一、半导体设备碳化硅（SiC）零部件行业的相关基本概念半导体行业遵循“一代技术、一代工艺、一代设备”的产业规律，半导体设备的升级迭代很大程度上有赖于其零部件的技术突破。精密零部件不仅是半导体设备制造环节中难度较大、技术含量较高的环节之一，也是我国半导体设备发展较薄弱的环节之一。半导体设备零部件处于半导体产业链上游位置，下游包括半导体设备厂商和晶圆厂商。半导体设备厂商在设备生产阶段需要采购各种通用、定制化零部件，安装、调试后对外销售；而晶圆厂商采购的零部件通常为使用寿命较短的零部件、备件，用于生产线上持续使用的设备的定期更换。根据中银证券研究报告，参考半导体设备上市公司的财务数据，半导体设备零部件及原材料的采购成本占半导体设备企业营业成本的80%-90%，且半导体设备企业的毛利率普遍在40%-60%之间，即营业成本占营业收入的比重平均在50%左右，因此半导体设备零部件及其他原材料市场规模相当于全球半导体设备市场规模的40%-45%范围内，其中半导体零部件占据大部分。据SEMI 预计2022 年全球半导体设备市场规模有望达到1,175 亿美元，由此推测全球半导体零部件的市场规模估计400 亿美元左右。半导体设备零部件市场空间广阔。半导体设备零部件种类繁多，不同零部件功能和技术难点差异较大，整体市场竞争格局较为分散，但主要细分市场内部集中度极高，主要被美日欧等海外厂商占据，各细分领域龙头供应商大多是专长于单一或少数品类。按照主要材料不同，半导体设备零部件可以分为硅/碳化硅件、石英件、陶瓷件、金属件、石墨件、塑料件等。其中，碳化硅件和石墨件，目前国产化率较低。碳化硅（SiC）作为重要的高端精密半导体材料，由于具有良好的耐高温、耐腐蚀性、耐磨性、高温力学性、抗氧化性等特性，在半导体、核能、国防及空间技术等高科技领域具有广阔的应用前景。碳化硅零部件，即以碳化硅及其复合材料为主要材料的设备零部件，被广泛应用于外延生长、等离子体刻蚀、快速热处理、薄膜沉积、氧化/扩散、离子注入等主要半导体制造环节的设备中。根据晶体结构不同，碳化硅主要分为六方或菱面体的α-SiC 和立方体的β-SiC 等。其中，志橙半导体的碳化硅涂层石墨零部件及实体碳化硅零部件产品均属于CVD 法制备的β-SiC 产品。根据制造工艺不同，碳化硅零部件可分为化学气相沉积碳化硅（CVD SiC）、反应烧结碳化硅、重结晶烧结碳化硅、常压烧结碳化硅、热压烧结碳化硅、热等静压烧结碳化硅等。其中，志橙半导体生产销售的碳化硅涂层石墨零部件产品及研发的实体碳化硅零部件均为采用化学气相沉积法制作的CVD 碳化硅产品，目前正在研发的烧结碳化硅零部件为反应烧结及重结晶烧结碳化硅产品。各类工艺制备的碳化硅与其他材料参数差异如下表所示：注1：纯度指对物质所含杂质（元素、化合物或本身同系物）多寡的量度。注3：孔隙率指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。注4：热传导率指对物质导热能力的量度，是指当温度垂直向下梯度为1℃/m 时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。注5：弯曲强度是指材料在弯曲负荷作用下破裂或达到规定弯矩时能承受的最大应力。注7：热膨胀系数（线）指量度固体材料热膨胀程度的物理量，是单位长度的物体，温度升高一定温度时，其长度的相对变化量。可以看出相比其他材料部件，碳化硅材料零部件具备密度高、热传导率高、弯曲强度大、弹性模数大等特性，能够适应晶圆外延、刻蚀等制造环节的强腐蚀性、超高温的恶劣反应环境，因此广泛应用于外延生长设备、刻蚀设备、氧化/扩散/退火设备等主要半导体设备。化学气相沉积（CVD）是一种用于生产高纯度固体材料的真空沉积工艺，该工艺经常被半导体制造领域用于在晶圆表面形成薄膜。在CVD 法制备碳化硅的过程中，基板暴露在一个或多个挥发性前驱体中，这些前驱体在基板表面发生化学反应，沉积生成所需的碳化硅沉积物。在制备碳化硅材料的众多方法中，化学气相沉积法制备的产品具有较高的均匀性和纯度，且该方法具有较强的工艺可控性。CVD 碳化硅材料因其具有出色的热、电和化学性质的独特组合，使其非常适合在需要高性能材料的半导体行业应用。CVD 碳化硅零部件被广泛应用于刻蚀设备、MOCVD 设备、Si 外延设备和SiC 外延设备、快速热处理设备等领域。整体来看，CVD 碳化硅零部件最大细分市场为刻蚀设备零部件。由于CVD 碳化硅对含氯和含氟刻蚀气体的低反应性、导电性，使其成为等离子体刻蚀设备聚焦环等部件的理想材料。刻蚀设备中CVD 碳化硅零部件包含聚焦环、气体喷淋头、托盘、边缘环等。以聚焦环为例，聚焦环是放置在晶圆外部、直接接触晶圆的重要部件，通过将电压施加到环上以聚焦通过环的等离子体，从而将等离子体聚焦在晶圆上以提高加工的均匀性。传统的聚焦环由硅或石英制成，随着集成电路微型化推进，集成电路制造对于刻蚀工艺的需求量、重要性不断增加，刻蚀用等离子体功率、能量持续提高，尤其是电容耦合（CCP）等离子体刻蚀设备中所需等离子体能量更高，因此碳化硅材料制备的聚焦环使用率越来越高。根据QY Research 数据统计及预测，2022 年全球CVD 碳化硅零部件市场规模达到8.13 亿美元，预计2028 年将达到14.32 亿美元，年复合增长率（CAGR）为9.89%。根据QY Research 数据统计及预测，2022 年中国CVD 碳化硅零部件市场规模达到2.00 亿美元，预计2028 年将达到4.26 亿美元，年复合增长率（CAGR）为13.44%。高纯烧结碳化硅零部件是集成电路热处理装备反应腔内不可或缺的零部件，主要包含立式舟（Vertical Boat）、底座（Pedestal）、衬炉管（Liner Tubes）、内炉管（Inner Tubes）和隔热挡板（Baffle Plates）等，具体使用形态如下：日本京瓷集团、美国阔斯泰等国外公司占据了全球集成电路设备用高纯烧结碳化硅市场大部分市场份额，其相关产品具有材料体系齐全、性能优异、结构复杂、加工精度高等特点，可以为光刻机、等离子刻蚀设备、薄膜沉积设备、离子注入设备等集成电路核心设备提供专用组件。我国在半导体设备用烧结碳化硅零部件的研发、应用方面起步较晚，在大尺寸、高精度、中空、闭孔、轻量化结构的结构零部件的制备领域有诸多关键技术问题有待突破。志橙股份制备高纯烧结碳化硅的主要方法为反应烧结和重结晶烧结法。反应烧结碳化硅是将碳化硅粉、碳源粉和有机结合剂按比例混合，压制成素胚，后经浸渗高温熔融硅，熔融硅在表面张力的作用下沿着毛细管渗入素坯，反应生成β-SiC，并与素胚中原有的α-SiC 相结合，同时游离硅填充毛细管与气孔，从而得到高致密性的材料。来源：《碳化硅陶瓷材料的制备工艺和应用研究进展》、高禾投资研究中心志橙股份基于自身在CVD 碳化硅的技术积累，将反应烧结法与CVD 法相结合来制备碳化硅产品，即在反应烧结制备的碳化硅制品表面制备CVD 膜层，可以解决反应烧结材料物相不单一的问题。同时，因为碳化硅膜层的微观结构随基底材料的不同而发生变化，在一定膜层厚度范围内，与石墨基底相比，以反应烧结碳化硅为基底，通过CVD 法制备的碳化硅膜层硬度值更高。二、半导体设备碳化硅（SiC）零部件行业的产业链分析半导体设备碳化硅零部件行业属于半导体产业链最上游，对于产业链具有重要影响，其客户主要为半导体设备厂、外延片厂及晶圆厂，相关半导体设备主要用于制备功率器件、LED 芯片、集成电路、光伏等产品，主要可用于新能源汽车、LED、消费电子、光伏等终端市场。半导体设备碳化硅零部件行业整体产业链位置如下图所示：功率器件又称电子电力器件，主要为用于电力设备的电能变换和控制电路方面的大功率电子器件，主要包括IGBT、MOSFET 等。其中，志橙半导体SiC 外延设备零部件应用于SiC 外延片制造环节，其下游应用主要为碳化硅基功率器件；志橙半导体Si 外延设备零部件应用于Si 外延片制造环节，下游部分产品也可用于硅基功率器件。相比传统硅基半导体，碳化硅材料具有卓越的物理性质，可满足在高压（高击穿电场强度、高禁带宽度）、高温（高热导率、高禁带宽度）、高频（高饱和电子漂移速率）等环境下工作的需求并拥有更高的功率密度和更低的导通损耗，因此被广泛用于制作适应高压大功率的电力电子装置。受新能源汽车、5G 网络通信、轨道交通等下游市场蓬勃发展影响，目前碳化硅功率器件商业化落地速度较快，据Yole 预测，全球碳化硅功率器件市场规模将从2021 年的11 亿美元增长至2027 年的63 亿美元。从应用领域看，未来新能源汽车领域的应用将会主导该市场，至2027 年该领域应用市场将占全球碳化硅功率器件市场的79%。作为电力电子转换器件，碳化硅功率器件在新能源汽车产业存在五个主要应用场景包括电机控制器、车载充电机、直流-直流变换器、空调系统以及充电桩。由此看出，新能源汽车的发展将成为未来碳化硅功率器件的主要驱动力。LED 是利用半导体二极管的电致发光效应，将电能转化为光能，使像素单元实现主动发光的器件。碳化硅涂层石墨基座为MOCVD 设备零部件，用于承载单晶衬底在MOCVD 反应腔中生长外延层。根据CSA Research 报告，2021 年中国LED 产业总产值约为7,773 亿元，增速约10.8%，其中，上游外延片及芯片规模为305 亿元，中游封装规模为916 亿元，下游应用规模为6,552 亿元。下游应用中通用照明是最大的应用市场，占比约46%；显示屏是第二大应用市场，市场占比约15%；背光市场占比约8%；汽车照明占比2%，呈上升趋势。随着Mini/Micro LED 技术进步，Mini/Micro LED、车用LED、紫外/红外LED 为代表的细分领域市场需求进一步扩大，新一轮行业驱动力已形成。集成电路芯片制造现已成为各行各业实现信息化、智能化的基础与核心，是支撑国家经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业，集成电路及下游产业链如下图：Si 外延设备零部件应用于Si 外延片制造环节，Si 外延片可以用于制备集成电路、分立器件；聚焦环等刻蚀设备零部件、碳化硅炉管等热处理设备零部件即用于集成电路前道设备芯片制造环节。中国半导体集成电路产业虽起步较晚，但凭借巨大的市场需求、经济的稳定发展和有利的政策环境等众多优势条件，已成为全球集成电路行业增长的主要驱动力。近年来，随着消费电子、移动互联网、汽车电子、工业控制、医疗电子等市场需求的不断提升，以及国家支持政策的不断提出，中国集成电路行业发展较快。2013 年至2021 年，中国集成电路产业销售额增长迅速，年均复合增长率约为19.54%。根据中国半导体行业协会预测，中国集成电路产业未来几年将继续保持10%以上的增长率，预计2022 年集成电路产业销售额达到12,036.6 亿元。中国集成电路市场规模及增长率变动如下图所示：全球光伏硅料、硅片、电池片、组件80%-90%的产能集中在中国，产业链呈现中国制造、输出全球的状态。在光伏行业“降本增效”的目标驱动下，颗粒硅、大尺寸、薄片化、异质结等技术不断进步、应用，促进光伏产业链产能加速迭代扩张。根据国际能源署数据，近年来全球光伏发电装机总量稳步提升。截至2021 年末，全球累计光伏发电装机总量达942GW，2021 年全球光伏市场新增装机量175GW，同比增长22.82%，2012-2021 年间新增装机容量复合增长率达21.65%，数据如下图：光伏行业降本提效稳步推进，叠加全球各国可再生能源政策的颁布与执行，预计全球光伏累计装机容量将继续保持增长态势。三、半导体设备碳化硅（SiC）零部件行业的竞争格局和核心玩家目前，半导体设备用碳化硅零部件领域整体呈现高度垄断的市场竞争格局，市场上碳素巨头技术领先、产品线丰富，以东海碳素、崇德昱博、西格里碳素、东洋炭素等为代表的传统国外供应商占据了全球及中国市场的主要份额。目前，我国半导体设备用碳化硅零部件国产化率较低，本土厂商起步较晚，且整体处于追赶国外状态，仍有较大发展空间。2022 年全球市场主要厂商CVD 碳化硅零部件市场份额如下所示：根据QY Research 统计数据，2022 年，CVD 碳化硅零部件领域全球市场前五大厂商的市场份额合计超过60%，志橙半导体以3.57%的市场占有率跻身全球第八，为前十大厂商中唯一一个中国厂商。2022 年中国市场主要厂商CVD 碳化硅零部件市场份额如下所示：目前，在中国CVD 碳化硅零部件市场中，崇德昱博、东海碳素、西格里碳素等国外企业仍占据主要市场份额，国产CVD 碳化硅产品市场份额占比不高。根据QY Research 统计数据，2022 年，CVD 碳化硅零部件领域中国市场前五大厂商的市场份额合计超过85%，较全球市场集中度更高，志橙半导体以14.51% 的市场占有率在中国CVD 碳化硅零部件市场排名第三，在中国企业中排名第一，提高了本领域的国产化率。全球半导体设备零部件行业中可以提供CVD 碳化硅等碳化硅零部件的主要企业如下所示：该公司成立于1918 年，总部位于日本，东京证券交易所上市（股票代码：5301.T），其主要产品包括石墨电极、高纯石墨等石墨制品和碳化硅组件、耐磨材料等结构制品，产品应用领域包括钢铁、汽车、机械等。该公司在韩国、中国等国家和地区均设有分支机构，CVD 碳化硅产品全球市场份额排名第一。2、崇德昱博（Schunk Xycarb Technology）该公司成立于1981 年，总部位于荷兰，主要产品包括碳化硅涂层石墨、石英、陶瓷和硅产品，以支持下一代半导体、光电、太阳能和硅设备和应用的制造。目前其产品在纯度和均匀层沉积等性能方面处于行业领先地位，销售额居中国市场首位。该公司成立于2009 年，总部位于德国，法兰克福证券交易所上市（股票代码：SGL.DF），是世界领先的石墨及复合材料产品制造商之一，产品广泛应用于汽车、航空航天、太阳能、风能以及半导体、LED 和锂离子电池等领域。该公司在全球拥有29 个生产基地，在100 多个国家/地区设有服务网络。该公司成立于1947 年，总部位于日本，东京证券交易所上市（股票代码：5310.T），是全球最大的高性能碳产品提供商之一，主要产品包括特种石墨制品、一般工业用碳产品、复合材料及其他产品。目前该公司已在中国、美洲、欧洲、亚洲等全球十多个国家建立了生产和销售基地。该公司成立于1870 年，总部位于美国，是全球知名的先进陶瓷产品提供商之一，主要产品包括氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷及其他产品。目前该公司已在日本、欧洲等地建立了研发中心并已进入中国市场。根据公开信息查询，目前国内半导体设备零部件行业中可以提供碳化硅零部件相关产品的主要企业有德智新材料、六方科技等企业，但半导体设备用的碳化硅零部件产品经营规模较小，前述企业均未上市，相关信息有限。除此之外，下文还列示了三家国内半导体设备零部件、材料行业已上市主要企业。该公司成立于2017 年，是一家专业从事碳化硅纳米镜面涂层及基复合材料研发、生产和销售的高新技术企业，致力于研发生产碳化硅涂层石墨盘等产品。该公司成立于2018 年，致力于半导体新材料的研发，聚焦于碳化硅涂层技术在半导体产业中的应用，其主要产品包括涂层石墨托盘及其他部件。公司生产的其他碳化硅涂层产品在航空航天等行业也有应用。该公司成立于2005 年，是一家以技术为先导的半导体刻蚀器件、高功率激光器件和特种陶瓷的国家高新技术制造企业。该公司可为半导体刻蚀器件和MOCVD 器件提供专业的表面处理服务，制备碳化物和氮化物。富创精密（688409.SH）成立于2008 年，是国内半导体设备零部件的领军企业之一，主要产品包括工艺零部件、结构零部件、模组产品和气体管路四大类，应用于半导体设备、泛半导体设备及其他领域。神工股份（688233.SH）成立于2013 年，是国内领先的半导体级单晶硅材料供应商，主营业务为半导体级单晶硅材料的研发、生产和销售。公司核心产品为大尺寸高纯度半导体级单晶硅材料，目前主要应用于加工制成半导体级单晶硅部件，是晶圆制造刻蚀环节所必需的耗材。金博股份（688598.SH）成立于2005 年，主要从事先进碳基复合材料及产品的研发、生产和销售，公司先进碳基复合材料坩埚、导流筒、保温筒等产品在晶硅制造热场系统得到推广和应用，逐步对高纯等静压石墨产品进行进口替代及升级换代。四、半导体设备碳化硅（SiC）零部件行业的进入壁垒和发展趋势LED 外延片、SiC 外延片、Si 外延片制备及集成电路制造过程中，反应腔内为高温环境、气氛恶劣，对内部零部件损伤大。碳化硅材料零部件的精密度、纯度和耐腐蚀能力对晶圆、芯片质量、良率有较大影响，因此半导体设备厂商及外延片厂商、晶圆厂商对供应商碳化硅零部件产品性能及技术要求较高。碳化硅晶体生长本身也具有一定的工艺条件限制，其生长过程受温度、压力、气氛等因素影响，对生产设备、制备方法、工艺配方及操作人员的技术水平等要求较高。因此，掌握并应用先进生产设备和产品制备工艺是进入碳化硅零部件行业的主要壁垒之一。半导体设备用碳化硅零部件产业是技术密集型产业，对核心技术要求极高，企业发展初期阶段需要持续资金投入研发，引入先进技术人才，购置或开发研发设备，进行工艺路线摸索、研发试制、客户验证及导入等。产品和技术研发成功后，一方面，碳化硅零部件工业化制备需要投入大量资金用于厂房土地及生产线建设、生产设备购置及改造、原材料采购、生产人员招聘及培训、产品备货等，所需生产设备包括纯化炉、CNC 设备、CVD 沉积炉、检测设备等各相关设备；另一方面，企业也需要持续投入资金开展研发工作，以支持技术、工艺更迭、产品持续改进、新产品开发等。持续投入资金进行研发和产业化生产均是拟进入本行业企业的主要壁垒之一。半导体设备用碳化硅零部件导入下游设备厂商、外延片厂商及晶圆厂商客户，一般需经过多道严格的检验、认证程序，包括对产品外观、性能、技术指标、参数等方面进行检验评定；对相关组件的使用和产品质量进行长周期验证以检测其稳定性情况，对自身设备运行及内部晶圆制备、芯片制备的影响，判断是否符合自身要求，并将符合要求的产品纳入供应链体系。半导体设备零部件企业的下游客户对供应链管理严格，在确保供应商产品质量符合要求以外，还需要保证供应链安全、稳定，零部件行业新进入企业需要面对原有供应商的产品质量对标压力、产品定价及成本压力以及下游客户长周期验证能否通过的压力，因而能否顺利通过验证进入下游客户供应链体系、并替代竞争对手市场份额亦是进入该行业的主要壁垒之一。下游客户对产品稳定性要求极高，碳化硅零部件作为半导体制造设备的零部件，其可靠性直接影响晶圆外延生长、芯片制造的一致性和良率。由于较高的技术壁垒，该行业长期被国外大型材料和零部件企业垄断。海外大型材料及零部件企业虽技术实力强、发展时间长、产品矩阵丰富，但碳化硅零部件产品仅为其产品类型之一，相关产品供货周期长，定制化水平低，一定程度上制约了我国设备厂商、外延片厂商、晶圆厂商降成本、扩规模的进程。同时，受国际环境及贸易政策变化影响，为提高我国半导体设备及零部件行业自主可控能力，国产设备和零部件日益受到国内晶圆厂商、外延片厂商青睐。随着本土制造商加快技术研发及产业化速度，未来半导体设备碳化硅零部件的国产化进程预计将进一步加快。伴随信息化、网络化和知识经济的迅速发展，特别是在以5G、物联网、人工智能、汽车电子、智能手机、智能穿戴、云计算、大数据和安防电子等为代表的新兴应用领域的强劲需求拉动下，全球半导体市场规模持续提升，行业发展前景广阔。随着半导体产能的逐步释放并伴随着经济增长、政策扶持的双重支撑，中国大陆正在加速承接全球第三次半导体产业转移，成为驱动全球半导体行业发展的新动力。下游应用市场的蓬勃发展驱动晶圆厂扩产，晶圆厂增加资本开支，因此衍生了巨大的设备及零部件需求。以SiC 行业为例，近年来随着新能源汽车、光伏逆变器等行业蓬勃发展，SiC 开始替代Si 成为功率器件更具性能优势的材料，国内外SiC 产业链企业纷纷扩产，SiC 外延设备需求持续上升，产线上存量SiC 外延设备的利用率居高不下，因此相关设备零部件需求量较大。以LED 行业为例，Mini/Micro LED 正成为显示技术的发展方向，当前Mini LED 技术正逐步成熟，在中高端液晶显示屏背光、LED 显示屏得到大规模应用。因此，将带动MOCVD 设备及零部件行业发展，提高行业内企业的持续盈利能力。全球半导体设备零部件及材料行业呈现寡头垄断的局面，境外主要企业拥有长期行业经验和深度的技术积累，产品材料选择及制备、产品工艺配方、制造设备等均为企业核心机密。半导体设备零部件精密程度及专用程度高，下游客户验证时间长、通过验证难度大。我国半导体设备零部件制造行业起步较晚，发展较不充分，国内企业一般通过自主研发的方式开发新产品新技术，在此过程中研发风险及不确定性大。半导体产业遵循“一代技术、一代工艺、一代设备”的规律，按照摩尔定律，目前全球集成电路制造工艺已发展至5 纳米及更先进制程，半导体设备和半导体设备零部件必须不断研发升级、工艺改进，以满足下游制造需求。一旦半导体设备更新换代，新设备对零部件的具体需求将同步发生变化，进而对半导体设备零部件公司提出新的要求。半导体设备零部件行业受半导体设备厂商、外延片厂商、晶圆厂商及终端消费市场的需求波动影响较大。若消费电子、网络通信、汽车电子等终端消费市场需求下降，则会致使半导体设备厂商、外延片厂商、晶圆厂商产能利用率下降，缩减资本开支，最终造成本行业的需求产生波动。来源：高禾投资
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