器件|半导体行业深度研究报告( 三 ) 世界500强|中国移动|5g+|5g|芯片

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2018年特斯拉已在Model 3的主驱逆变器中使用SiC MOSFET，每个电机中采用24个SiC MOS单管模块，拆开封装每颗有2个SiC裸晶，耐压为650V，供应商为意法半导体。2020年比亚迪推出的汉EV高性能四驱版本是国内首款在主逆变器中应用自主开发SiC模块的电动汽车，与当前的1200V硅基IGBT模块相较，采用SiC方案NEDC工况下电控效率提升3%-8%。预计到2023年，比亚迪将在旗下的电动车中，实现SiC车用功率半导体对硅基IGBT的全面替代。2021年蔚来最新发布的首款纯电轿车也将搭载采用碳化硅模块的第二代电驱平台。

除逆变器之外，碳化硅在OBC中已经得到较为广泛的运用，目前有超过20家汽车厂商在OBC中使用SiC器件，随着车载充电机功率的提高，碳化硅方案也从二极管向“二极管+SIC MOS”演进；DCDC转换器上从2018年开始从硅基MOS转向SiCMOS方案。对于充电桩，采用碳化硅模块，充电模块功率可以达到60KW以上，而采用MOSFET/IGBT单管的设计还是在15-30kW水平。采用碳化硅功率器件相比硅基功率器件可以大幅降低模块数量。因此，对于城市大功率充电站、充电桩，碳化硅带来的小体积在特定场景中具有优势。

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除了电动汽车，光伏逆变器是碳化硅另一个快速增长的应用领域。用SiC MOSFET或SiC MOSFET与SiC SBD结合的功率模块的光伏逆变器，峰值能源转换效率可从96%提升至99%以上，逆变器能量损耗降低50%以上，设备循环寿命提升50倍，从而能够缩小系统体积、延长器件使用寿命。高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器的未来发展趋势。随着太阳能逆变器成本的优化，在组串式和集中式光伏逆变器中，越来越多的厂商将会使用SiC MOSFET作为主逆变器件，来替换原来的三电平逆变器控制的复杂电路。

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半导体

产业化正循环
“奇点时刻”加速到来

发展阶段、核心驱动因素及受益环节分析

我们认为SiC、GaN和GaAs处于不同发展阶段。对于SiC行业而言，目前整体市场规模较小，2020年全球市场规模约6亿美元。但是下游需求确定且巨大，根据IHSMarkit数据，受新能源汽车庞大需求的驱动以及电力设备等领域的带动，预计到2027年碳化硅功率器件的市场规模将超过100亿美元,2020-2027年复合增速比较。目前制约行业发展的主要成本高昂和性能可靠性。我们认为SiC行业一旦到达综合器件成本趋近于硅基功率器件的“奇点时刻”，行业将迎来爆发性增长。对于GaN,根据Grand view research的测算及预测，2027年全球GaN器件市场规模预计达到58.5亿美元，从2020-2027年复合增速有望达到19.8%，增速也较快。而GaAs行业发展较为成熟，预计2020-2025年全球复合增速约10%-15%。

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我们认为未来五年驱动SiC、GaN和GaAs行业的核心驱动因素和核心受益环节不同。对于碳化硅行业，由于成本是制约下游采用的最重要因素，因此驱动SiC行业发展的最核心因素是成本的下降速度。而GaAs衬底和外延片制备技术相对成熟，成本趋于稳定，而需求增长点主要来源于5G手机射频和小基站。因此驱动GaAs行业最核心因素是5G技术的更新及基站建设周期。对于GaN,一方面GaN外延片目前成本高昂，另一方面需求主要来源于宏基站。由于宏基站对功率器件成本相对敏感度低，因此短期驱动GaN行业的核心因素是5G的建设周期，长期来看GaN如果要运用于毫米波手机射频及中低压功率器件，成本相比现在也需要有很大幅度下降。