年产3万吨4N~7N碳化硅半导体项目商业计划书
思瀚产业研究院    2022-05-27

产品技术介绍

碳化硅（SiC）是一种由碳和硅两种元素组成的宽禁带化合物半导体材料，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。由于碳化硅宽能带（~3.2eV）的物理性质，又称为宽禁带半导体。

与 Si 相比，SiC 在耐高压、耐高温、高频等方面具备碾压优势，是材料端革命性的突破。SiC 击穿场强是 Si 的 10 倍，这意味着同样电压等级的 SiC MOSFET外延层厚度只需要 Si 的十分之一，对应漂移区阻抗大大降低；且 SiC 禁带宽度是 Si 的 3 倍，导电能力更强。同时，SiC 热导率及熔点非常高，是 Si 的 2-3 倍。此外，SiC 电子饱和速度是 Si 的 2-3 倍，能够实现 10 倍的工作频率。

与 IGBT 相比，SiC 可以同时实现高耐压、低导通电阻、高频三个特性。在600V 以上的应用中，对于 Si 材料来说，为了改善由于器件高压化所带来的导通电阻增大的问题，主要使用绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）等为代表的少数载流子器件。IGBT 中，由于少数载流子积聚使得其在关断时存在拖尾电流，继而产生较大的开关损耗，并伴随发热。而 SiC 是具有快速器件结构特征的多数载流子器件，开关关断时没有拖尾电流，开关损耗减少 74%。

要得到碳化硅衬底，需要先以高纯硅粉和高纯碳粉作为原材料，采用物理气相传输法（PVT）生长出碳化硅晶锭，再经过切割、研磨、抛光、清洗等工序对晶锭进行加工，最终得到碳化硅晶片。

图表 2-11 碳化硅制造过程

具体流程如下：

①原料合成：将高纯硅粉和高纯碳粉按一定配比混合，在 2000℃以上的高温下反应合成碳化硅。再经过破碎、清洗等工序，制得高纯碳化硅微粉原料。

②晶体生长：将高纯 SiC 微粉和籽晶置于单晶生长炉两端，通过电磁感应将原料加热至 2000℃以上形成蒸汽，蒸汽上升到达温度较低的籽晶处结晶形成碳化硅晶锭。

③晶锭加工：用 X 射线单晶定向仪对晶锭定向，磨平、滚磨加工成标准尺寸。

④晶体切割：使用切割设备，将碳化硅晶体切割成厚度不超过 1mm 薄片。

⑤晶片研磨：通过金刚石研磨液将晶片研磨到所需的平整度和粗糙度。

⑥晶片抛光：通过机械抛光和化学机械抛光得到表面无损伤的碳化硅抛光片。

⑦晶片检测：检测碳化硅晶片的微管密度、结晶质量、表面粗糙度、电阻率、翘曲度、弯曲度、厚度变化、表面划痕等各项参数指标，据此判定质量等级。

⑧晶片清洗：以清洗药剂和纯水对碳化硅抛光片进行处理。

SiC 长晶环节制造成本高且工艺难度大，其晶体生长效率极其缓慢，生长速度仅为 0.2-0.3mm/h；且在生长过程中升温降温速度缓慢，因此，一个炉子一周仅能长 2cm 厚的碳化硅晶棒。此外，由于碳化硅硬度大，切割过程中易碎，国内厂商大多切割良率低。

碳化硅技术难点主要集中在长晶、外延、器件可靠性及验证上。根据思瀚产业研究院数据，碳化硅衬底从样品到稳定批量供货大约需要6年时间；叠加车规级器件长验证周期，碳化硅市场的进入壁垒相对较高，竞争对手入场相对较难。由于晶体生长速率慢、制备技术难度较大，大尺寸、高品质碳化硅衬底生产成本较高，进入的技术壁垒相对较高。具体涉及四大难点：

（1）用于长晶的高纯 SiC 粉料制备难；

（2）长晶慢且特定晶型生长难度大。在 200 多种不同晶型碳化硅单晶中生长出特定的 4H-SiC 晶型难度大。由于 PVT（物理气相传输）的方法生长过程中高温段无法监测，如何通过控制炉子的温度场、气流、生长面间距等工艺参数得到特定的 4H-SiC 晶型是最大难点；

（3）单晶生长炉是 SiC 单晶生长的核心设备，通常需要厂商基于生长经验的积累在发展材料的过程中不断进行改造、调试和优化；

（4）碳化硅硬度与金刚石接近，切割难度大，切割过程需保证稳定获得低翘曲度的晶片，还需在研磨和抛光工艺中控制晶片的平整度。

下游市场

碳化硅功率器件具有高电压、大电流、高温、高频率、低损耗等独特优势将极大的提高现有硅基功率器件的能源转换效率，对高效能源转换领域产生深进而重大的影响，主要应用领域有电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通、智能电网等。相同规格的碳化硅基 MOSFET 不硅基 MOSFET 相比，其尺寸可大幅减小至原来的 1/10，导通电阷可至少减少降低至原来的 1/100，相同规格的碳化硅基 MOSFET 较硅基 IGBT 的总电能损耗可大大降低 70%。据 Yole 预测，2019 年碳化硅功率器件的市场规模为 5.41 亿美元，预计 2025 年将增长至 25.62 亿美元，年复合增长率约 30%。

1、光伏产业

基于碳化硅器件的逆变器可减少系统能量损耗，提高先伏发电转换效率。使用碳化硅 MOSFET 或碳化硅 MOSFET 与碳化硅 SBD 结合的功率模块的光伏逆变器，转换效率可从 96%提升至 99%以上，能量损耗降低 50%以上，设备循环寿命提升 50 倍，从而能够缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命、降低生产成本。

2、轨道交通

轨道交通车辆中大量应用功率半导体器件，其牵引变流器是机车大功率交流传动系统的核心装备，将碳化硅器件应用于此，能极大发挥碳化硅器件高温、高频和低损耗特性，提高牵引发流器装置效率，符合轨道交通大容量、轻量化和节能型牵引变流装置的应用需求，提升系统的整体效能。

2012 年，包含碳化硅 SBD 的混合碳化硅功率模块在东京地铁银座线 37 列车辆中商业化应用，实现了列车牵引系统节能效果的明显提升、电动机能量损耗的大幅下降和冷却单元的小型化；2014 年，日本小田急电铁新型通勤车辆配备了三菱电机 3300V/1500A 全碳化硅功率模块逆变器，开关损耗降低 55%、体积和重量减少 65%，电能损耗降低 20%至 36%。

3、汽车电动化

新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括：电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载 DC/DC）和非车载充电桩。碳化硅功率器件定位于 1KW-500KW 之间，工作频率在 10KHz-100MHz 之间的场景，在新能源汽车中主要应用于电机驱动系统中的主逆变器，能够显著降低电力电子系统的体积、重量和成本，提高功率密度。

国外不少公司已在 2018 年开始将 SiC 肖特基势垒二极管和 MOSFET 管用在OBC 上，SiC 在车载电源领域 OBC 和 DC-DC 中的市场渗透率逐步提升，通过这些场景的应用带动 SiC 产品技术成熟与成本下降，然后再渗透到可靠性要求更高的电机控制器，预计 2022 年以后会出现 SiC MOSFET 的实质性应用。蓄电池于 1918 年被首次引入汽车中，其电压仅为 6V，而后随着车在用电器件的不断增加，加之电气化部件的大量集成，汽车电压平台随之不断升级，以满足电能的大功率传输。

此内容为商业计划书摘取部分，定制化可咨询思瀚产业研究院。

前言（摘要）

第一章 执行摘要

第一节 碳化硅项目背景

第二节 碳化硅项目概况

第三节 碳化硅项目竞争优势

第四节 碳化硅项目投资亮点

第二章 碳化硅项目介绍

第一节 碳化硅项目名称

第二节 碳化硅项目承办单位

第三节 碳化硅项目拟建地区、地点

第四节 初步估计的碳化硅项目回收期

第三章 碳化硅项目市场分析

第一节 碳化硅项目市场现状及趋势

一、碳化硅项目国际市场现状及趋势

二、碳化硅项目国内市场现状及趋势

三、碳化硅项目市场供求及预测

第二节 碳化硅项目目标市场分析研究

一、碳化硅项目市场规模分析及预测

二、碳化硅项目目标客户的购买力

三、碳化硅项目市场中关键影响因素

四、碳化硅项目细分市场分析研究

五、碳化硅项目计划拥有的市场份额

第三节 中金普华研究总结

第四章 碳化硅项目行业分析

第一节 碳化硅项目行业分析

一、碳化硅项目产业基本情况

二、碳化硅项目行业存在的问题及机会

三、碳化硅项目行业投资前景分析

第二节 企业竞争力分析

一、企业在整个行业中的地位

二、和同类型企业对比分析

三、竞争对手分析

四、SWOT分析

五、企业核心竞争优势

第三节 企业竞争策略

第四节 思瀚建议

第五章 公司介绍

第一节 公司概况

第二节 公司股权结构

第三节 公司管理架构

第四节 公司管理

一、董事会

二、管理团队

三、外部支持

第五节 各部门职能和经营目标

第六节 2016年公司资产负债情况

第七节 2016年公司经营情况

第八节 企业主要竞争资源

第九节 战略和未来计划

第六章 产品介绍

第一节 产品介绍

第二节 产品性能

第三节 技术特点

第四节 产品的竞争优势

第五节 典型客户

第六节 盈利能力

第七节 市场进入壁垒分析

第七章 研究与开发

第一节 产品与技术

一、专利等级

二、产品主要用途

三、本碳化硅项目所采用之工艺路线图

四、本碳化硅项目建设可创造的成本优势

第二节 研发分析

一、已有的技术成果及技术水平

二、公司研发能力

三、未来研发计划

第八章 产品制造（碳化硅项目产品、技术及工程建设）

第一节 产品制造

一、生产方式

二、生产设备

三、成本控

第二节 碳化硅项目主要产品及规模目标

一、主要产品质量指标

二、本碳化硅项目主要产品特点

三、本碳化硅项目主要产品工艺流程

四、本碳化硅项目主要产品产能规划

第九章 碳化硅项目建设计划

第一节 碳化硅项目建设主要内容

一、建设规模与目标

二、碳化硅项目建设内容

三、碳化硅项目建设布局与进度安排

第二节 厂址选择

一、碳化硅项目建设地点

二、区位优势分析

三、厂址选择及理由

第三节 原材料保证

第四节 建设工期计划

第五节 主要设备选型

第十章 市场营销

第一节 企业发展规划

一、企业发展目标

二、企业发展策略

三、企业发展计划

四、企业实施步骤

第二节 企业营销战略

一、整体营销战略

二、产品营销策略

三、精细化战略规划

第三节 市场推广方式

第十一章 财务分析与预测

第一节 基本财务数据假设

一、2016年基本财务数据

二、2017-2022年财务数据预测

三、销售收入预测与成本费用估算

第二节 盈利能力分析预测

一、损益和利润分配表

二、现金流量表

三、相关财务指标（投资利润率、投资利税率、财务内部收益率、财务净现值、投资回收期）

第三节 敏感性分析

第四节 盈亏平衡分析

第五节 中金普华财务评价结论

第十二章 碳化硅项目效益分析

第一节 碳化硅项目的经济效益分析

第二节 碳化硅项目的社会效益分析

第三节 碳化硅项目社会风险分析

第四节 碳化硅项目社会评价结论

第十三章 资金需求

第一节 资金需求及使用规划

一、碳化硅项目总投资

二、固定资产投资（土地费用、土建工程、设备、预备费、工程建设其他费用、建设期利息）

三、流动资金

第二节 资金筹集方式

一、本碳化硅项目拟采用的融资方式

二、碳化硅项目融资方案

三、资金其他来源

第三节 详细使用规划

第四节 投资者权利

第十四章 资金退出

第一节 融资方案

一、资金进入、退出方式

二、退出方式可行性

第二节 投资退出方案

一、股权融资退出方案

二、债权融资退出方式

第三节 投资回报率

第十五章 风险分析

第一节 风险分析

一、资源风险

二、市场不确定性风险

三、研发风险

四、生产不确定性风险

五、成本控制风险

六、竞争风险

七、政策风险

八、财务风险

九、管理风险

十、破产风险

第二节 风险规避措施

第十六章 结论

附录

附录一 财务附表

附录二 公司营业执照

附录三 产品样品、图片及说明

附录四 公司及产品的其它资料

附录五 专利技术信息

附录六 竞争者调查

图表目录

图表：2016年碳化硅项目国际市场规模

图表：2016年碳化硅项目国内市场规模

图表：2017-2020年碳化硅项目国际市场规模预测

图表：2017-2020年碳化硅项目国内市场规模预测

图表：2016年碳化硅项目全国及各地区差能、产量

图表：2016年碳化硅项目全国及各地区需求量

图表：2017-2020年碳化硅项目市场供需预测

图表：碳化硅项目产品市场份额

图表：销售估算表

图表：成本估算表

图表：损益表

图表：资产负债表

图表：现金流量表

图表：盈亏平衡点

图表：投资回收期

图表：投资回报率