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年產3萬噸4N~7N碳化硅半導體項目商業(yè)計劃書
思瀚產業(yè)研究院    2022-05-27

產品技術介紹

碳化硅（SiC）是一種由碳和硅兩種元素組成的寬禁帶化合物半導體材料，具備禁帶寬度大、熱導率高、臨界擊穿場強高、電子飽和漂移速率高等特點。由于碳化硅寬能帶（~3.2eV）的物理性質，又稱為寬禁帶半導體。

與 Si 相比，SiC 在耐高壓、耐高溫、高頻等方面具備碾壓優(yōu)勢，是材料端革命性的突破。SiC 擊穿場強是 Si 的 10 倍，這意味著同樣電壓等級的 SiC MOSFET外延層厚度只需要 Si 的十分之一，對應漂移區(qū)阻抗大大降低；且 SiC 禁帶寬度是 Si 的 3 倍，導電能力更強。同時，SiC 熱導率及熔點非常高，是 Si 的 2-3 倍。此外，SiC 電子飽和速度是 Si 的 2-3 倍，能夠實現(xiàn) 10 倍的工作頻率。

與 IGBT 相比，SiC 可以同時實現(xiàn)高耐壓、低導通電阻、高頻三個特性。在600V 以上的應用中，對于 Si 材料來說，為了改善由于器件高壓化所帶來的導通電阻增大的問題，主要使用絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）等為代表的少數(shù)載流子器件。IGBT 中，由于少數(shù)載流子積聚使得其在關斷時存在拖尾電流，繼而產生較大的開關損耗，并伴隨發(fā)熱。而 SiC 是具有快速器件結構特征的多數(shù)載流子器件，開關關斷時沒有拖尾電流，開關損耗減少 74%。

要得到碳化硅襯底，需要先以高純硅粉和高純碳粉作為原材料，采用物理氣相傳輸法（PVT）生長出碳化硅晶錠，再經過切割、研磨、拋光、清洗等工序對晶錠進行加工，最終得到碳化硅晶片。

圖表 2-11 碳化硅制造過程

具體流程如下：

①原料合成：將高純硅粉和高純碳粉按一定配比混合，在 2000℃以上的高溫下反應合成碳化硅。再經過破碎、清洗等工序，制得高純碳化硅微粉原料。

②晶體生長：將高純 SiC 微粉和籽晶置于單晶生長爐兩端，通過電磁感應將原料加熱至 2000℃以上形成蒸汽，蒸汽上升到達溫度較低的籽晶處結晶形成碳化硅晶錠。

③晶錠加工：用 X 射線單晶定向儀對晶錠定向，磨平、滾磨加工成標準尺寸。

④晶體切割：使用切割設備，將碳化硅晶體切割成厚度不超過 1mm 薄片。

⑤晶片研磨：通過金剛石研磨液將晶片研磨到所需的平整度和粗糙度。

⑥晶片拋光：通過機械拋光和化學機械拋光得到表面無損傷的碳化硅拋光片。

⑦晶片檢測：檢測碳化硅晶片的微管密度、結晶質量、表面粗糙度、電阻率、翹曲度、彎曲度、厚度變化、表面劃痕等各項參數(shù)指標，據(jù)此判定質量等級。

⑧晶片清洗：以清洗藥劑和純水對碳化硅拋光片進行處理。

SiC 長晶環(huán)節(jié)制造成本高且工藝難度大，其晶體生長效率極其緩慢，生長速度僅為 0.2-0.3mm/h；且在生長過程中升溫降溫速度緩慢，因此，一個爐子一周僅能長 2cm 厚的碳化硅晶棒。此外，由于碳化硅硬度大，切割過程中易碎，國內廠商大多切割良率低。

碳化硅技術難點主要集中在長晶、外延、器件可靠性及驗證上。根據(jù)思瀚產業(yè)研究院數(shù)據(jù)，碳化硅襯底從樣品到穩(wěn)定批量供貨大約需要6年時間；疊加車規(guī)級器件長驗證周期，碳化硅市場的進入壁壘相對較高，競爭對手入場相對較難。由于晶體生長速率慢、制備技術難度較大，大尺寸、高品質碳化硅襯底生產成本較高，進入的技術壁壘相對較高。具體涉及四大難點：

（1）用于長晶的高純 SiC 粉料制備難；

（2）長晶慢且特定晶型生長難度大。在 200 多種不同晶型碳化硅單晶中生長出特定的 4H-SiC 晶型難度大。由于 PVT（物理氣相傳輸）的方法生長過程中高溫段無法監(jiān)測，如何通過控制爐子的溫度場、氣流、生長面間距等工藝參數(shù)得到特定的 4H-SiC 晶型是最大難點；

（3）單晶生長爐是 SiC 單晶生長的核心設備，通常需要廠商基于生長經驗的積累在發(fā)展材料的過程中不斷進行改造、調試和優(yōu)化；

（4）碳化硅硬度與金剛石接近，切割難度大，切割過程需保證穩(wěn)定獲得低翹曲度的晶片，還需在研磨和拋光工藝中控制晶片的平整度。

下游市場

碳化硅功率器件具有高電壓、大電流、高溫、高頻率、低損耗等獨特優(yōu)勢將極大的提高現(xiàn)有硅基功率器件的能源轉換效率，對高效能源轉換領域產生深進而重大的影響，主要應用領域有電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)等。相同規(guī)格的碳化硅基 MOSFET 不硅基 MOSFET 相比，其尺寸可大幅減小至原來的 1/10，導通電阷可至少減少降低至原來的 1/100，相同規(guī)格的碳化硅基 MOSFET 較硅基 IGBT 的總電能損耗可大大降低 70%。據(jù) Yole 預測，2019 年碳化硅功率器件的市場規(guī)模為 5.41 億美元，預計 2025 年將增長至 25.62 億美元，年復合增長率約 30%。

1、光伏產業(yè)

基于碳化硅器件的逆變器可減少系統(tǒng)能量損耗，提高先伏發(fā)電轉換效率。使用碳化硅 MOSFET 或碳化硅 MOSFET 與碳化硅 SBD 結合的功率模塊的光伏逆變器，轉換效率可從 96%提升至 99%以上，能量損耗降低 50%以上，設備循環(huán)壽命提升 50 倍，從而能夠縮小系統(tǒng)體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產成本。

2、軌道交通

軌道交通車輛中大量應用功率半導體器件，其牽引變流器是機車大功率交流傳動系統(tǒng)的核心裝備，將碳化硅器件應用于此，能極大發(fā)揮碳化硅器件高溫、高頻和低損耗特性，提高牽引發(fā)流器裝置效率，符合軌道交通大容量、輕量化和節(jié)能型牽引變流裝置的應用需求，提升系統(tǒng)的整體效能。

2012 年，包含碳化硅 SBD 的混合碳化硅功率模塊在東京地鐵銀座線 37 列車輛中商業(yè)化應用，實現(xiàn)了列車牽引系統(tǒng)節(jié)能效果的明顯提升、電動機能量損耗的大幅下降和冷卻單元的小型化；2014 年，日本小田急電鐵新型通勤車輛配備了三菱電機 3300V/1500A 全碳化硅功率模塊逆變器，開關損耗降低 55%、體積和重量減少 65%，電能損耗降低 20%至 36%。

3、汽車電動化

新能源汽車系統(tǒng)架構中涉及到功率半導體應用的組件包括：電機驅動系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)（OBC）、電源轉換系統(tǒng)（車載 DC/DC）和非車載充電樁。碳化硅功率器件定位于 1KW-500KW 之間，工作頻率在 10KHz-100MHz 之間的場景，在新能源汽車中主要應用于電機驅動系統(tǒng)中的主逆變器，能夠顯著降低電力電子系統(tǒng)的體積、重量和成本，提高功率密度。

國外不少公司已在 2018 年開始將 SiC 肖特基勢壘二極管和 MOSFET 管用在OBC 上，SiC 在車載電源領域 OBC 和 DC-DC 中的市場滲透率逐步提升，通過這些場景的應用帶動 SiC 產品技術成熟與成本下降，然后再滲透到可靠性要求更高的電機控制器，預計 2022 年以后會出現(xiàn) SiC MOSFET 的實質性應用。蓄電池于 1918 年被首次引入汽車中，其電壓僅為 6V，而后隨著車在用電器件的不斷增加，加之電氣化部件的大量集成，汽車電壓平臺隨之不斷升級，以滿足電能的大功率傳輸。

此內容為商業(yè)計劃書摘取部分，定制化可咨詢思瀚產業(yè)研究院。

前言（摘要）

第一章 執(zhí)行摘要

第一節(jié) 碳化硅項目背景

第二節(jié) 碳化硅項目概況

第三節(jié) 碳化硅項目競爭優(yōu)勢

第四節(jié) 碳化硅項目投資亮點

第二章 碳化硅項目介紹

第一節(jié) 碳化硅項目名稱

第二節(jié) 碳化硅項目承辦單位

第三節(jié) 碳化硅項目擬建地區(qū)、地點

第四節(jié) 初步估計的碳化硅項目回收期

第三章 碳化硅項目市場分析

第一節(jié) 碳化硅項目市場現(xiàn)狀及趨勢

一、碳化硅項目國際市場現(xiàn)狀及趨勢

二、碳化硅項目國內市場現(xiàn)狀及趨勢

三、碳化硅項目市場供求及預測

第二節(jié) 碳化硅項目目標市場分析研究

一、碳化硅項目市場規(guī)模分析及預測

二、碳化硅項目目標客戶的購買力

三、碳化硅項目市場中關鍵影響因素

四、碳化硅項目細分市場分析研究

五、碳化硅項目計劃擁有的市場份額

第三節(jié) 中金普華研究總結

第四章 碳化硅項目行業(yè)分析

第一節(jié) 碳化硅項目行業(yè)分析

一、碳化硅項目產業(yè)基本情況

二、碳化硅項目行業(yè)存在的問題及機會

三、碳化硅項目行業(yè)投資前景分析

第二節(jié) 企業(yè)競爭力分析

一、企業(yè)在整個行業(yè)中的地位

二、和同類型企業(yè)對比分析

三、競爭對手分析

四、SWOT分析

五、企業(yè)核心競爭優(yōu)勢

第三節(jié) 企業(yè)競爭策略

第四節(jié) 思瀚建議

第五章 公司介紹

第一節(jié) 公司概況

第二節(jié) 公司股權結構

第三節(jié) 公司管理架構

第四節(jié) 公司管理

一、董事會

二、管理團隊

三、外部支持

第五節(jié) 各部門職能和經營目標

第六節(jié) 2016年公司資產負債情況

第七節(jié) 2016年公司經營情況

第八節(jié) 企業(yè)主要競爭資源

第九節(jié) 戰(zhàn)略和未來計劃

第六章 產品介紹

第一節(jié) 產品介紹

第二節(jié) 產品性能

第三節(jié) 技術特點

第四節(jié) 產品的競爭優(yōu)勢

第五節(jié) 典型客戶

第六節(jié) 盈利能力

第七節(jié) 市場進入壁壘分析

第七章 研究與開發(fā)

第一節(jié) 產品與技術

一、專利等級

二、產品主要用途

三、本碳化硅項目所采用之工藝路線圖

四、本碳化硅項目建設可創(chuàng)造的成本優(yōu)勢

第二節(jié) 研發(fā)分析

一、已有的技術成果及技術水平

二、公司研發(fā)能力

三、未來研發(fā)計劃

第八章 產品制造（碳化硅項目產品、技術及工程建設）

第一節(jié) 產品制造

一、生產方式

二、生產設備

三、成本控

第二節(jié) 碳化硅項目主要產品及規(guī)模目標

一、主要產品質量指標

二、本碳化硅項目主要產品特點

三、本碳化硅項目主要產品工藝流程

四、本碳化硅項目主要產品產能規(guī)劃

第九章 碳化硅項目建設計劃

第一節(jié) 碳化硅項目建設主要內容

一、建設規(guī)模與目標

二、碳化硅項目建設內容

三、碳化硅項目建設布局與進度安排

第二節(jié) 廠址選擇

一、碳化硅項目建設地點

二、區(qū)位優(yōu)勢分析

三、廠址選擇及理由

第三節(jié) 原材料保證

第四節(jié) 建設工期計劃

第五節(jié) 主要設備選型

第十章 市場營銷

第一節(jié) 企業(yè)發(fā)展規(guī)劃

一、企業(yè)發(fā)展目標

二、企業(yè)發(fā)展策略

三、企業(yè)發(fā)展計劃

四、企業(yè)實施步驟

第二節(jié) 企業(yè)營銷戰(zhàn)略

一、整體營銷戰(zhàn)略

二、產品營銷策略

三、精細化戰(zhàn)略規(guī)劃

第三節(jié) 市場推廣方式

第十一章 財務分析與預測

第一節(jié) 基本財務數(shù)據(jù)假設

一、2016年基本財務數(shù)據(jù)

二、2017-2022年財務數(shù)據(jù)預測

三、銷售收入預測與成本費用估算

第二節(jié) 盈利能力分析預測

一、損益和利潤分配表

二、現(xiàn)金流量表

三、相關財務指標（投資利潤率、投資利稅率、財務內部收益率、財務凈現(xiàn)值、投資回收期）

第三節(jié) 敏感性分析

第四節(jié) 盈虧平衡分析

第五節(jié) 中金普華財務評價結論

第十二章 碳化硅項目效益分析

第一節(jié) 碳化硅項目的經濟效益分析

第二節(jié) 碳化硅項目的社會效益分析

第三節(jié) 碳化硅項目社會風險分析

第四節(jié) 碳化硅項目社會評價結論

第十三章 資金需求

第一節(jié) 資金需求及使用規(guī)劃

一、碳化硅項目總投資

二、固定資產投資（土地費用、土建工程、設備、預備費、工程建設其他費用、建設期利息）

三、流動資金

第二節(jié) 資金籌集方式

一、本碳化硅項目擬采用的融資方式

二、碳化硅項目融資方案

三、資金其他來源

第三節(jié) 詳細使用規(guī)劃

第四節(jié) 投資者權利

第十四章 資金退出

第一節(jié) 融資方案

一、資金進入、退出方式

二、退出方式可行性

第二節(jié) 投資退出方案

一、股權融資退出方案

二、債權融資退出方式

第三節(jié) 投資回報率

第十五章 風險分析

第一節(jié) 風險分析

一、資源風險

二、市場不確定性風險

三、研發(fā)風險

四、生產不確定性風險

五、成本控制風險

六、競爭風險

七、政策風險

八、財務風險

九、管理風險

十、破產風險

第二節(jié) 風險規(guī)避措施

第十六章 結論

附錄

附錄一 財務附表

附錄二 公司營業(yè)執(zhí)照

附錄三 產品樣品、圖片及說明

附錄四 公司及產品的其它資料

附錄五 專利技術信息

附錄六 競爭者調查

圖表目錄

圖表：2016年碳化硅項目國際市場規(guī)模

圖表：2016年碳化硅項目國內市場規(guī)模

圖表：2017-2020年碳化硅項目國際市場規(guī)模預測

圖表：2017-2020年碳化硅項目國內市場規(guī)模預測

圖表：2016年碳化硅項目全國及各地區(qū)差能、產量

圖表：2016年碳化硅項目全國及各地區(qū)需求量

圖表：2017-2020年碳化硅項目市場供需預測

圖表：碳化硅項目產品市場份額

圖表：銷售估算表

圖表：成本估算表

圖表：損益表

圖表：資產負債表

圖表：現(xiàn)金流量表

圖表：盈虧平衡點

圖表：投資回收期

圖表：投資回報率