国泰海通证券 新旧赛道共振，碳化硅从性能替代迈向规模放量：半导体材料（三）

摘要

国泰海通证券产业深度报告以产业史视角梳理碳化硅从1824年首次人工合成到全球数百亿元市场的演进脉络，核心判断是产业正从性能替代迈向规模放量。 全球碳化硅功率器件市场将从2024年的32亿美元增长至2030年的约197亿美元，复合年增长率35.2%，其中新能源车2030年规模预计达147亿美元，低空飞行与数据中心等新兴应用以39.2%的复合增速成为最快边际变量。 需求结构正从“一业独大”走向“多点开花”：新能源车领域渗透率预计由2024年的19.2%升至2030年的53.6%，光伏储能由9.7%升至20.4%，AI数据中心电源、AI眼镜光波导、TF-SAW滤波器与散热部件等新场景构成第二成长曲线。 竞争格局已从海外龙头主导演变为“多极竞逐、中国崛起”：2024年全球前五大衬底厂商合计份额68%，天岳先进以16.7%、天科合达以11.3%跻身第一梯队。 报告判断行业正经历第一轮出清，Wolfspeed于2025年申请Chapter 11破产重整并削减约70%债务，具备技术纵深、成本控制与高质量量产能力的企业将穿越周期。 投资上建议沿“大尺寸化进展、AI场景订单、成本曲线位置”三条线索跟踪产业动态，衬底环节是观察全产业的最佳窗口。

主要观点

• 碳化硅物理性能全面优于硅，确立高压高频高温场景的替代逻辑：禁带宽度约为硅的3倍、临界击穿场强约为硅的10倍、热导率约为硅的3倍、电子饱和漂移速度约为硅的2倍

• 全球碳化硅功率器件市场2020-2024年从6.44亿美元增至32亿美元（CAGR 49.8%），预计2024-2030年以35.2%复合增速增长至约197亿美元；在全球功率半导体器件中的渗透率由2020年的1.4%增至2024年的6.5%，预计2030年达22.6%

• 分应用看，新能源车是增长绝对主力（2030年规模预计达147亿美元，2024-2030年CAGR 36.1%），新兴应用增速最快（39.2%），光伏储能、电网、轨道交通CAGR分别为27.2%、24.5%、25.3%

• 下游渗透率全面提升：新能源车碳化硅渗透率2024年19.2%→2030年预计53.6%，光伏储能9.7%→20.4%，电网4.2%→14.6%，轨道交通16.7%→36.6%

• 2025年碳化硅衬底应用结构：新能源车+车载快充占比68.9%，光伏+储能逆变器17.7%，5G射频通信8.2%，工业电源等3.5%，AI服务器等新兴领域1.7%

• 产业经历三次跃迁：Cree推动衬底商业化（1991年发布全球首片商用碳化硅衬底，2001年英飞凌推出全球首款商用SiC肖特基二极管）；2018年特斯拉Model 3采用意法半导体SiC MOSFET成为产业拐点；2020年以来能源变革与AI双轮驱动

• 衬底是价值与技术制高点，直接决定器件端约一半左右成本；制备集中长晶缺陷控制、粉料纯度、精密加工、扩径与量产一致性五大技术难点，碳化硅晶型涵盖250余种，构筑深厚护城河

• 大尺寸化是降本主线：6英寸主流、8英寸起量、12英寸在研；2030年8英寸碳化硅衬底出货量预计达35%左右；参考6英寸到8英寸耗时近十年，12英寸规模商业化仍需较长技术沉淀周期

• AI打开第二成长曲线：2025-2030年数据中心行业将新增97GW容量，2030年全球容量可能达200GW（年复合增长率14%）；采用SiC MOSFET的PSU功率密度达硅基2倍以上、电力转换效率最高提升约1%

• 射频市场稳健增长：2024年全球半绝缘型碳化硅基射频半导体器件市场规模11.2亿美元，受5G驱动2030年预计达32亿美元，2024-2030年复合增速19.2%；碳化硅基TF-SAW滤波器可支持3.3GHz以上频段

• 竞争格局呈“多极竞逐、中国崛起”：2024年全球前五大衬底厂商合计市占率68%（按外销收入计），Wolfspeed 23.5%、天岳先进16.7%、天科合达11.3%、Coherent 10.4%、SK Siltron 6.1%

• 行业正经历第一轮出清：Wolfspeed于2025年申请Chapter 11破产重整并削减约70%债务，标志产业从“产能军备竞赛”转向“成本与质量竞争”；中国衬底厂商在6英寸规模化与8英寸切换中均已跻身第一梯队

论述逻辑

• 材料性能起点：硅基器件在高压、高频、高温场景已逼近物理极限 → 碳化硅以禁带宽度约硅3倍、击穿场强约硅10倍、热导率约硅3倍的参数优势确立代际替代逻辑，在成本敏感的低压低频场景硅仍长期主导，二者梯次互补

• 产业史验证：1824-1987年晶体生长技术奠基 → 1987-2010年Cree推动衬底商业化完成从零到一 → 2010-2020年特斯拉Model 3车规放量完成从一到十 → 2020年以来能源变革与AI双轮驱动，产业有望进入新放量期

• 需求测算：基于Yole、Frost & Sullivan数据，2024-2030年市场从32亿美元增至约197亿美元（CAGR 35.2%）；新能源车主导空间（2030年147亿美元）、AI新兴应用弹性最大（CAGR 39.2%），需求结构从一业独大走向多点开花

• 竞争本质推演：衬底占器件成本约一半且五大制备难点构筑壁垒 → 竞争本质是“成本曲线与良率曲线的竞争” → 大尺寸化与规模化是当前最确定趋势 → 8英寸切换节奏决定厂商成本代差 → 出清后具备技术纵深、成本控制与高质量量产能力的企业穿越周期，分享渗透率提升红利

关键展望

• 核心验证点为各下游渗透率爬坡：新能源车2030年预计53.6%、光伏储能20.4%、电网14.6%、轨道交通36.6%（对比2024年分别为19.2%、9.7%、4.2%、16.7%）

• 全球供给格局将持续向中国倾斜：中国厂商已在6英寸市场实现份额领先、8英寸切换与国际龙头基本同步，海外认证与长协订单将持续增加；建议沿“大尺寸化进展、AI场景订单、成本曲线位置”三条线索跟踪产业动态

• 风险提示：下游需求不及预期、技术进步与降本不及预期、行业竞争加剧、国际贸易与地缘政治、新兴应用产业化不及预期

推荐标的

• 报告为产业深度报告，未给出个股评级、目标价或盈利预测；投资层面指出衬底环节是观察全产业的最佳窗口，建议沿大尺寸化进展、AI场景订单、成本曲线位置三条线索跟踪

• 天岳先进（688234）：中国碳化硅衬底领军，半绝缘衬底跻身全球前三，6英寸导电型大规模量产、8英寸推进、已研制12英寸SiC衬底，2025年8月在港交所上市成为衬底领域首家“A+H”公司，2024年外销市占率16.7%；披露国泰海通为其做市券商（报告未给评级）

• 天科合达：中科院物理研究所孵化的导电型衬底先行者，国内导电型衬底出货量领先者，与天岳先进构成中国衬底双雄，2024年外销市占率11.3%（报告未给评级）

• Wolfspeed：行业鼻祖，2024年外销市占率23.5%居全球第一，但2025年申请Chapter 11破产重整并削减约70%债务，报告将其作为产业从产能军备竞赛转向成本与质量竞争的分水岭案例（报告未给评级）