2023年中国金刚砂行业词条报告

2023年中国金刚砂行业词条报告 作者 摘要 文上 行业头豹分类/能源、采矿业/其他采矿业/其他采矿业港股分类法/原材料业/原材料 关键词金刚砂碳化硅碳硅石 金刚砂又名碳化硅，是目前第三代半导体的重要材料之一，具备禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强高、电子饱和漂移速率高等特点。相较于硅材料等前两代半导体材料，其禁带宽度更大，在击穿电场强度、饱和电子漂移速率、热导率以及抗辐射等关键参数方面有显著优势。基于这些优良特性，碳化硅衬底在使用极限性能上优于硅衬底，可以满足高温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求。因此，金刚砂材料制备的射频器件及功率器件可广泛应用于新能源汽车、光伏、5G通信等领域，是半导体材料领域中具备广阔前景的材料之一 1.金刚砂行业定义 金刚砂又名碳化硅(SiC)，它是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成的无机物。金刚砂主要应用于磨具磨料、冶金原料、半导体器件、功能陶瓷、耐火材料等领域，其中，在半导体器件领域，金刚砂是第三代半导体材料的代表之一，相较于硅材料等前两代半导体材料，其禁带宽度更大，在击穿电场强度、饱和电子漂移速率、热导率以及抗辐射等关键参数方面有显著优势 金刚砂行业分类 2. 按照中国工业生产碳化硅划分为黑碳化硅和绿碳化硅两种，都属于α-碳化硅 类型名称 类型说明 黑金刚砂 黑金刚砂含SiC约95%，其韧性高于绿金刚砂，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等 绿金刚砂 绿金刚砂含SiC约97%以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具 金刚砂特征 3. 金刚砂具有耐压性、耐高温和能量损耗低等特征，并随着技术研究的进一步发展，金刚砂应用领域进一步扩大 更强的高压特性 耐压性好金刚砂的击穿电场强度是硅的10余倍，使得金刚砂器件耐高压特性显著高于同等硅器件 相比较同类型材料，有更好的耐高温特性 耐高温金刚砂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 更低的能量损耗 能量损耗金刚砂具有2倍于硅的饱和电子漂移速率，使得金刚砂器件具有极低的导通电阻，导通损耗低；金刚砂具有3倍于硅的禁带宽度，使得金低刚砂器件泄漏电流比硅器件大幅减少，从而降低功率损耗；金刚砂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 应用范围应用领域扩大 广金刚砂在新能源汽车、高速轨道交通、5G通信、光伏并网、消费类电子等多个重点领域实现了应用突破 金刚砂发展历程 4. 金刚砂行业经历了萌芽期、启动期和震荡期三个阶段，目前处于震荡期但持续发展的阶段。金刚砂在全球正在快速发展，龙头企业市场集中度高，但是目前中国金刚砂的发展仍与美国和日本有较大差距，未来金刚砂行业在中国的市场空间潜力大 开始时间：1824结束时间：1958阶段：萌芽期 行业动态：1824年，Berzelius第一次报道了包含硅碳化合物的合成；1905年第一次在陨石中发现碳化硅；1907年Round首次发现碳化硅的电致发光现象，制备了最早的LED二极管 行业影响/ 阶段特征：1905年第一次在陨石中发现碳化硅，推动金刚砂行业的出现 开始时间：1955结束时间：1996阶段：启动期 行业动态：1959年4月举办了第一次碳化硅国际会议；1978年，苏联的Y.M.Tairov和V.F.Tsvetkov发明了碳化硅晶体生长的物理气相输运技术；1983年，德国人G.Ziegler采用所谓的改进Lely法成功生长出碳化硅晶体；1987年，美国北卡罗来纳州立大学的研究组宣布采用籽晶升华法成功生长出碳化硅晶体；1989年，CREE公司推出了世界上第一款基于SiC材料生产的蓝色LED 行业影响/ 阶段特征：1955年理论和技术上重大突破，LELY提出生长高品质碳化概念，从此将金刚砂作为重要的电子材料 开始时间：1997结束时间：2022阶段：震荡期 行业动态：1997年，中科院物理所正式布局SiC晶体研究，由陈小龙研究员牵头。通过团队长期的基础研究，最终攻克了SiC单晶生长中的种种难题。生长出了高质量的2英寸4H和6H晶型的SiC单晶；2006年9月，北京天科合达蓝光半导体有限公司引进了物理所SiC晶体生长相关专利技术，在国内率先开始SiC晶体产业化工作。2012年，公司开始量产4英寸SiC晶体，2018年开始量产6英寸SiC晶体，开始了中国碳化硅之旅 行业影响/ 阶段特征：以CREE的研究成果建立碳化硅生产线，供应商开始提供商品化的碳化硅基 金刚砂产业链分析 5. 金刚砂产业链上中下游分工明确，上游包括原材料、衬底和外延材料，中游包括芯片设计、芯片制造、器件制造、模块，下游主要为各应用领域。其中上游衬底约占碳化硅器件成本的47%，外延环节又占据23%，制造前的成本占据全部成本的70%；目前中游碳化硅功率器件现阶段渗透率较低，因为碳化硅衬底及外延价格相对硅片较为昂贵，但是在未来渗透率有望快速提升；下游金刚砂应用领域广泛，其中涉及太阳能光伏行业、半导体行业、汽车行业、轨道交通行业、5G基站、建材行业、钢铁行业等领域，总体来看金刚砂具有较大的市场空间潜力和前景 原材料、衬底、外延材料 上游原材料包括碳化硅粉，衬底材料包括碳化硅山东天岳先进科技股份有限公司、有研新材料股晶锭和碳化硅单晶片；其中衬底约占碳化硅器件份有限公司、浙江中晶科技股份有限公司、福建成本的47%，外延环节又占据23%，制造前的阿石创新材料股份有限公司、河北同光半导体股成本占据全部成本的70%；此外，碳化硅粉体制份有限公司、北京天科合达半导体股份有限公司备的方法有固相法、液相法、气相法、瀚天天成电子科技（厦门）有限公司、天津杨 杰科技有限公司、国网智能电网研究院有限公司 、上海硅产业集团股份有限公司、东莞铭普光磁股份有限公司 芯片设计、芯片制造、器件制造、模块 中游芯片结构设计包括EDA+TCED仿真工具和中国电子科技集团有限公司、北京世纪金光半导软件，芯片制造包括半导体制造设备和材料；其体有限公司、厦门芯光润泽科技有限公司、泰科中，由于碳化硅衬底及外延价格相对硅片较为昂天润半导体科技（北京）有限公司、国网智能电贵，碳化硅功率器件现阶段渗透率较低。然而，网研究院有限公司、中电科芯片技术（集团）有由于碳化硅器件高效率、高功率密度等特性，新限公司、天津杨杰科技有限公司、上海瞻芯电子能源汽车、能源、工业等领域的强劲需求有望带科技有限公司、上海硅产业集团股份有限公司、动碳化硅渗透率快速提升山东天岳先进科技股份有限公司、有研新材料股份有限公司、浙江中晶科技股份有限公司、福建 阿石创新材料股份有限公司、闻泰科技股份有限公司 金刚砂行业规模 金刚砂应用领域广泛，其中涉及太阳能光伏行宁德时代新能源科技股份有限公司、比亚迪股份业、半导体行业、汽车行业、轨道交通行业、5有限公司、特斯拉（上海）有限公司、广州小鹏G基站、建材行业、钢铁行业等领域；其中，根汽车科技有限公司、重庆长安汽车股份有限公司据中国半导体业协会统计，中国集成电路产业继、浙江吉利控股集团有限公司、特来电新能源股续保持2位数增长；另外，在充电桩电源模块中份有限公司、万帮星星充电科技有限公司、江西使用碳化硅器件，可以实现充电桩电源模块的高驴充充充电技术有限公司、中国南方电网有限责效化和高功率化，进而实现充电速度的提升和充任公司、上海依威能源科技有限公司、中国普天电成本的降低；在5G基站应用中，碳化硅肖特信息产业股份有限公司 基二极管反向恢复几乎为零的特性使其在许多PFC电路中具有广阔的应用前景 应用领域 下游参与方 下游说明 下游环节 中游参与方 中游说明 中游环节 上游参与方 上游说明 上游环节 6. 2021年碳化硅功率器件市场规模为1092百万美元，其中汽车市场碳化硅功率器件占比最大，达到685百万美元，并在未来有望持续增大，预计2026年汽车中碳化硅功率器件价值量占比中，逆变器占比为83%，OBC占比为15%，DC-DC占比为2%；此外，碳化硅功率器件细分中市场规模排名第二和第三名为能源和工业，其中能源市场碳化硅功率器件占比为14.1%，工业市场碳化硅功率器件占比为11.5%，预计未来占比变化较小，并保持市场规模持续增长。总体来看，随着碳化硅器件在新能源汽车、能源、工业等领域渗透率不断提升，碳化硅器件市场规模预计将持续提升 碳化硅功率器件市场规模，2021-2027年预测（百万美元） 碳化硅功率器件市场规模=汽车市场碳化硅功率器件收入+能源市场碳化硅功率器件收入+汽车市场碳化硅功率器件收入+工业市场碳化硅功率器件收入+交通市场碳化硅功率器件收入+通信基础设施市场碳化硅功率器件收入+消费市场碳化硅功率器件收入+其他市场碳化硅功率器件收入 Yole，头豹研究院 金刚砂政策梳理 7. 政策名称：《“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划》颁布主体：科技部生效日期：2017影响：6政策性质：指导性政策 政策内容：半导体激光芯片等激光器关键功能部件的国产化。针对高端制造用激光器的迫切需求，开展工业化光纤/半导体大功率激光器制造技术、工业化超快（飞秒、皮秒）激光器制造技术、工业化短（紫外、深紫外）波长激光器制造技术等方面的研究，开展激光器标准建设，实现高性能激光器及核心关键部件的国产化与产业化 政策解读：针对碳化硅、氮化镓等为代表的宽禁带半导体技术对关键制造装备的需求，开展大尺寸宽禁带半导体材料制备、器件制造、性能检测等关键装备与工艺研究。针对高亮度半导体照明大生产线对制造装备的需求，开展大产能材料制备、器件制造、性能检测等关键装备研发，掌握核心技术与工艺，满足大生产线要求 政策名称：《新时代促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策的通知》颁布主体：国家发展改革委、工业和信息化部生效日期：2020影响：6政策性质：鼓励性政策 政策内容：鼓励重点集成电路设计企业和软件企业，自获利年度起，第一年至第五年免征企业所得税，接续年度减按10%的税率征收企业所得税；国家鼓励的重点集成电路设计企业和软件企业，以及集成电路生产企业和先进封装测试企业进口自用设备，及按照合同随设备进口的技术（含软件）及配套件、备件 政策解读：政策强调了关键核心技术攻关新型举国体制，同时强调了构建全链条覆盖的关键核心技术研发布局；第三代半导体企业可以享受相关政策优惠 政策名称：关于《深圳市第三代半导体产业链重点产业项目遴选方案》的公示颁布主体：深圳市政府生效日期：2021影响：4政策性质：指导性政策 政策内容：建设碳化硅单晶和外延片生产线，包括生产及辅助设施、动力及环保设施、安全及消防设施、管理设施、附属设施、研发办公大楼、配套设施等。根据建设项目规划，项目规划占地面积73653平方米，容积率为2.1，计容面积154671.3平方米 政策解读：中国碳化硅市场约占全球市场45%。国内第三代半导体技术和产品发展尚不能满足市场需求，核心材料、器件和模块等产品许多依赖进口，特别是下游应用市场中，进口产品占比超过8成以上。本项目将以市场需求为牵引，有效弥补国内6英寸碳化硅单晶衬底和外延产能缺口，解决下游客户在轨道交通、新能源汽车、分布式新能源、智能电网、高端电源、5G通讯、人工智能等重点领域的碳化硅器件产业链发展的原材料基础保障和供应瓶颈的问题，并逐步摆脱下游产业对进口碳化硅材料的依赖 政策名称：《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》颁布主体：国务院生效日期：2021影响：7政策性质：指导性政策 政策内容：集中电路设计工具、重点装备和高纯靶材等关键材料研发，集中电路先进工艺和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、微机电系统（MEMS）等特色工艺突破，现金存储技术升级，碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展 政策解读：加强国家原创性引领性科技攻关，积极布局以碳化硅、氮化镓等宽禁带为主的半导体发展，进一步优化中国集成电路产