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国防军工深度报告：第三代半导体，能源转换链“绿芯”材料
- 2022-05-19 00:30:46上传人：许我**温柔
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- 1 新材料 :高新技术基础及先导
- 2 第三代半导体 :能源转换链中的革命
- 2.1 碳化硅是功率器件的优质衬底材料
- 2.2 新能源及通讯将支撑市场稳步发展
- 2.3 价格及可靠性仍是扩大应用的难点
- 2.4 衬底及外延成未来弯道超车的关键
- 3 投资建议
- 风险提示：
- [Table_CompanyRptType]
- 行业研究
- 敬请参阅末页重要声明 及评级 说明 4 / 56 证券研究报告
- 图表 1新材料推动社会进步
- 图表 2工艺及设备是新材料的 “ 源 ”和 “ 流”
- 图表 3新材料技术和生物技术、软件等商业化时间及成本对比
- 图表 4技术成熟度及切中行业痛点是新材料应用关键
- 图表 5 1997 -2010 年半导体芯片的晶体管密度变化
- 图表 6新材料技术翻 “新 ”或下沉市场速度主宰企业的未来
- 图表 7海外及中国碳化硅产业链全景
- 图表 8半导体产业链结构
- 图表 9功率半导体产品范围示 意图
- 图表 10 各代半导体材料的主要用途
- 图表 11 功率半导体材料重要物理性能的比较
- 图表 12 碳化硅与其他半导体材料本征性质的比较
- 图表 13 碳化硅器件可在高压下使用
- 图表 14S IC器件、 GAN器件及 SI器件适用的频段
- 图表 15 碳化硅器件耐受温度高
- 图表 16 碳化硅（ SIC）器件可降低碳化硅（ SIC）器件可降低导通损耗
- 图表 17 采用碳化硅（ SIC）器件可将电力驱动系统体积减小 3~5 倍
- 图表 18S I和 SIC的耐压等级（二极管）
- 图表 19S IC肖特基二极管与快速硅二极管的 TRR 温度特性
- 图表 20S IC肖特基二极管与快速硅二极管的反向恢复特性
- 图表 21 晶体管开通损耗和关断损耗
- 图表 22 硅材料与碳化硅材料的器件损耗对比
- 图表 23 25℃ 下各器件的正向导通特性
- 图表 24 150 ℃ 下各器件的正向导通特性
- 图表 25 SI和 SIC的耐压等级电压范围
- 图表 26 碳化硅衬底、外延及器件产业链示意图
- 图表 272020 年我国 SIC电力电子器件应用市场结构
- 图表 28 基于碳化硅（ SIC）的驱动系统可搭载更轻、更小的电池且续航里程更长
- 图表 29 全碳化硅模块具备更高电流输出能力，支持逆变器达到更高功率
- 图表 30 英飞凌碳化硅产品在汽车中的应用
- 图表 31 罗姆碳化硅产品在汽车中的应用
- 图表 32 新能源汽车市场 SIC 晶圆需求预测（万片）
- 图表 33 西门子推出首款采用碳化硅晶体管的 155/165KW 组串型光伏逆变器
- 图表 34 中车株洲所自主研发的搭载全碳化硅牵引逆变器的列车
- 图表 35 引入 SIC器件以提高太阳能升压电路的转换效率
- 图表 36 光伏逆变器中碳化硅功率器件占比预测
- 图表 37 光伏逆变器中碳化硅功率器件占比预测
- 图表 38 使用氮化镓可以满足 5G 应用需求
- 图表 39 GAN 为 5G 提供单片前端解决方案
- 图表 40 GAN射频功率晶体管可作为新的固态能量微波源替代 传统的 2.45GH Z磁控管
- 图表 41 不同类型射频器件在高频高功率下应用对比
- 图表 42 不同类型射频器件市场份额预测
- 图表 43 全球碳化硅衬底氮化镓射频器件 2025 年市场规模将达 20 亿美金
- 图表 44 我国 5G 宏基站 4英寸 GAN晶圆需求量（万片）
- 图表 45 碳化硅晶片制造流程
- 图表 46 碳化硅晶体生长主流工艺比较
- 图表 47 碳化硅外延生长机理示意图
- 图表 48G AN/S IC及 GAN/A LN/S IC外延生长模式示意图
- 图表 49 SIC器件不同电压对于 SIC外延层 厚度和掺杂浓度的要求
- 图表 50S IC外延生长基本工艺曲线
- 图表 51 外延层三种方式优缺点对比
- 图表 52 不同切割工艺的性能对比
- 图表 53 超声振动辅助磨削
- 图表 54 在线电解修整辅助磨削
- 图表 55 SIC 精抛工艺对比
- 图表 56 碳化硅单晶 抛光片加工标准
- 图表 57 SIC 单晶中微管闭合及短微管形成的图片和示意图
- 图表 58 4H -SIC单晶外延过程中常见的几种 缺陷
- 图表 59 2英寸、 3英寸、 4英寸和 6英寸微管密度逐年降低
- 图表 60 碳化硅晶锭重复 A面工艺示意图
- 图表 61 碳化硅晶锭总位错密度与 A面生长阶段数间的关系
- 图表 622017 -2020 年 650V 的 SIC SBD 价格（元 /A ）
- 图表 632017 -2020 年 1200V 的 SIC SBD 价格（元 /A ）
- 图表 64 SIC MOSFET 2020 年平均价格（元 /A）
- 图表 65W OLFSPEED 晶圆尺寸增加芯片数量从而降低成本
- 图表 66 住友 MPZ （多参数和区域控制）溶液生长技术
- 图表 67 住友 6英寸 EPIERA 所构成的器件
- 图表 68C OOL SPLIT 技术切割晶圆的步骤
- 图表 69C OOL SPLIT 技术切割出的晶圆
- 图表 702020 年碳化硅功率半器件价值拆分
- 图表 712020 年 12 寸硅功率器件价值拆分
- 图表 72 海外企业碳化硅领域布局时间线
- 图表 73 国内企业碳化硅领域布局时间线
- 图表 74 排名前十的第三代半导体器件相关专利来源地申请数量、授权数量与授权比
- 图表 75 排名前十的第三代半导体器件相关专利受理地申请数量、授权数量与授权比
- 图表 76 中国第三代半导体器件专 利申请排名前十机构
- 图表 77 山东天岳、天科合达与海外可比公司经营情况对比
- 图表 78 近两年科锐公司、贰陆公司与山东天岳在半绝缘型碳化硅衬底领域按金额统计的市场份额情况
- 图表 79 全球半绝缘型碳化硅衬底领域市场份额情况
- 图表 80 国内外公司碳化硅相关专利数量（ 2020 年底）
- 图表 81 国内外碳化硅公司 2020 年研发投入情况
- 图表 82 4 英寸半绝缘型碳化硅衬底技术参数对比
- 图表 83 6 英寸半绝缘型碳化硅衬底技术参数对比
- 图表 84 4 英寸半导电型碳化硅衬底技术参数对比
- 图表 85 行业内各公司不同尺寸 SIC 晶片的推出对比
- 图表 86 国内外部分企业 8英寸衬底研发及量产时间表
- 图表 87 国内碳化硅衬底尺寸演进
- 图表 88 海内外碳化硅衬底及外延企业产品布局时间线
- 图表 89 国内部分厂商产能情况
- 图表 90 近五年我国颁发的行业部分法律法规政策
- [Table_CompanyRptType]
- 行业研究
- 敬请参阅末页重要声明 及评级 说明 7 / 56 证券研究报告
- 1 新材料 :高新技术基础及先导
- 当前， 我国新材料产业发展面临着重大战略机遇，以新一代信息技术、航空航
- 天、物联网、新能源汽车和轨道交通等代表的战略性新兴产业快速发展对材料产业
- 提出了更高要求，新材料研发的迫切性前所未有。《中国制造 2025 》、《新材料产业发
- 展指南》、《重点新材料首批次应用示范指导目录（ 2019 年版）》等政策文件相继出台，
- 为我国新材料产业发展指引方向。
- 我们认为，相较于 自然资源及终端应用材料，位于产业链中游的材料以其能深
- 远影响下游产业发展及决定自然资源使用方式，是最具投资价值的赛道。
- 新材料是传统产业升级和战略性新兴产业发展的基石。 新 材料是指新出现的具
- 有优异性能和特殊功能的材料，及传统材料改进后性能明显提高或产生新功能的材
- 料。新材料技术高度密集，不仅对电子信息、生物技术、航空航天等高新技术产业的
- 发展起着支撑和先导的作用，也推动着机械、能源、化工、轻纺等传统产业的技术改
- 造和产品结构的调整。因而新材料的创新能力，将在相当程度上决定未来中国制造
- 业的整体水平，决定中国在产业价值链上的高度。
- 图表 1新材料推动社会进步
- 资料来源：东滩智库，华安证券研究所
- 新材料公司的内在价值，我们认为取决于核心竞 争力、市场拓展、未来发展潜
- 力及估值等四大因素 。
- 新材料自身并非宝藏，生产流程中的工艺或设备才是新材料公司的核心竞
- 争力。
- 新材料的“新”是指相较传统材料某些性能有明显提升或出现了某些新功能，其
- 是决定能否取代传统材料甚至替代传统材料，抑或是开辟新兴行业的首要因素。从
- 新材料的出现途径来看，新材料大致可分为两大类：一类是由传统材料经过新工艺
- 或新设备改性而来，一类则是完全自主研发的新型材料。考虑到新材料的上游均为
- 基础的原料，因而生产流程中的工艺或者设备的优劣是决定其性能或功能的关键所
- 在。
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