半导体材料可分为单质半导体及化合物半导体两类，前者如硅（Si）、锗(Ge）等所形成的半导体，后者为砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等化合物形成。半导体在过去主要经历了三代变化，砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）半导体分别作为第二代和第三代半导体的代表，相比第一代半导体高频性能、高温性能优异很多，制造成本更为高昂，可谓是半导体中的新贵。
第三代半导体适应更多应用场景。硅基半导体具有耐高温、抗辐射性能好、制作方便、稳定性好。可靠度高等特点，使得99%以上集成电路都是以硅为材料制作的。SiC和GaN等第三代半导体将更能适应未来的应用需求。
碳化硅：功率器件核心材料，新能源汽车驱动成长
SiC主要用于大功率高频功率器件。以SiC为材料的二极管、MOSFET、IGBT等器件未来有望在汽车电子领域取代Si。目前SiC半导体仍处于发展初期，晶圆生长过程中易出现材料的基面位错，以致SiC器件可靠性下降。另一方面，晶圆生长难度导致SiC材料价格昂贵，预计想要大规模得到应用仍需一段时期的技术改进。
Die Size和成本是碳化硅技术产业化的核心变量。我们比较目前市场主流1200V硅基IGBT及碳化硅基MOSFET，可以发现SiC基MOSFET产品较Si基产品能够大幅减少Die Size，且表现性能更好。但是目前最大阻碍仍在于Wafer Cost，根据yole development测算，单片成本SiC比Si基产品高出7-8倍。
研究机构IHS预测到2025年SiC功率半导体的市场规模有望达到30亿美元。在未来的10年内，SiC器件将开始大范围地应用于工业及电动汽车领域。纵观全球SiC主要市场，电力电子占据了2016-2017年最大的市场份额。该市场增长的主要驱动因素是由于电源供应和逆变器应用越来越多地使用SiC器件。
SiC近期产业化进度加速，上游产业链开始扩大规模和锁定货源。我们根据整理CREE公告，可以发现近期碳化硅产业化进度开始加速，ST、英飞凌等中游厂商开始锁定上游晶圆货源：
2019年1月公告：CREE与ST签署一项为期多年的2.5亿美元规模的生产供应协议，Wolfspeed将会向ST供应150㎜SiC晶圆。
2018年10月公告：CREE宣布了一项价值8,500万美元的长期协议，将为一家未公布名称的“领先电力设备公司”生产和供应SiC晶圆。
2018年2月公告：Cree与英飞凌签订了1亿美元的长期供应协议，为其光伏逆变器、机器人、充电基础设施、工业电源、牵引和变速驱动器等产品提供SiC晶圆。
汽车电气化推动碳化硅市场快速成长
汽车半导体市场快速增长
汽车IC快速增长，成半导体增长亮点。根据IC Insights数据，预计2018年汽车IC增速可达18.5%，规模可达323亿美元。到 2021 年，汽车 IC 市场将会增长到 436 亿美元，2017 年到 2021 年之间的复合增长率为 12.5%，为复合增长率最高的细分市场模块，也是未来的主要驱动力之一。
汽车模拟IC增长强劲，实现对智能手机的超越。智能手机的高速增长曾经是带动半导体市场增长的主要驱动力，如今汽车成为下一位选手。根据HIS数据，从体量上看，2015年汽车模拟IC市场将已经超过的智能手机市场，预计2018年汽车模拟IC市场规模可达102亿美元。与此同时，由于汽车市场增速高于其他子行业，其模拟IC销售占比也逐年增加。
环保需求持续驱动汽车电气化进程
环保节能需求推动汽车电气化，新能源汽车快速增长。由于各国政府对能源和环境问题高度重视，纷纷提出禁售燃油车计划，汽车电气化几乎是必然趋势。Katusa Research数据显示，中国，美国和德国将成为电动汽车的主要推广者，致使2040年电动汽车年均销售量可达6千万量。新能源汽车能够有效降低燃油消耗量，而新能源汽车需要用到大量的电源类IC（比如升降电压用的DC/DC），模拟IC行业可从中受益。
汽车硅含量持续提升，碳化硅市场显著受益
汽车电气化程度逐步加深，硅价值量持续增长。各车企纷纷推出新能源车，以实现汽车电动化的软替代，常见的新能源汽车包括混合动力汽车、插电式混合动力汽车、增程式电动汽车、纯电动汽车。随着电气化程度的提升，汽车半导体价值量也水涨船高。2018年中度混合动力汽车、插电式混合动力汽车和纯电动汽车单车半导体价值量分别达475、740和750美元，根据Strategy Analytics预测，2025年度混合动力汽车、插电式混合动力汽车和纯电动汽车销量分别可达到0.17亿、0.13亿、0.08亿，合计半导体市场规模可达237亿美元。
电动车市场将是碳化硅器件成长的主要驱动力。根据Yole development预测，未来几年新能源汽车、电机驱动、铁路对碳化硅市场增长影响较大，其中增量价值最高的为新能源汽车，包括汽车本身以及由此带动的各类基础设施建设。
汽车处于安全性考虑，需要包含各个子系统的稳压、静电保护、信号隔绝等需求，同时还需要众多与电力系统配套的功率半导体产品，包括充电器、电池管理、逆变器、次逆变器、DC/DC以及各种接口等。因此汽车电动化给功率半导体带来了更广阔的市场空间。
文章来源：「国盛电子」，作者：湘评科技
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