碳化硅外延：功率半導體產(chǎn)業(yè)鏈的“價值高地”

碳化硅外延片存在的根本原因，在于碳化硅功率器件無法直接在單晶襯底上制造。 一方面，襯底自身存在各種生長缺陷，無法達到直接制作碳化硅器件的要求；另一方面，襯底制作工藝很難精確控制摻雜濃度。外延生長技術(shù)可以改善襯底缺陷，避免對器件造成致命性影響，同時也可以精確控制摻雜濃度、提升摻雜濃度均勻性。

所有的碳化硅功率器件，都是制作在外延層里面的。 器件制作完成后，絕大部分情況下會將襯底減薄甚至磨掉，以消除襯底帶來的電阻和熱阻。對于最終的碳化硅功率器件來說，耐壓能力、開關(guān)效率、能量損耗等核心性能，都是由外延層決定的。

按晶圓尺寸劃分，碳化硅外延片主要分為4英寸、6英寸和8英寸三類。6英寸仍是當前主力量產(chǎn)平臺，產(chǎn)業(yè)鏈相對成熟，是現(xiàn)階段市場核心規(guī)格。 8英寸代表大尺寸化與降本升級方向，正在加速導入，是未來增長主線。4英寸主要用于研發(fā)、小批量和部分存量應(yīng)用，市場占比逐步收縮。

從下游器件電壓等級來看，1200-3300V SiC器件是當前最核心的應(yīng)用市場，也是主要增量來源，覆蓋新能源汽車主驅(qū)逆變器、光伏逆變器、儲能變流器、工業(yè)驅(qū)動等場景。600-1200V SiC器件主要應(yīng)用于車載OBC、DC/DC、充電設(shè)施和工業(yè)電源，規(guī)模持續(xù)增長但占比相對溫和。3300V以上SiC器件基數(shù)較小，但對厚外延和高可靠性要求更高，主要面向軌道交通、智能電網(wǎng)和高壓工業(yè)、特種電力電子等領(lǐng)域。 應(yīng)用演進趨勢方面，汽車電動化仍是核心需求引擎，能源與工業(yè)場景正成為重要新增量，高電壓、高效率、高可靠性需求推動外延片持續(xù)升級。

碳化硅外延片是制作功率器件的基石，也是器件發(fā)揮效能的核心。

外延層承擔三個核心功能：通過可控摻雜形成器件的導電溝道或漂移區(qū)；通過厚度與摻雜濃度的協(xié)同設(shè)計承擔阻斷電壓；提供高質(zhì)量、低缺陷密度的表面，確保后續(xù)工藝中柵氧化層、歐姆接觸等關(guān)鍵界面的可靠性。

外延層的質(zhì)量直接影響器件的耐壓等級、導通電阻、漏電流、開關(guān)損耗、良率和長期可靠性。碳化硅外延片的關(guān)鍵控制指標包括外延層厚度、摻雜濃度、厚度均勻性、摻雜均勻性、表面缺陷、位錯缺陷和背面潔凈度等。

目前車規(guī)1200V外延層的價值已超過襯底，固態(tài)變壓器3300V外延層的價值更是襯底的三倍以上。

不同電壓等級對厚度要求差異顯著：600V級器件需要約5-8μm；1200V車用器件需要10-15μm；1500V光伏逆變器用器件需要13-15μm；3300V工業(yè)、電網(wǎng)用高端器件需要30-40μm；10000V以上的超高壓器件則需要100-150μm以上。在同一規(guī)格的襯底上，外延層越厚、結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對應(yīng)的商業(yè)價值和技術(shù)門檻越高。

碳化硅功率器件向高壓方向演進，背后有一個清晰的物理邏輯：P = V × I。對于同樣的功率，電壓提高，電流就能降低；而能量損耗等于電流的平方乘以電阻（I2R），電流越小，損耗大幅下降。

這一基本原理驅(qū)動著新能源汽車從400V升級到800V乃至1000V，光伏風電并網(wǎng)器件從400V提升至1700V甚至2000V，AI數(shù)據(jù)中心和電網(wǎng)推動高壓固態(tài)變壓器應(yīng)用。外延層厚度直接決定器件能承受的電壓上限，因此高壓化趨勢持續(xù)推高對外延環(huán)節(jié)的技術(shù)要求與價值量。

外延環(huán)節(jié)的技術(shù)壁壘同樣不容忽視。厚外延不僅要厚度達標，還要在大厚度下保證低缺陷和高均勻性。外延生長對缺陷控制要求極高，良率直接決定企業(yè)盈利水平。行業(yè)普遍存在“設(shè)備易得、良率難求”的現(xiàn)象。據(jù)灼識咨詢數(shù)據(jù)，2024年全球前五大碳化硅外延代工企業(yè)合計占據(jù)93.4%的市場份額。

百億美元賽道

從13億到109億的增長曲線

據(jù)QYResearch調(diào)研，2025年全球碳化硅外延片市場規(guī)模約為13.05億美元，預(yù)計2032年將達到109.53億美元，2026-2032期間年復(fù)合增長率為37.6%。 這一增速在半導體材料細分領(lǐng)域中處于較高水平。

從區(qū)域結(jié)構(gòu)看，中國是全球最大的碳化硅外延片生產(chǎn)地區(qū)，占有接近50%的市場份額。中國企業(yè)在全球?qū)I(yè)外延片外供市場中的影響力持續(xù)增強，瀚天天成、天域股份、普興電子等廠商正在加快產(chǎn)能建設(shè)。

全球碳化硅外延片市場呈現(xiàn)“垂直一體化IDM廠商與專業(yè)外延片供應(yīng)商并存”的競爭結(jié)構(gòu)。Wolfspeed、意法半導體、ROHM通過襯底、外延、器件和模塊一體化布局強化供應(yīng)保障；Resonac、瀚天天成、天域股份等企業(yè)重點參與外延片外供市場。

行業(yè)趨勢

三個確定性方向

碳化硅外延片行業(yè)正呈現(xiàn)三個明確趨勢：

尺寸升級加速。 6英寸仍是主流，但8英寸正由技術(shù)驗證逐步進入產(chǎn)業(yè)化階段。Wolfspeed已全面聚焦8英寸碳化硅規(guī)模化生產(chǎn)。意法半導體持續(xù)推進200mm襯底、外延和晶圓制造一體化布局。

需求多元化。 碳化硅外延片市場增長主要受新能源汽車、充電基礎(chǔ)設(shè)施、光伏逆變器、儲能系統(tǒng)、軌道交通、智能電網(wǎng)、工業(yè)電源和高效數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用拉動。隨著功率器件從硅基IGBT向SiC MOSFET升級，下游對高耐壓、低損耗、高頻化、小型化和高溫穩(wěn)定運行的需求持續(xù)增強。

競爭重點轉(zhuǎn)移。 行業(yè)競爭正由產(chǎn)能規(guī)模轉(zhuǎn)向良率、成本、認證和供應(yīng)鏈整合能力的競爭。產(chǎn)品正向更高一致性、更低缺陷密度、更大尺寸和更高電壓平臺發(fā)展。

長期來看，碳化硅外延片行業(yè)將保持較高出貨增速，但企業(yè)收入、利潤及現(xiàn)金流表現(xiàn)將進一步分化。能夠穩(wěn)定實現(xiàn)低缺陷、高良率和規(guī)模化交付的廠商，更有可能在下一輪行業(yè)整合中擴大市場份額。

信息來源：財聯(lián)社、QYResearch半導體行業(yè)深度調(diào)研