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2016年，在新能源汽車中，一種名叫碳化硅功率器件的的零部件突然火了起來：

2016年4月，特斯拉Tesla Model 3中率先采用了以碳化硅SiC MOSFET為功率模塊的逆變器；

今年7月，比亞迪新上市的漢EV旗艦車成為首款采用SiC碳化硅模塊的國產新能源汽車；

9月，博世Bosch也首次展示了應用于新能源汽車電機的SiC碳化硅功率器件；

截至當前，全球已有超過20家汽車廠商在車載充電系統中使用碳化硅功率器件。

那么，碳化硅究竟是什么，又為何引得車企爭相熱捧？

半導體新材SiC 靜待爆發

目前全球95%以上的集成電路元器件以第一代半導體硅為襯底制造，但是硅基功率器件在600V以上高電壓和高功率場合下達到性能極限，難以滿足如今市場對高頻、高溫、高功率及小型化產品的需求。以SiC碳化硅為代表的第三代半導體材料憑借禁帶寬度寬、擊穿電場高和導熱率高等優異特性迅速崛起，正成為下一個半導體材料風口。

以博世的SiC碳化硅功率器件為例，與傳統Si硅基產品相比，使用碳化硅功率器件可使汽車電機的能耗降低，功率提升，汽車續航里程能隨之提高6%。

據IHS數據，2018年碳化硅功率器件市場規模約3.9億美元，預計到2027年碳化硅功率器件的市場規模將超過100億美元，9年間復合增速達40%。電動汽車、動力電池、光伏風電、航空航天等領域對于效率和功率的要求提升驅動著碳化硅器件市場快速增長，傳導到產業鏈上游，從而也打開了碳化硅晶片制造領域的市場空間。

由于應用前景廣闊，世界各國都將第三代半導體材料的發展放在戰略性高度。美國的SWITCHES計劃、歐盟的SPEED計劃、MANGA計劃以及日本的“實現低碳社會的新一代功率電子項目”都旨在促進碳化硅產業鏈的發展，以鞏固各國在第三代半導體領域的領先地位。

目前全球的碳化硅產業，美國、歐洲、日本三足鼎立。美國占據全球碳化硅產量的70%-80%，其中，美國Cree公司的碳化硅晶片全球市場占有率高達6成，屬于絕對龍頭；歐洲擁有完整的碳化硅襯底、外延、器件以及應用產業鏈，在全球電力電子市場擁有強大話語權；日本則在設備和模塊開發方面占據絕對領先優勢。

碳化硅晶片領域的高集中度，特別是美國企業的壓倒性優勢讓產業鏈風險更為突出。逆全球化背景下，碳化硅的國產化勢在必行。

在國內市場，以天科合達為首的一批企業，正聚焦第三代半導體碳化硅材料，致力于碳化硅晶片、晶體和碳化硅單晶生長爐的研發制造。2014年，天科合達成為國內首家研制成功6英寸碳化硅晶片的公司，成為這一細分賽道龍頭。據Yole統計，2018年天科合達的導電型碳化硅晶片的全球市占率為1.7%，排名全球第六、國內第一。

成為龍頭之前，天科合達也經歷過一段厚積薄發的過程。2017年以前，由于研發的持續投入，以及受碳化硅半導體材料工業化應用進程較慢的影響,公司經歷了持續虧損。然而2017至2019年，天科合達的營收從0.24億增至1.55億，三年增長了5.5倍；凈利潤從-2035萬元提升至3004萬元，扣非凈利潤也從-2572萬元增至1219萬元，實現大幅增長。

從利潤常年為負到如今扭虧為盈，天科合達到底經歷了什么？面對亟待爆發的碳化硅晶片行業，天科合達將如何繼續保持龍頭優勢，揚帆第三代半導體浪潮？

中科院加持 筑技術壁壘

SIC碳化硅產業的難度大部分集中在碳化硅晶片的長晶和襯底制作方面。

碳化硅200多種晶體結構中，只有少數幾種晶體結構的單晶型碳化硅才符合產品需求；而且碳化硅晶體的制作環境非常苛刻，需要在2000°C以上的高溫環境生長，生產過程中的碳硅比例、溫度、晶體生長速率、氣流氣壓等參數必須嚴格控制，否則很容易產生多晶型雜質。而硬度堪比金剛石的碳化硅也給切割、研磨、拋光工藝帶來很大挑戰。

沒有成熟的技術和工業借鑒，天科合達率先從中科院物理所引入“碳化硅單晶生長和晶片加工技術”，歷經15年，通過“產、學、研”結合的方式深耕碳化硅晶體生長、晶片加工和晶體生長設備研制領域。

和硅片一樣，往大尺寸發展是碳化硅的必然趨勢。晶片尺寸越大，一塊晶片可切割出的芯片數量越多，可以很大程度為下游器件制造降本增效。

但是尺寸越大對晶體生產加工的技術要求也越高。目前，國際碳化硅晶片廠商主要提供4至6英寸碳化硅晶片，Cree、II-VI等國際龍頭企業已經開始投資建設8英寸碳化硅晶片生產線。近幾年，天科合達的碳化硅晶片產品主要以4英寸為主，逐步向6英寸過渡，8英寸晶片的研發工作已經于2020年1月啟動。

通過不斷摸索，天科合達已經掌握了碳化硅晶片生產的全流程關鍵技術和工藝。但是，碳化硅襯底材料制造技術的高門檻也曾讓前期的研發投入高企。

2017年，天科合達的研發占營收比重高達61.84%，近兩年比例也維持在16.15%和18.81%的水平。前期相對緩慢的工業化進程，使得天科合達長期處于不盈利的狀態，直到2018年其凈利潤才轉正。截至2020Q1，天科合達仍有-1522.49萬元的累計未分配利潤。

雖然前期投入較大，但作為半導體新材料賽道里的明日之星，天科合達仍然是各路資本眼里的“香餑餑”。

除了第八師國資委實控的天富集團和中科院物理所位列第一、第二大股東，分別持股24.15%和7.73%，2019年天科合達還通過增資方式引入了戰略投資者集成電路基金和華為全資子公司哈勃投資，二者分別持股5.08%和4.82%。

從供給端來看，國內能夠向下游企業穩定供應4英寸及6英寸碳化硅襯底的生產廠商相對有限，目前天科合達和山東天岳的受關注度最高。但就研發進度來看，山東天岳2019年研制成功6英寸碳化硅晶片，比天科合達晚了5年。

在需求端，隨著碳化硅在終端產品的逐漸滲透，國內越來越多的功率器件企業開始涉足碳化硅半導體器件領域。

截至2018年末，產業鏈中游的中電科五十五所、泰科天潤、株洲中車時代、三安集成等企業已投資建成碳化硅器件生產線(包括中試線)。2019年以來，中科鋼研、泰科天潤、芯聚能等多家公司宣布了碳化硅器件生產線投資建設計劃，華潤微電子(688396.SH)等硅基功率器件企業的碳化硅器件生產業務也在計劃中。

高技術壁壘+高成長性，天科合達的擴張之路即將開始。

SiC增速迅猛 產能亟擴

天科合達的營收由三部分構成:碳化硅晶片為核心產品占比48.12%；籽晶、寶石等其他碳化硅產品占比36.65%；碳化硅單晶生長爐占比15.23%。

2017至2019年間，天科合達碳化硅晶片銷售量分別為0.51萬片、1.70萬片、3.25萬片，晶片銷售額從1020.9萬上升至7439.73萬元，年復合增速達170%。

銷售額增加的同時，4英寸碳化硅生產工藝的成熟及規模化生產助推著晶片成本進一步下降，2017至2019年，碳化硅晶片的成本已從2245元降至1842元/片。2020年一季度，隨著價格較高的半絕緣型晶片和6英寸晶片銷售占比上升，碳化硅晶片的盈利能力進一步顯現。目前，碳化硅晶片的毛利率已經從2017年的-12.1%顯著提高到29.5%。

而隨著銷量大幅增加，產能不足的問題也迎面而來。

雖然天科合達在過去三年持續擴大產能，實現了晶片產量的大幅增長，但是其產能利用率一直在97.95%、97.69%、98.28%的高位徘徊。

下游市場亟待爆發，而碳化硅晶片制造的高門檻也意味著后來者很難短時間內搶占市場，天科合達亟需通過產能釋放來吸收下游需求。隨著6英寸碳化硅晶片制作工藝的成熟，此次，天科合達計劃在公開市場募集5億元，用于6英寸碳化硅晶片擴產項目，預計項目投產后將年產12萬片6英寸碳化硅晶片。

放眼全球市場，國際龍頭Cree公司也在碳化硅晶片擴張業務上動作頻頻。 2019年，Cree宣布了迄今為止最大的投資——10億美元碳化硅產能擴張計劃，這筆投資將為Cree帶來碳化硅晶片制造產能和碳化硅材料生產的30倍增長。而Cree與英飛凌、安森美、ST等國際半導體龍頭簽署的巨額碳化硅供應協議也提前確定了碳化硅材料的市場滲透進程。

碳化硅晶片制造在第三代半導體浪潮中占據著戰略性地位。作為這個細分賽道上的龍頭，天科合達背負著國產化的重要使命。隨著碳化硅技術的成熟和發展，下游碳化硅應用的風口已至，突破產能瓶頸的天科合達將有機會充分受益。

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來源：億歐