性扩产量预计较长时间内大于下游装机量。光伏发电成本仍在继续下降，下游装机需求旺盛。据 CPIA 预计，十四五期间全球装机量将达到 222~287GW，是十三五期间的 1.73~2.23 倍。产业链的降价预期也促使硅片厂加快扩产摊薄固定成本。
结合上述分析，我们测算 2020~2022 年光伏硅片扩产量分别为 76、100、119GW，对应设备市场空间 144、180、201 亿元。
SiC 需求是否已经开始崛起，对公司的业绩会产生多大影响？
SiC 主要用于功率器件衬底。相对于当前普遍使用的 Si 衬底来说，SiC 具有耗能少、耐高压、散热好、尺寸小等显著优势，是更优的衬底材料。SiC 经过近几年的成本大幅下降，已进入普及期。特斯拉 Model 3、比亚迪汉 EV 均已使用 SiC 功率器件。预计未来两年还有更多车企使用。
SiC 主流厂家进入大规模扩产期。我国目前拥有 16 万片/年产能，但根据各家厂家扩产公告统计，未来两年将新扩 133 万片产能，是当前保有量的 8.3 倍。SiC 衬底加工包括长晶-切片-抛光-外延四大设备，其中长晶过程成本占衬底的一半，切磨抛三道工艺占剩下的一半，那么测算未来 2~3 年长晶设备增量空间在 30~60 亿元左右，切磨抛设备空间合计 30-60 亿元， 外延设备增量空间 35~40 亿元左右，合计碳化硅加工设备市场空间达 95~160 亿元。
晶盛是目前国内领先的 SiC 设备生产商，具备全部四类主设备的制造能力。如假设近两年其设备市占率仅为 10%，根据未来两年市场空间 95~160 亿元推算，该部分营业收入为 9.5~16 亿元，是公司 2019 年总收入的 30~50%。
二、两大因素驱动硅片扩产持续上升，公司长期受益
在下游光伏高景气度背景下为进一步降低成本、卡位技术迭代，扩产成为近年来光伏企业的普遍状态。据北极星太阳能光伏网统计，截止 2020 年 9 月，硅片环节包括硅棒、切方等， 企业公布扩产规模超 184.6GW，有望在未来 2 年内逐步达产，根据我们分析，近几年光伏硅片大规模扩产主要逻辑主要包含以下三点：
1）光伏市场需求景气度上升：目前产业对于下游需求、尤其 2021 年普遍预期乐观。光伏协会预计 2020 年国内装机近 40GW，全球合计近 123GW；2021 年国内平价项目节点明确、海外疫情影响需求释放，预计国内装机 60GW 以上，全球合计 170GW 以上，预计同比 2020 年增速高达 40%以上。同时，协会预计十四五期间，国内光伏年均新增装机量 70-90GW， 全球年均新增装机量 222-287GW，相较于十三五期间实现大幅提升。
2）大尺寸/N 型硅片驱动产能迭代：2020 年以来大尺寸硅片表现持续超出市场预期，预计182、210 产品将在 20 年 H2-21 年 H1 批量供货，并逐步成为市场主流，老旧产能将被持续淘汰。同时随着下游 N 型异质结产能渗透率逐步提升，对硅片设备提出更高要求，同时叠加硅片产能过剩后企业追求品质需求，大尺寸及 N 型硅片设备的迭代进度有望超市场预期。
3）新进入者加入扩产，一体化厂加大扩产力度：受益于下游厂商扶持，以上机数控、京运通为代表的新硅片厂商近两年积极推动产能布局。同时，2020 年光伏产业链价格波动较大， 越来越多头部企业意识到垂直一体化在市场波动时期可控性、可预测性更高，成本优势显著。出于提升产业链话语权角度考虑，目前晶科、晶澳、阿特斯等头部一体化厂商均有明确硅片扩产规划。行业形成竞争性扩产态势。
1、因素一：技术升级驱动产能，高效硅片设备需求旺盛
随着技术进步，单晶硅片尺寸持续扩大。2013 年底，隆基、中环等五个主要厂家牵头统一了标准为 M2(156.75mm)的硅片尺寸；2018 年，晶科推出 G1（158.75mm）硅片；2019 年， 隆基推出 M6（166mm）。2019 年 8 月，中环推出 G12（210mm）光伏硅片，面积相比 M2硅片提升了 80.5%，组件转化效率提升 5.68%可突破 610W，非硅成本降低 19.4%，对比现有尺寸产品性价比优势明显。
对此，2020 年 5 月，隆基联合晶科、晶澳等 7 家企业倡议 M10（182mm）硅片尺寸标准， 在 11 月 27 日，天合、通威、日升、中环、上机等 8 家企业发起 210 联合倡议。至此市场形成“182mm”与“210mm”两大硅片阵营，硅片尺寸向大尺寸化迈进。
根据 CPIA，2019 年市场仍以 158.75mm 为主，市场占比约 61%，2020 年上半年 158.75mm 组件占比超过 50%，其次为 166mm 尺寸占比 38%。而由于大尺寸组件显著降本优势，2020 年大部分电池片、组件企业在扩产时均选择 182mm、210mm 尺寸，由于从设备下单至释放产能一般需要半年时间，预计大尺寸产品在 2020 年 H2-2021 年 H1 开始逐步批量供货。同时目前下游龙头电池厂通威、爱旭扩产大部分选择 210mm 尺寸向下兼容，我们预期未来210mm 尺寸硅片未来渗透率有望持续提升。
随着大尺寸渗透率提升，将带来硅片设备的更新迭代。对于 2017 年之前存量硅片产能来说，166 尺寸硅片是兼容的最大产能上限，随着 210 尺寸硅片渗透率提升，预计 17 年之前小炉径的产能将被快速淘汰，预计将有约 40GW 左右；而近两年新扩的产能可生产 182 尺寸， 但无法生产 210 尺寸，由于客户对品质差异化需求，或将被新增产能逐步替代。随着大尺寸的产能替代，将带来相应硅片设备新一轮更新换代高峰，利好核心设备供应商。
下游 N 型电池片渗透率提升，也有望推动硅片设备更迭。尽管 P 型长晶炉可通过改造生产 N 型硅片，但由于 N 型硅片对于设备的纯净度具备较高要求，之前 P 型长晶炉生产会形成掺杂残留，需要通过煅烧挥发以及提高投料品质解决，一定程度会影响硅片质量，最好用以新上产能生产。此外，若未来上游颗粒硅渗透率提升，对应也有望带来长晶炉型号由 RCZ 向 CCZ 升级，以提升拉硅效率并减少材料浪费降低成本。
2、因素二：新进入者加入扩产浪潮，一体化厂推进硅片布局
2020 年单晶硅片合计产能超过 190GW，目前主流单晶硅片厂家包括隆基、中环、晶科、晶澳等，产能格局仍高度集中，其中隆基、中环形成双寡头格局，预计隆基 2020 年年底产能高达 75GW，占比约为 39%；中环产能高达 55GW，占比约为 29%。
一体化布局拉开成本差距，龙头加速硅片产能布局。2020 年光伏产业链价格波动较大，越来越多头部企业意识到垂直一体化在市场波动时期可控性、可预测性更高，成本优势显著。出于提升产业链话语权角度考虑，目前晶科、晶澳、阿特斯等头部一体化厂商均有明确硅片扩产规划。此外，11 月 17 日，通威亦公布与天合光能合作投资 15GW 硅片产能，其中 2021 年 9 月投产 7.5GW，2022 年 3 月投产 15GW。
根据安信电新团队的模型测算，在当前产业链价格下，硅片+电池片+组件垂直一体化的企业组件单 W 净利为 0.16 元/W 左右，电池+组件垂直一体化的企业组件单 W 净利为 0.05 元/W 左右，仅有组件环节的企业基本不盈利，处于略微亏损状态，垂直一体化组件龙头的成本和盈利能力优势非常明显。
同样的，在当前产业链价格下，硅料+硅片+电池片垂直一体化的企业组件单 W 净利为 0.31元/W 左右，硅片+电池垂直一体化的企业组件单 W 净利为0.19 元/W 左右，纯电池企业单W 净利为 0.07 元/W 左右，垂直一体化电池片龙头的成本和盈利能力优势亦非常显著。
新进入者具备后发优势，持续扩张市场份额。去年以来，以上机数控、京运通为代表的新硅片厂商近两年积极推动产能布局，在设备、厂房、电费等方面具备一定竞争力。同时受益于上下游游厂商加以扶持，这些新进入硅片厂持续扩大市场份额。2020 年以来，上机数控分别公告与天合光能签订 5 年 102 亿、与东方日升签订 3 年 114 亿、与阿特斯签订 2 年 35 亿长单。
3、综合测算：2020~22 年硅片设备市场空间预计达 144、180、201 亿元
综合以上几节论述，我们从需求端测算 2020-2022 年新增光伏硅片产能分别为 75.7、99.8、118.5GW，分别同比增长 91.65%、31.84%、18.74%：
1）假设 1：由于大规模扩产能够形成规模效应降低成本，同时能够扩张份额提升市场话语权，硅片产能对应光伏装机量并非一一匹配关系，通过比较新增硅片产能/装机需求，我们发现硅片环节竞争性扩产越发激烈，同时由于新进入者加入扩产浪潮，一体化厂推进硅片布局因素考虑，我们假设 2020-2022 年竞争性扩产占比分别为 40%、45%、50%。
2）假设 2：硅片尺寸一定程度上由长晶炉径决定，2017 年以前产能主要为炉径 140cm 以下，生产硅片尺寸为 166mm 及以下；2017-2018 年炉径为 140cm，可生产 166-182mm 硅片， 部分通过改造可生产 210mm 硅片。2019 年以来，行业配臵 160cm 长晶炉可生产 210mm 及以下硅片，我们预期随着大尺寸硅片渗透率持续扩大，同时由于设备本身性能也在逐年提升，改造设备性价比相对较低，假设 2020-2022 年将分别淘汰 2016-2018 年以来新增产能。
3）假设 3：尽管 P 型长晶炉可通过改造生产 N 型硅片，但由于 N 型硅片对于设备的纯净度具备较高要求，之前 P 型长晶炉生产会形成掺杂残留，需要通过煅烧挥发以及提高投料品质解决，一定程度会影响硅片质量，最好新增设备生产。我们假设 2020-2022 年 N 型电池产能分别为 5、20、40GW，并对应新增 N 型硅片需求。
由于硅片尺寸扩大以及生产技术发展，光伏硅片设备近年来产能效率持续提升。目前硅片单GW 设备投资约为 2 亿元，其中单晶炉、切片机占据核心价值量，目前单晶炉价值量为 1.2-1.4亿元/GW，切片机价值量为 0.3-0.4 亿元/GW。因此，根据上述新增产能，我们测算 2020-2022年硅片设备新增市场空间为 143.8、179.6、201.5 亿元。
4、定位产业链高价值环节，绑定龙头订单落地无忧
雄厚的技术实力保障了公司行业龙头的地位。晶盛机电是国内规模、技术、效益领先的光伏设备供应商，已建立覆盖全自动单晶炉、多晶铸锭炉、切磨复合加工一体机、截断机、切片机、叠瓦自动化生产线、智慧物流车间等较为齐全的光伏设备产线。全自动单晶硅生长炉被工信部评为第三批制造业单项冠军产品，全自动单晶炉系列产品和 JSH800 型气致冷多晶炉产品分别被四部委评为国家重点新产品。
公司是国内最大规模出货单晶硅生长炉设备的企业。公司的长晶炉系列产品在晶体硅生长设备领域市占率排名前列。2019 年销售晶体生长设备 1457 台，同比增长 8.41%，占据国内高端市场绝大部分份额。此外，公司近年来光伏晶体生长设备相关收入呈稳定增长趋势，2019 年晶体生长设备实现营收 21.73 亿元，同比增长 12.04%，远高于同行业竞争对手。随着未来硅片进入扩产高峰，大尺寸/N 型硅片渗透率提升，公司有望实现市场份额的进一步扩大。
大尺寸硅片设备龙头企业，技术研发储备充分受益。据公告，公司协同客户引领行业新产品技术迭代，是行业内率先开发并批量销售 G12 技术路线的单晶炉、智能化加工设备、切片机、叠瓦自动化产线的厂商。据公告，公司研制储备下一代光伏单晶炉，该设备可兼容 36-40 英寸更大热场，具备更大的投料量能力，更高的自动化生产技术特点，采用车间大数据采集系统、远程集中控制系统等多项先进技术，设备规模化操控水平较以前大幅提高。随着未来 3-5 年光伏产业先进产能的持续投入，公司将迎来新的发展机遇。
绑定龙头硅片厂商，充分受益于下游扩产浪潮。根据公司公告，公司目前硅片设备国内市场份额第一，客户包括中环、晶科、晶澳、上机、阿特斯等龙头硅片企业。2020 年前三季度公司新签光伏设备订单超过 45 亿，同比大幅增长。
据公告，截止 2020 年 Q3，公司未完成合同总计 59 亿元，同比大幅增长 130.65%，其中未完成半导体设备合同 4.1 亿元。同时，公司合同负债高达 22.24 亿元，同比大幅提升 125.79%，均体现公司 2020 年以来充分受益于下游扩产浪潮，新签多笔大额订单。随着 2021 年硅片扩产依旧维持高景气，公司订单业绩有望继续保持高速增长。
三、晶体设备龙头，发展步伐稳健
1、晶体硅生长领军企业，横向拓展多板块协同发展
浙江晶盛机电股份有限公司创建于 2006 年，产品主要应用于集成电路、太阳能光伏、LED、工业 4.0 等新兴产业。公司深耕光伏装备市场，客户覆盖中环股份、晶科、晶澳等国内知名光伏企业，以及金瑞泓、有研、合晶等优质半导体企业，客户质量优质，行业地位稳定。
1）半导体领域：公司目前已形成 8 英寸硅片晶体生长、切片、抛光、外延加工设备全覆盖， 产品已经批量进入客户产线，国产化加速落地；12 英寸硅片晶体生长炉小批量出货，12 英寸加工设备的研发和产业化也在加速推进。
公司已经开发出第三代半导体材料 SiC 长晶炉、外延设备，其中 SiC 长晶炉已经交付客户使用，外延设备完成技术验证，产业化前景较好。公司的半导体硅片抛光液、半导体坩埚、磁流体等重要半导体零部件、耗材已经取得客户的认证应用，进一步提升了公司在国内半导体材料客户中的综合配套能力。
2）光伏领域：公司依然是国内硅片大厂新增产能的优势供应商，保持新增订单市场份额第一， 目前已建立覆盖全自动单晶炉、多晶铸锭炉、切磨复合加工一体机、截断机、切片机、叠瓦自动化生产线、智慧物流车间等较为齐全的光伏设备产线。
公司协同客户引领行业新产品技术迭代，据公告，是行业内率先开发并批量销售 G12 技术路线的单晶炉、智能化加工设备、切片机、叠瓦自动化产线的厂商。
3）蓝宝石材料领域：公司布局了蓝宝石材料生产及切磨抛加工等关键环节，成功掌握国际领先的超大尺寸 300kg、450kg 级蓝宝石晶体生长技术，拥有行业领先的技术和成本优势。
公司与全球领先消费电子视窗防护制造龙头蓝思科技战略合作，据公告双方在宁夏共同成立 合资公司建设蓝宝石材料制造基地，为蓝宝石材料在消费电子应用领域的规模应用提前布局。
4）工业 4.0 领域：公司切入智能物流、仓储、开发了蛟舟号复合机器人和 IMES 软件为客户提供智能工厂解决方案，满足了客户对“智能制造”“机器换人”的生产技术需求。
2、收入业绩稳健增长，在手订单保障未来高弹性
光伏硅片扩产持续高景气，公司收入业绩高速增长。随着近年来光伏平价上网趋势推进需求释放，光伏市场持续保持较高景气度，同时一体化厂商扩产趋势确定、大尺寸具备一定迭代作用、同时产业成本持续下降，硅片环节将迎来扩产浪潮。公司 2020 年前三季度收入 24.85 亿元，同比增长 23.81%；归母净利润 5.24 亿元，同比增长 11.00%。
据公告，截止 Q3 公司未完成合同总计 59 亿元，同比增长大幅增长 130.65%，其中未完成半导体设备合同 4.1 亿元。同时，公司合同负债高达 22.24 亿元，同比大幅提升 125.79%，均体现公司 2020 年新签订大笔订单，未来收入业绩增长有望进一步提速。
公司 2020 年 Q3 单季度盈利能力环比显著提升，毛利率、净利率为 39.03%、24.29%，分别环比提升 12.09、5.78pct，主要系公司公告的大尺寸长晶炉供应链调整后规模效应体现， 盈利能力回归正常水平。公司 2020 年前三季度期间费用率为 11.22%，同比下降 1.76pct， 其中销售费用率、管理费用率、研发费用率、财务费用为 1.65%、3.90%、5.34%、0.33%， 分别同比变动 0.44、-1.17、-1.17、0.15pct。此外，公司 2020 年以来现金流水平持续提升， 公司 Q3 经营性现金流为 9.24 亿元，环比继续提升 1.42 亿元。
四、新能源汽车及光伏加速普及，SiC 材料设备迎来风口
1、SiC 性能优势明显，是更佳衬底材料
随着半导体工艺及材料的发展，以 SiC 为代表的半导体材料在禁带宽度、击穿电场强度、饱和电子漂移速率、热导率以及抗辐射等关键参数方面具有显著优势进一步满足了现代工业对高功率、高电压、高频率的需求，其主要性能优势如下：
1）低能量损耗。碳化硅具有 3 倍于硅的禁带宽度，使得碳化硅器件泄漏电流比硅器件大幅减少，从而降低功率损耗，同时碳化硅器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，开关损耗低， 大幅提高实际应用的开关频率。
2）耐高压。碳化硅击穿电场强度是硅的 10 余倍使得碳化硅器件耐高压特性显著高于同等硅器件。
3）耐高温。碳化硅相较硅拥有更高的热导率，使得器件散热更容易，极限工作温度更高。耐高温特性可以带来功率密度的显著提升，同时降低对散热系统的要求，使终端可以更加轻量和小型化。
SiC 功率半导体的性能优势主要体现低关断损耗与导通损耗。通过两组实验对比可以发现， 硅基 IGBT、FRD 模组在开关关断时会产生尾（tail）电流，因而产生不必要的开关损耗，使用 SiC MOSFET、SBD 的模组的关断损耗（Eoff）降低了 88%。
同时，因硅基 IGBT 的尾电流随温度升高而增加，在高温时损耗相较于 SiC MOSFET 将进一步加大；而硅基 IGBT、FRD 组成的模组在开关导通时，恢复电流（红色虚线圈起部分）是开关导通时的一大损耗，而在 SiC MOSFET、SBD 组成的模组中则几乎无相应波形，SiC MOSFET、SBD 的模组与硅基 IGBT、FRD 的模组的导通损耗 Eon 相比降低了 34%。

同时，由于 SiC 有较高的禁带宽度，SiC 功率器件可承受较高的电压和功率，其器件体积可变得更小，约为硅基器件的 1/10；此外同样由于其高禁带宽度，SiC 器件可进行重掺杂，SiC 器件的电阻将变得更低，约为硅基器件的 1/200。
SiC 晶片在生长时根据掺杂不同可分为导电型及半绝缘型，导电型晶片用于生长 SiC 外延， 主要用于制造功率器件，下游应用于新能源汽车及光伏；半绝缘型晶片用于生长氮化镓外延， 主要用于制造微波射频芯片，应用于 5G、通讯等。
根据 Yole 统计，2019 年全球 SiC 功率半导体市场规模为 5.4 亿美元，受益于新能源汽车及光伏领域需求量的高速增长，预计到 2025 年 SiC 功率半导体市场规模预计将达 25.6 亿美元，2019~2025 年 CAGR 达 30%，其中，在 xEV 与充电桩在 2019~2023 年的 CAGR 分别达到了 38%与 90%，光伏领域则达到 17%，考虑到 2020 年以来光伏接近平价进入普及拐点、新能源车销量明显提升，我们认为未来几年 SiC 市场规模预测将显著上修。SiC 的应用能够降低损耗，未来需求量较大。随着新能源汽车的发展，对电力驱动的小型化和轻量化提出了更高的要求，提升续驶里程的方式除了增加电池装机量就是降低损耗，而电池成本居高不下，且增加装机量需要额外的空间，因此通过 SiC 的应用降低损耗为新能源车未来最佳的选择方案。新能源汽车在使用过程中涉及电能转换的部分有：
1）电网的交流电、发电机发出的交流电转换为向电池充入的直流电，即直流充电桩、车载充电机及混动汽车发电机的 AC/DC 整流转换部分；
2）电池的直流电转换为电机所需要的交流电，即汽车主逆变器、电机、空调、照明等交流电设备的 DC/AC 逆变转换部分；
3）电池的直流电转为小功率电子设备供电，即汽车的高压直流电转换为低压直流电的DC/DC直流变压转换部分。而这其中较为关键的、影响整车性能表现的电能转换部分即充电桩、主逆变器和电机三部分，其功率器件用量较大。
在光伏逆变器中渗透率提升，驱动 SiC 市场增长。据天科合达招股书，在光伏发电应用中， 基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统的 10%左右，却是系统能量损耗的主要来源之一。SiC MOSFET 或 SiC MOSFET+SiC SBD 结合的功率模块的光伏逆变器能将转换效率将由96%提升至 99%以上，能量损耗则可降低 50%以上，设备循环寿命提升 50 倍，此外能缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命等也符合未来光伏逆变器未来的发展趋势。
目前安森美已推出适用于太阳能逆变器应用的全 SiC 功率模块，集成了一个 1200V、40mΩ SiC MOSFET 和具有双升压级的 1200V，40A SiC 升压二极管，SiC 价值量占整体逆变器成本的 10%，根据 CASA 预测，2025 年光伏逆变器中 SiC 器件价值占比将增长至 50%，因此我们认为光伏逆变器中 SiC 的应用将成为 SiC 器件市场需求增长的另一驱动因素。
2、成本是主要瓶颈，下降趋势明显
根据 CASA 三代半导体白皮书，目前各类 SiC 器件成本仍比 Si 基器件高 2.4~8 倍，但受下游扩产及电动车需求逐步增加，年降幅达 36~46 %，逐步接近商业化应用。根据 CASA 统计，SiC 二极管中耐压 600V-650V 的 SiC SBD，2019 年底的平均价格是 1.82 元/A，较 2018 年底下降了 35.92%，与 Si 器件的差距缩小到 2.4 倍左右；1200V 的 SiC SBD 的均价降至 4.09 元/A，较 2018 年下降了 45.76%，但与 Si 器件的差距仍然保持在 5 倍左右，耐压 600V-650V 的SiC 晶体管在 2019 年底的平均价格是 2.44 元/A，较 2018 年底价格下降了 46.4%，与 Si 器件的差距由 12 倍缩小到 8 倍左右。耐压 1200V 的 SiC 晶体管的价格降价明显，降至 3.9 元/A， 较 2018 年底下降了 45%，与 Si 器件的差距仍然保持在 6 倍左右。
我们预计 2022~2023 年为达到 SiC 达到合理性价比的关键节点，主要原因在于：
1）根据 Cree 官网，Cree 龙头厂商预计 2022 年扩产完成，产能扩大至 30 倍，大规模量产带来的规模效应将导致 SiC 器件成本大幅下降；
2）据 CASA 第三代半导体白皮书，目前国内 6 寸线良率较低，约 20%~30%左右，随着国内加速研发及扩产，未来 6 寸线良率将逐步上升，提高每片晶圆利用率，从而降低成本，且6 寸线的应用较 4 寸线将节省 30%左右的成本；
3）全 SiC 的逆变器预计从 2022/23 年在主流豪华电动车品牌中开始量产，终端需求逐步释放将提升厂商产能利用率，摊薄 SiC 器件生产成本。
3、SiC 衬底扩产潮开启，未来 2 年设备市场空间有望达 95-160 亿元
SiC 器件制备的完整产业链可分为衬底加工——外延生长——器件设计——制造——封测等步骤，国内目前已催生出一批优质企业并实现 SiC 制造的全产业链覆盖，正在通过不断研发以及大规模投资逐渐缩小与美欧日企业间的差距。
SiC 上游材料中，目前仍以国外企业为主导，衬底市场由美国的 Cree、Ⅱ-Ⅵ和日本的昭和电工占据 75%以上的市场份额，外延市场以美国的 Cree、DowCorning、II-VI、日本的 Rohm、三菱电机，德国的 Infineon 等为主合计占据全球 70%~80%的市场，根据 IHS 数据，2018 年全球 SiC 衬底市场规模为 1.21 亿美元，目前 6 寸 SiC  裸片价格约 1250 美元/片，4 寸 SiC裸片价格在 300 美元/片左右，市场需求以 4 寸 SiC 晶片为主，预计至 2027 年整体市场增长至 30 亿美元，CAGR 达 42.87%，且市场需求逐渐向 6 寸市场转移，由于 6 寸 SiC 片可用面积是 4 寸的 2.25 倍，约切出 300 片 SiC 芯片，成本也将节省 30%。
国内衬底生产商主要为天科合达、山东天岳、河北同光晶体、世纪金光、中电集团 2 所等。国内 SiC 衬底以 3-4 英寸为主，6 英寸产线正在爬良过程中，目前良率约 20%~30%，未来有望进一步提升，同时在加速进行对 8 英寸产线的研发。据半导体时代产业数据中心（TD） 统计，中国 2020 年 SiC 晶片产能仅有 16 万片；SiC 外延方面，主要生产商为瀚天天成、东莞天域、国民天成、世纪金光，以及中电科 13 所和 55 所。目前国内外延片也是以提供 4 英寸产品为主，并开始提供 6 英寸外延片，其中瀚天天成已稳定向海外公司供货，技术较为成熟，据 CASA 统计，2019 年国内 SiC 外延片折算 6 英寸产能约为 20 万片/年。
生产设备方面，SiC 材料制备过程中分长晶、切片、外延、检测、清洗等步骤，与传统硅生产线相似，上游生产设备比起中游制造自给率难度更大，目前国内主要布局的为 SiC 长晶炉及外延反应器，目前长晶过程主要使用的是物理气相传输法（PVT），其原理为将高纯  SiC微粉和籽晶分别臵于单晶生长炉内圆柱状密闭的石墨坩埚下部和顶部，通过电磁感应将坩埚加热至 2,000℃以上，控制籽晶处温度略低于下部微粉处，在坩埚内形成轴向温度梯度。
SiC 微粉在高温下升华形成气相的 Si2C、SiC2、Si 等物质，在温度梯度驱动下到达温度较低的籽晶处，并在其上结晶形成圆柱状 SiC 晶锭，将制得的 SiC 晶锭使用 X 射线单晶定向仪进行定向，之后磨平、滚磨，加工成标准直径尺寸的 SiC 晶体。由于 SiC 作为制备电子器件的材料时，需要在特定的衬底上生长出具有不同掺杂浓度、不同掺杂类型的 SiC 薄膜，其目前最成熟的是基于 CVD 技术的外延生长方法，通过在 SiC 衬底上同质外延获得。
SiC 片与传统硅片制备过程相比，硅片长晶速度较快，约 2cm~4cm/h，单根硅棒长度约 2~3m，单棒切片数量也较多，制备过程成熟，因此单片晶圆价格在 150 元至 1000 元不等，而 SiC 由于其长晶速度较慢，约 0.1mm~0.2mm/h，且长晶高度较短，仅不到 20mm，因此切片难度大，单价相比 Si 片较昂贵，未来随着制备工艺及产业的成熟以及良率的提升，单价将有望下降。
目前国内衬底生产设备国产化趋势加速，如中科钢研与露笑科技合作研发长晶炉，天科合达使用自研的长晶设备，晶盛机电长晶炉已实现销售。国内外延设备则主要以采购国外设备为主，如瀚天天成及东莞天域均采用 Aixtron 及 LPE 的外研设备，国内外延炉生产商有晶盛机电、中电科 48 所、北方华创，其中晶盛机电的外延设备 4 寸工艺已验证通过，正在进行 6 寸工艺验证。
随着 SiC 的高性能以及未来日益增长的需求逐步受到重视，国际大厂纷纷布局。2019 年， 在海外龙头 Cree 的带领下全球市场开启了以衬底片产能为主的扩产潮，其中 Cree 在 2019 年曾两次宣布其扩产计划，投资近 10 亿美金，预计在 2024 年实现扩大 SiC 晶圆产能至 2017年 Q1 的 30 倍，国内厂商也积极扩产，大规模投资建设 4 英寸和 6 英寸衬底片产线，加速追赶与海外龙头的差距。根据各公司公告统计，国内厂商未来扩产产能合计达 133.5 万片，产能预计在 2 年释放，相较于目前国内 16 万片/年的产能，扩产完成后预计实现产能呈几倍增长。
从产业链布局角度上看，国内基本已实现从衬底——外延——器件设计制造的全产业链布局， 生产及制备方面均已在加速国产化，在生产设备环节的长晶炉及外延炉方面，国内基本已能 实现自主生产，相较于传统 Si 基器件国内布局时间较早，随着国内以单晶炉制造企业如晶盛机电以及中科系研究所等加速布局 SiC 上游长晶炉及外延炉，国内生产设备自给率有望进一步提升，逐渐从低端设备领域实现对海外进口设备的替换。
从市场角度而言，SiC 的下游核心应用场景如高压电力传输、轨道交通、新能源汽车等国内市场需求量占比较大，国内 SiC 市场未来几年将保持高景气度，目前国内企业加速扩产衬底片的产能以满足下游应用市场的增长，势必会对上游制造设备的需求大幅提升。因此我们判断在市场保持高景气度的情况下，国内加速扩产产能叠加设备国产化率提升的双重因素驱动下，我国 SiC 生产设备厂商或将迎来风口。
由于国内 SiC 衬底市场的加速扩产，衬底及制造设备需求量较大，且目前生产设备中长晶炉及外延炉研发厂商较少，竞争格局较为明朗，龙头企业通过研发投入有望发挥强者恒强的优势。根据产业链调研数据以及我们的测算，碳化硅加工工艺为生长-切片-磨平-抛光-外延，其中长晶过程成本占衬底的一半，切磨抛三道工艺占剩下的一半，那么未来 2~3 年长晶设备增量空间在 30~60 亿元左右，切磨抛设备空间合计 30-60 亿元，外延设备增量空间 35~40 亿元左右，合计碳化硅加工设备市场空间达 95~160 亿元。
根据公司公告，公司目前自主研发的碳化硅单晶炉已经实现销售，外延设备兼容 4 寸和 6 寸碳化硅外延生长。在客户处 4 寸工艺验证通过，正在进行 6 寸工艺验证。该设备为单片式设备，沉积速度达到 50um/min，厚度均匀性＜1%，浓度均匀性＜1.5%。公司生产的碳化硅外延片应用于新能源汽车、电力电子、微波射频等领域，在行业内奠定了较好的基础和声誉。公司将继续加大研发力度，充分发挥在半导体装备和精密制造领域的技术优势，持续拓展碳化硅等第三代半导体材料装备。