公司首次覆盖报告：半绝缘碳化硅衬底龙头，进军导电型衬底大市场

公司是国内碳化硅衬底领先企业，首次覆盖给予“增持”评级 公司成立于2010年，专注第三代半导体碳化硅衬底产业，主要产品包括碳化硅半绝缘型和导电型衬底。当前碳化硅衬底在射频及功率器件的渗透率逐步提升，市场空间有望快速增长。公司在半绝缘型衬底的销售规模与技术水平位居全球前列，正通过IPO募投项目进军导电型衬底市场，有望取得长足发展。我们预计2022-2024年公司实现收入7.15/12.10/15.71亿元，实现净利润1.18/1.61/2.39亿元，当前股价对应PS为58.5/34.6/26.6倍，首次覆盖给予“增持”评级。 第三代半导体材料给功率器件带来性能革新，市场快速增长可期 碳化硅属于第三代半导体材料，具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高热导率等特点，以其作为衬底和外延材料制作成的功率器件适用于高压、高频、高温的应用场景，相较于硅器件，可以显著降低开关损耗。因此，碳化硅功率器件下游主要用于新能源光伏、新能源汽车等行业。采用碳化硅模块的主驱逆变器渗透率预计将不断提升，碳化硅功率器件与碳化硅衬底市场快速增长可期。 公司半绝缘型衬底技术和规模领先，开发导电型衬底进军功率器件大市场 公司在半绝缘衬底领域有深厚的技术积累，2011-2018年，公司将半绝缘型和导电型衬底的量产能力从2英寸扩展到6英寸，逐步缩小与海外龙头厂商差距。据Yole数据，2019年及2020年，公司已跻身半绝缘型碳化硅衬底市场的全球前三，技术水平和量产规模位居世界前列。此外，公司已成功掌握了导电型碳化硅衬底材料制备的技术和产业化能力。据公司招股书，公司6英寸导电型衬底产品指标与海外大厂接近。公司6英寸导电型产品已送样至多家国内外知名客户，并中标国家电网的采购计划，公司亦已启动8英寸导电型衬底研发工作。公司将投入20亿元IPO募集资金用于“碳化硅半导体材料项目”，发力导电型碳化硅衬底的研发和产业化，夯实自身技术与量产能力。 风险提示：公司导电型衬底开发及客户认证不及预期；下游通信、新能源汽车等行业发展增速不及预期；行业竞争加剧，利润率下滑。 财务摘要和估值指标 1、国产半绝缘碳化硅衬底龙头，进军导电型发力功率大市场 1.1、自主研发结硕果，半绝缘型碳化硅衬底不断突破 公司前身天岳有限成立于2010年，2020年11月天岳有限整体变更为股份有限公司，并于2021年12月登陆科创板上市。公司成立以来专注第三代半导体碳化硅衬底产业，主要产品包括碳化硅半绝缘型和导电型衬底。 图1：公司产品包括半绝缘型和导电型衬底 公司实控人为宗艳民，哈勃投资等产业力量入股。公司实控人为董事长宗艳民，持有公司30.09%的股权。华为通过哈勃投资，持有公司6.34%股权。 图2：董事长宗艳民持有公司30.09%股权 公司通过自主研发，不断提升技术水平和产品品质。2011-2018年，公司将半绝缘型和导电型衬底的量产能力从2英寸扩展到6英寸，逐步缩小与海外龙头厂商差距。目前公司已启动8英寸导电型衬底研发工作，有望借助IPO募投项目形成量产能力。 图3：公司不断取得技术进步 公司半绝缘型衬底的研发和量产能力处于国际先进水平。半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延，可用于制造HEMT等微波射频器件，应用于5G通讯设备、雷达等市场。由于半绝缘型衬底可用于有源相控阵雷达等军事应用，国外部分发达国家对我国实施技术封锁和产品禁运。2008年，《瓦森纳协定》对半绝缘型碳化硅衬底材料进行了明确的限制。公司通过自主研发，实现半绝缘型碳化硅衬底的量产供货，实现了我国核心战略材料的自主可控，有力保障国内产品的供应。据Yole数据，2019年及2020年，公司已跻身半绝缘型碳化硅衬底市场的全球前三，技术水平和量产能力位居世界前列。 图4：公司2019年全球市占率为18% 图5：公司2020年全球市占率为30% 公司深植研发基因，承担科研重任。宗艳民先生带领团队先后攻克原料提纯、碳化硅材料生长及缺陷控制、衬底加工等难题，实现2-6英寸宽禁带半导体材料研发或产业化。公司历年来承担了国家核高基重大专项、国家新一代宽带无线移动通信网重大专项、国家新材料专项、国家高技术研究发展计划项目、国家重大科技成果转化专项等多项国家和省部级项目。公司曾取得国家科学技术进步一等奖等荣誉，技术实力走在国内碳化硅衬底领域前列。 图6：公司取得多项科研荣誉 公司保持高强度研发投入，研发费用率较高。公司研发投入逐年加大，2021年研发费用投入7374万元，同比增长62.05%，主要系公司4英寸衬底项目在2018-2020年陆续结项，2021年的研发重点在6英寸及以上大尺寸项目。大尺寸项目耗用材料如石墨件及保温材料单价较高，造成研发材料投入增长较快，研发费用大幅增加。 2021年公司研发费用率达14.93%，超过贰陆公司研发费用率，与Wolfspeed公司的研发费用率尚有一定差距。 图7：公司研发费用逐年增加 图8：公司2021年研发费用率超过贰陆公司 1.2、良率提升及规模扩大，助力财务指标不断改善 公司主营业务收入占比提升，不合格衬底销售占比总体呈下降趋势。公司主营业务产品为半绝缘型和导电型衬底，其他业务产品主要为无法达到半导体级要求的晶棒、不合格衬底等。公司总营收不断提升，其中其他业务占比总体呈下降趋势，从2018年的37.55%下降到2021年的21.62%，显示出公司总体制造良率的不断提升。 公司产品销量和销售规模不断提升，2021年公司销售收入达4.94亿元，衬底销售达57205片，同比增长47.19%。 主营业务中半绝缘型衬底销售占比高。公司2021年上半年，公司半绝缘型衬底销售收入占主营业务收入比例达99.68%，导电型衬底销售额占比0.32%。 图9：公司总收入保持增长 图10：公司衬底产品销量不断提升 受益于销量提升带来的规模效应及良率提升，公司盈利能力显著提升。公司持续改进生长工艺，晶体生长周期下降，晶棒和衬底环节良率提升明显：晶棒良率由2018年的41%提升至2021年上半年的49.90%；衬底良率由2018年的72.61%提升至2021年上半年的75.47%。良率提升直接降低生产过程废品率，单位衬底分摊的成本下降，利润率提升明显。公司主营业务（半绝缘型衬底+导电型衬底）的毛利率由2018年的8.45%提升至2021年的32.83%，提升24.38个pct，已接近海外先进企业Wolfspeed及贰陆公司的毛利率水准。公司综合毛利率由2018年的25.57%提升至2021年的28.43%，提升2.86个pct。 图11：公司产品良率提升明显 图12：公司主营业务毛利率较2018年提升明显 2021年公司毛利率同比下降，主要受可用来制作成莫桑石的晶棒产品降价的影响。受市场宏观环境等因素影响，饰品类消费市场需求有所下滑，可用来制作成莫桑石的晶棒产品的毛利下滑；此外，公司产能向大尺寸及导电型产品切换，新产品短期内生产规模较小导致单位成本较半绝缘产品高，对毛利产生一定影响。 2021年公司扭亏为盈，实现8995万元的净利润。2019年-2020年公司尚未盈利主要系实施股权激励确认高额股份支付费用所致，扣非后2019-2020年均已实现营利。 图13：公司毛利率在2021年同比下滑主要系其他业务拖累 图14：公司净利润在2021年扭亏为盈 1.3、募投发力导电型碳化硅衬底，进军功率半导体大市场 公司通过IPO募资将发力导电型碳化硅衬底的研发和产业化，进军市场空间更为广阔的功率半导体市场。公司在半绝缘型碳化硅衬底已积累了较为深厚的竞争优势，通过IPO募资20亿元投入导电型碳化硅衬底项目建设。 导电型碳化硅衬底用于制造SiC MOSFET及SiC SBD等功率半导体器件，广泛应用于新能源汽车及充电桩、新能源发电及储能、UPS等市场，市场空间相较半绝缘型衬底更为广阔。 公司在导电型碳化硅衬底的制备技术上已有所积淀，公司作为863计划中导电型碳化硅衬底相关研究课题和《2013年新材料研发及产业化专项项目》中导电型碳化硅衬底相关项目的牵头单位之一，已成功掌握导电型碳化硅衬底材料制备的技术和产业化能力，所制备的衬底正在电力电子领域客户中进行验证。公司有望借助上市募集资金，进一步夯实自身在导电型碳化硅衬底的技术实力，掘金宽禁带半导体在电力电子领域的广阔市场。 2、碳化硅材料赋能功率和射频器件，带来性能升级 2.1、碳化硅材料助力功率半导体器件性能腾飞 碳化硅属于第三代半导体材料，以其作为衬底和外延材料制作成的功率器件性能优异。碳化硅具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高热导率等特点，使得其器件适用于高压、高频、高温的应用场景，相较于硅器件，可以显著降低开关损耗。 因此，碳化硅可以制造高耐压、大功率的电力电子器件，下游主要用于新能源光伏、新能源汽车等行业。 表1：第三代半导体在高压、高频、高温环境下表现优异 以碳化硅衬底材料制作的功率半导体器件主要有SiC MOSFET和SiC SBD。SiC MOSFET是一种功率开关器件，其与硅基IGBT电压等级、功率输出范围相近，其开关频率更高，并且在相同开关频率下损耗更小。 图15：SiC MOSFET可做到更高的开关频率 图16：SiC MOSFET拥有更高的效率 SBD是肖特基二极管，常用于高频整流等场景。在采用碳化硅衬底材料制作SBD以后，其绝缘击穿场强大幅提升，因此其耐压性能大幅提升。与硅基PND/FRD相比Err（恢复损耗）显著降低，开关频率也可提高。因此可使用小型变压器和电容器，有助于设备小型化。 图17：SiC SBD耐压和高频性能比硅基器件更优 图18：SiC SBD比FRD的反向恢复损耗显著降低 以新能源汽车应用为例，碳化硅器件的性能优势将给主驱逆变器、OBC等设备带来全方位的性能提升。采用碳化硅的功率模块与硅基IGBT功率模块相比，可大幅减少开关损失，给新能源汽车电驱系统带来直接的效率提升，进而减少电力损失，增加新能源汽车的续航能力。采用Rohm全碳化硅模块的逆变器相对于采用硅基功率模块的逆变器减少了75%的开关损失。 图19：Rohm的碳化硅功率模块使得逆变器的开关损耗大大减少 在相同功率等级下，全碳化硅模块的封装尺寸显著小于Si模块。碳化硅用在车用逆变器上，能够大幅度降低逆变器尺寸及重量，做到轻量化。以Rohm给全球顶级电动方程式赛车Formula E提供的全碳化硅功率模块为例，该模块使得逆变器的重量减少了6千克，尺寸缩小了43%。 图20：Rohm的SiC功率模块使得逆变器的尺寸和重量大大减少 由于SiC MOSFET的优异特性，主要汽车厂商积极布局，采用碳化硅模块的主驱逆变器渗透率预计将不断提升。此外，碳化硅器件在车载OBC、DC/DC等系统也已开启渗透。新能源汽车渗透普及亟需解决的问题就是提高充电效率、缩短充电时间，高压快充日渐普及，对OBC所用功率半导体的性能和稳定性要求也越来越高，因此SiC MOSFET已经开启了OBC领域的渗透。 表2：SiC模块在主驱逆变器中渗透率逐渐提升 2.2、SiC衬底+GaN外延大幅提升射频器件性能 射频功率放大器是无线发射机的重要组成部分，在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的功率放大，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。 GaN HEMT是新一代射频功率放大器。相较于硅材料，GaN材料具备更高的耐压强度，击穿场强大约是硅的10倍。此外，在逐渐提升电压的情况下，作为峰值电子速度的饱和电子速度也达到了硅的2倍以上。因此GaN射频器件优点在于可高电压运行，且易实现高效运行。相较于硅基器件（Si LDMOS）和第二代半导体砷化镓（GaAs）器件，GaN HEMT在基站端更能有效满足5G的高功率、高通信频段和高效率等要求。 图21：GaN HEMT器件能实现高频和高功率 不同于Si和SiC芯片，GaN的外延片通常用的是异质衬底，例如蓝宝石、碳化硅、硅等。相对于常规半导