1、半导体碳化硅材料行业概况
（1）碳化硅产业链概述
碳化硅产业链的主要环节包括衬底制备、外延
（2）碳化硅材料简介
碳化硅是由碳和硅两种元素构成的化合物半导体单晶材料。在第三代半导体产业链中，碳化硅材料主要包括碳化硅衬底和碳化硅外延片。其中，碳化硅衬底是以高纯硅粉、碳粉为原材料，采用物理气相传输法等工艺
导电型碳化硅衬底电阻率为 0.015-0.030Ω·cm，在其基础上生长碳化硅外延，可进一步制成碳化硅 SBD、MOSFET 等功率器件，适用于高温、高压工作环境并具有低能耗优势，主要应用于电力电子领域，如新能源汽车中的电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载 DC/DC）及充电桩，光伏逆变器，储能系统 DC/DC升压转换器、双向逆变器、电池充电电路，轨道交通领域的牵引变流器，智能电网中的高压直流输电换流阀和电力电子变压器等组件。
半绝缘型碳化硅衬底电阻率不低于 105Ω·cm，在其基础上
（3）碳化硅材料行业的发展概况
1）碳化硅材料向大尺寸方向发展，8 英寸产品占比逐步提高
对于下游器件厂商而言，扩大碳化硅材料的尺寸能够显著增加晶圆有效面积，减少器件制造过程中的边缘损耗，是产业链降低器件成本、提高生产效率的重要发展方向，目前碳化硅材料已基本完成从 4 英寸产品向 6 英寸产品的过渡，6 英寸产品出货量已占据市场主导地位。随着生产工艺提升以及下游需求驱动，8 英寸产品成为行业内发展的主要方向并于 2025 年起逐步渗透，根据 Yole 的统计和预测，凭借更低的边缘损耗和更优异的器件性能，2030 年 8 英寸碳化硅衬底出货量预计将达到 35%左右。
数据来源：Yole。
与此同时，行业内各大厂商正在积极推动 12 英寸产品的研发与量产，以Wolfspeed、Coherent 等为代表的海外厂商以天科合达、天岳先进为代表的国内企业已成功发布 12 英寸碳化硅衬底，推动碳化硅材料进一步向大尺寸方向发展。
2）碳化硅器件市场规模持续增长，行业进入快速发展阶段
随着新能源汽车、光伏发电与储能、轨道交通、智能电网、移动通信等规模化应用场景的需求持续增长，叠加 AI 算力基础设施、AR 眼镜、低空经济等新兴领域商业化进程的加速推进，碳化硅正从“可选项”转变为“必选项”，向规模化普及加速渗透。根据 Yole 的统计和预测，2025 年全球碳化硅功率器件的市场规模约为 37.07 亿美元，预计 2031 年将达到 110.42 亿美元，复合增长率约 20%。碳化硅器件市场规模持续提升，带动上游碳化硅衬底出货量显著增加，碳化硅材料行业进入快速增长阶段。
3）国内碳化硅材料企业快速发展，市场竞争力显著提升
我国碳化硅材料研究从 20 世纪 90 年代末起步，发展初期受到技术瓶颈限制，产业化步伐相对较慢，与国际先进水平存在一定差距。进入 21 世纪以来，在国家产业政策的支持和引导下，我国碳化硅材料行业发展大幅提速，涌现出以天科合达为代表的具有自主知识产权的碳化硅材料制造企业，逐步掌握了大尺寸、高品质碳化硅衬底及外延片产业化技术，产品指标达到国际先进水平，并已形成规模化供给能力，市场竞争力显著提升，为国产碳化硅器件的自主可控和终端应用的长期发展在上游材料端提供了有力支撑。
（4）碳化硅材料的具体应用及市场情况
碳化硅材料具备宽禁带、高击穿电场强度、高热导率、高饱和电子漂移速率等性能禀赋，赋予碳化硅器件耐高压、大功率、低损耗、高散热等突出特性，高效适配能源与电力电子领域各类应用场景日益增长的高性能、高效率、轻量化要求，在新能源汽车、光伏发电与储能、轨道交通、智能电网、移动通信等领域具有显著应用优势，并随着 AI 算力基础设施、AR 眼镜、低空经济等新兴领域的发展而带来新的增长空间。
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1）功率器件下游应用领域
根据 Yole 数据及预测，受益于各细分应用市场需求的持续增长，碳化硅功率器件市场规模有望从 2025 年的 37.07 亿美元增长至 2031 年的 110.42 亿美元，年复合增长率达到 20%，具体下游应用市场情况如下：
数据来源：Yole
① 新能源汽车
目前，新能源汽车是碳化硅功率器件最大的下游应用市场，主要发展方向包括整车轻量化、提升续航里程、提高充电速度等，基于耐高压、耐高温、低能耗等优点，碳化硅功率器件能够有效满足上述发展需求，进而推动新能源汽车实现技术与性能的进一步提升。具体而言，碳化硅功率器件通过更高的功率密度能够缩减器件尺寸，并凭借高频、高热导率的特性精简无源器件、优化散热设计，顺应新能源车的整车轻量化需求；
碳化硅功率器件导通电阻低、电能损耗小，能够满足新能源汽车提升续航里程的发展需要；碳化硅功率器件击穿电场强、耐高压，可以有效提升新能源汽车的充电速度。目前，碳化硅功率器件已成为新能源汽车及其配套设施的重要配置之一，特别是在高压平台上的新能源汽车系统中，碳化硅功率器件已成为首要选择。
电力电子模块是新能源汽车的核心部件，也是碳化硅的重要应用场景，涉及的系统模块主要包括电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（DC/DC）及充电桩等。碳化硅器件在新能源汽车系统模块中的具体应用如下：
电机驱动系统是新能源汽车的动力驱动系统，小尺寸、轻量化、瞬时功率大是其重要的发展方向，提高系统电压能够有效实现高功率和大扭矩，并减少电机驱动系统尺寸和重量。为实现该目标，新能源汽车向 800V 高压平台升级成为行业明确的发展趋势。凭借耐高压、耐高温、低能耗等优势，碳化硅功率器件的应用能够有效推动电机驱动系统减小尺寸、降低重量并支持高功率运行。根据盖世汽车统计，2025 年800V 车型渗透率快速抬升至 15.3%，其中碳化硅器件搭载率 90%以上，已成为 800V车型的主流配套选择。
电源转换系统主要用于将动力电池的高电压转换为可供车载电气设备使用的低电压。随着新能源车动力电池电压不断提升，碳化硅功率器件凭借耐高压、高功率密度、低能耗特性，能够满足高电压环境下的运转要求，实现更高的电压转换效率。
车载充电器、充电桩的重要目标为缩短充电时间，其关键系在电流提升存在可预见上限的情况下，通过提升电压以提升充电功率。在新能源汽车电压平台从 400V 系统向 800V 系统过渡的背景下，碳化硅功率器件能够提供足够耐压能力，确保充电系统在高压环境下稳定工作，同时提供较高的工作频率和更快的电力转换速度，实现快速充电功能。
自 Tesla 于 2018 年首次在主驱逆变器中规模化使用碳化硅 MOSFET 以来，目前全球搭载碳化硅器件的车型已累积百余款，根据 TechInsights 的统计和预测，2025 年碳化硅器件在新能源汽车领域的渗透率达到 25%左右，2030 年碳化硅器件在新能源汽车领域的渗透率将提升至 50%左右。同时，受益于工艺成熟以及规模效应带来的成本
下降效应，碳化硅搭载车型的价格已逐步下探至 10-20 万元区间，行业正从“高端选配”迈向“规模标配”阶段。根据 EVTank 统计，2025 年全球新能源汽车销量为2,354.2 万辆，同比提升约 29.1%，预计 2026 年和 2030 年全球新能源汽车销量将分别达到 2,849.6 万辆和 4,265.0 万辆，新能源汽车市场规模的不断扩大为碳化硅衬底需求的持续增长奠定了坚实基础。
② 光伏发电
光伏发电作为可再生能源技术，对于推动全球能源结构向清洁能源转型具有重要意义，近年来光伏产业呈快速增长态势。光伏系统主要由太阳能电池板、控制器和逆变器三大部分组成，其中逆变器将太阳能电池产生的直流电转化为交流电，是光伏发电系统的核心部件。光伏逆变器的转化效率直接影响整个光伏系统的发电效率。
随着光伏产业迈入“大组件、大逆变器、大跨度支架、大组串”阶段，光伏电站电压等级提高，对功率器件的物理性能提出了更高的要求。相比于传统光伏逆变器中所使用的硅基 IGBT 方案，采用碳化硅 MOSFET 等方案具有更低的导通损耗、更低的开关损耗、更高的开关频率等优点，能够提高光伏发电转换效率及逆变器使用寿命，从而降低综合发电成本。
③ 储能
储能是新型电力系统的重要基础设施，能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要方式。在全球电力结构中，光伏、风电等波动式可再生能源装机量及发电量占比持续提升，电力市场对储能系统的需求处于快速增长阶段。
储能系统中 DC/DC 升压转换器、双向逆变器（交流电和直流电互相转换）以及电池充电电路等多个组件均存在对碳化硅器件的需求。通过提升储能系统的运转效率、功率密度，碳化硅器件的应用能够显著减小储能设备尺寸，较大幅度降低设备成本。在此背景下，碳化硅器件在储能系统中的渗透率正不断提升。
在市场规模方面，储能行业正处于高速发展阶段，其中以锂电池为主的新型储能是行业主要增长点。根据 CNESA 统计，截至 2025 年末我国新型储能市场累计装机规模达到 144.7GW，预计理想情况下 2030 年我国新型储能市场累计装机规模将超过450.7GW，2025 年至 2030 年复合增长率约 25.5%。
④ 智能电网
智能电网是指在传统电力系统基础上，结合大数据和智能决策系统，通过先进的传感技术、信息技术、控制技术、储能技术等，从发电到用电的各个环节实现对电力系统的精细控制和优化调控，具有高度信息化、自动化、互动化等特征，可以更好地实现电网安全、可靠、经济、高效运行。
面对光伏、风电等间歇性可再生能源加速并网导致的消纳压力，以及新能源汽车放量带来的双向功率流动需求，建设具备全景感知、智能决策、柔性控制能力的智能电网，已成为能源消纳、承载高功率密度的重要解决方案。以碳化硅材料制成的功率器件凭借在耐高压、耐高温、高功率等方面的优势，能够广泛应用于高压及柔性直流换流阀、固态变压器等核心环节，在输电侧为柔性直流输送与特高压升级提供器件支撑，在配电侧依托固态变压器打通分布式电源、储能及多元负荷的高效接入通道，从输配电两端共同推动智能电网由被动传输向主动调控的代际演进。
⑤ 轨道交通
随着轨道交通对于大功率和节能需求的日益提升，对电力电子装置提出了更高要求。在电力电子装置中，牵引变流系统是机车大功率交流传动系统的核心装备，其性能优劣直接影响列车运输能力和耗能水平，开发电功耗低的牵引变流系统成为行业发展的重要目标。
在轨道交通牵引变流器中采用碳化硅器件，能够充分发挥其耐高温、耐高压、高频和低能耗的特性，提高牵引变流器装置功率密度和工作效率、降低能耗，减小牵引变流系统体积和重量，提升使用寿命，符合轨道交通大容量、节能型、轻量化牵引变流装置的应用需求。目前，国内外多条地铁线路已搭载基于碳化硅变流技术的牵引变流系统，碳化硅器件开始替代部分硅基 IGBT 器件，能效提升效果显著。根据 CASA统计，2018 年碳化硅器件在轨道交通功率器件的渗透率为 2%，2030 年和 2040 年将快速增长至约 30%和 70%，碳化硅器件在轨道交通领域的市场规模有望持续增长。
注：混合碳化硅模块由碳化硅基二极管和硅基 IGBT 组成；全碳化硅模块由碳化硅基二极管和碳化硅 MOSFET 组成。
2）射频器件下游应用领域
目前主流的射频器件主要包括硅基 LDMOS、砷化镓器件以及碳化硅基氮化镓三种类型。硅基 LDMOS 器件的工作频率存在极限，通常仅应用于 4GHz 以下的低频领域；砷化镓器件的工作功率较低，通常低于 50W；碳化硅基氮化镓同时弥补了砷化镓器件和硅基 LDMOS 的上述缺陷，在提供砷化镓高频性能的同时，还具备硅基LDMOS 的高功率处理能力。随着碳化硅基氮化镓材料工艺的成熟和成本的下降，其在射频市场的渗透率正逐步提升。
① 移动通信
5G 通讯是具有高速率、低时延和高可靠性特点的新一代宽带移动通信技术，是目前主流的移动通信技术。在先进移动通信技术领域中，射频器件是基站等 5G 通讯设备实现转换数字信号与高频无线电磁波信号功能的重要基础性部件，射频器件中的功率放大器则直接决定了移动终端和基站无线通讯距离、信号质量等关键参数。
相比砷化镓和硅基 LDMOS 射频器件，以碳化硅衬底制造的氮化镓射频器件同时具有碳化硅良好的导热性能和氮化镓在高频段下大功率射频输出的优势，应用在功率放大器，能够有效满足新一代移动通信技术基站对射频器件高频率、高转换效率及高可靠性的要求，并推动基站有效降低能耗。因此，碳化硅基氮化镓射频器件已成为当前移动通信基站功率放大器的主流选择，并有望在下一代移动通信技术基站进一步规模化应用。
② 无线电探测
无线电探测市场是碳化硅基氮化镓器件最早进入的领域之一。无线电探测系统中的发射组需对激励信号进行放大以提升探测距离和探测精度，对射频器件的功率和频率要求十分严苛。相较传统的砷化镓器件，碳化硅基氮化镓 MMIC（单片微波集成电路）模块可以承受更高的工作电压与温度，从而提供更大的功率密度，并大幅简化冷却系统，从而在提升无线电探测系统性能的同时，有效减少系统体积和重量、降低系统成本。因此，碳化硅基氮化镓模块在无线电探测行业具有良好的应用前景。
3）新兴应用领域
① AI 算力基础设施
在 AI 技术持续迭代，AI 应用场景实现爆发式拓展的背景下，全球 AI 算力需求呈现指数级上升趋势。芯片架构作为支撑 AI 算力的基础，其内部晶体管密度越高，能够显著提高芯片性能，以满足日益复杂的 AI 大模型训练和推理需求。随着 NVIDIA 陆续发布以 Blackwell、Rubin 为代表的新一代高性能芯片架构，高密度晶体管使得芯片功耗大幅上升，承载芯片的单台服务器机柜功耗快速向兆瓦级迈进，并随着服务器数量增加、数据中心建设规模扩大而层层放大，推动 AI 算力基础设施从传统低功率、分散式架构，升级为更高电压、更高效率、更高功率密度的供电体系。
传统数据中心的供电方案主要为 UPS 模式，由高压配电柜、变压器、低压配电柜等组成，UPS 模式下堆叠了多级直流、交流转换环节，导致电流在多次转换中产生显著的效率损耗，且在高功率场景下面临电流上行带来的铜耗增加及散热压力等系统性问题。
高压直流供电体系具备高压输电、高频设计、精简转换层级等优势，能够大幅提升供电效率和功率密度，是 AI 算力基础设施的下一代发展方向，主要包括 800V 高压直流和固态变压器等技术路径，其中 800V 高压直流方案通过提升电压等级、精简部分转换环节等方式有效提升供电效率，但其内部使用的工频变压器受低频物理特性影响，体积与重量随功率呈线性增长，较大程度上挤占机柜空间，实现高功率密度部署的难度较大；固态变压器相比工频变压器具备更高的供电效率，并通过碳化硅等宽禁带材料的优异性能实现高频变换，大幅减少对机柜空间的使用，是未来 AI 算力基础设施的最优解决方案之一。
高压直流供电体系下，以碳化硅为主的功率半导体器件，凭借耐高压、耐高温、高频、转换效率高等特点，成为适配下一代 AI 算力基础设施的主流方案。基于Navitas、IEA 的统计测算，预计 2030 年 AI 数据中心对碳化硅衬底（折合 6 英寸）的全球需求量达 72.8 万片。
② AR 眼镜
AR 眼镜是将虚拟信息与现实场景实时融合的智能穿戴设备，兼具显示、交互与感知能力，能够广泛应用于工业生产、车载出行、医疗教育、消费娱乐等领域，成为继手机之后新一代人机交互入口。根据艾瑞咨询统计，2025 年全球 AR 眼镜市场销售额约 2 亿美元，2030 年预计将达到 94 亿美元，成为智能硬件领域增速最快的细分品类之一。
光学显示系统是 AR 眼镜的核心，其中光波导方案下设备重量较小、透光率较高，系目前行业主流技术路线。传统光波导通常采用玻璃作为基材，由于玻璃基材存在视场角小、光效低、漏光等问题，导致其光学性能瓶颈明显。
碳化硅具备高折射率、轻量化和高热导率优势，可以提供更轻薄的尺寸、更完整清晰的视觉效果，并避免局部温度过高导致的性能下降或器件损坏，是制作 AR 眼镜的理想材料。自 Meta 于 2024年推出其首款基于碳化硅光波导方案的 AR
2、半导体碳化硅材料行业未来发展趋势
（1）碳化硅器件应用领域持续拓展、渗透率显著提升，带动上游材料市场增长前景良好
随着新能源汽车、光伏发电与储能、轨道交通、智能电网等下游领域需求高速增长，对功率器件的功率、频率、能效等性能要求也随之提高。碳化硅材料凭借其禁带宽度大、饱和电子漂移速率高、热导率高、击穿电场强度大等优异性能，具有广阔的应用前景，市场规模有望持续、快速扩张。
与此同时，碳化硅衬底及外延片制备技术的逐步成熟、碳化硅产业链国产化程度的持续提升等积极因素能够有效提高国产碳化硅材料的经济性，增加下游客户对碳化硅器件的应用，形成技术创新与需求升级相互驱动的良性循环，碳化硅器件渗透率预期将进一步提升。作为碳化硅器件的核心原材料，碳化硅衬底及外延片未来市场增长前景良好。
（2）技术水平进步与规模经济推动，碳化硅材料持续向大尺寸、高品质方向发展
对于碳化硅材料而言，尺寸越大，在器件制造过程中边缘浪费越少、有效面积越高，有利于降低碳化硅器件成本。根据 Wolfspeed 数据，在相同尺寸的芯片下，8 英寸衬底相较于 6 英寸衬底可减少约 7%的边缘浪费。尺寸扩张带来的规模效应以及自动化产线带来的成本降低，能够促进碳化硅在芯片制造中生产效率的大幅提升。此外，较高的碳化硅材料制备技术难度是影响良率和产量的重要因素，高品质的碳化硅材料能够显著提升碳化硅器件性能及配套稳定性。因此，大尺寸、高品质是碳化硅衬底行业的重要发展趋势。
（3）改进碳化硅材料制备技术，进一步带动良率与生产效率提升
碳化硅材料产业作为技术密集型行业，技术迭代创新带来的良率与生产效率提升是产业发展的关键。碳化硅衬底生产过程的晶体生长与晶片加工以及碳化硅外延片的外延层生长是产业核心环节与技术难点所在，随着产业技术的开发与应用，未来碳化硅材料良率与生产效率有望进一步提升。
1）碳化硅衬底
在晶体生长技术方面，主流的物理气相传输法存在单一晶型控制难度大、生长环境和工艺参数控制难度大、晶体生长速度慢、扩径技术难度大等技术难点。在下游市场需求驱动下，通过改良材料设备、优化生长参数、探索新型工艺等方式，碳化硅衬底未来将向扩大尺寸、降低缺陷等方向发展，进而提升产品性能和经济性。相比于物理气相传输法，液相法具有晶体生长效率高、位错密度低等优点，是碳化硅衬底降本增效的重要路线之一，但其工艺难度高，目前行业整体尚处于研发阶段。
在晶体切割技术方面，目前所采用的线锯切割方式受作用机理影响，会在切割片表面产生较大的残余应力、微裂纹和较深的损伤层，且切割效率低、耗时长，制约了衬底产能。激光切割技术作为逐步进入产业界的新型切割技术，切面更为平整，切割损耗较低，能有效提高衬底产出率和整体质量水平，未来有望得到更广泛的应用。
在晶片研磨、抛光技术方面，碳化硅衬底性能参数受到其表面缺陷的影响，相关技术对于碳化硅良率提升至关重要。为更好满足外延生长和器件制造的需求，通过优化研磨抛光技术以实现更高的材料去除率、更低的表面粗糙度、更少的划痕和更均匀的表面形貌，是行业技术发展的重要趋势之一。
2）碳化硅外延片
对碳化硅外延片而言，掺杂浓度控制与缺陷控制是制备过程的技术难点。目前，行业内大多采用化学气相沉积法进行外延层生长。在水平式外延生长的过程中，气体高速流入生长腔室，中心区域流速高、两侧接近生长腔室边界的区域流速低，同时反应气体不断消耗，沿着流动方向反应气体浓度逐渐降低，会引起碳化硅外延层厚度和浓度的不均匀，对器件性能产生不利影响。未来，随着反应腔室的结构设计和反应参数进一步优化，通过调整掺杂氮气在中心和边缘分布比例、使用适当比例的氩气和氢气混合气体作为旋转气体源、调整反应气体中的碳硅比例、促使气体速度沿着流动方向增加等方式，可以实现碳化硅外延层掺杂浓度及均匀性的有效控制，从而提高器件性能的一致性。
此外，受碳化硅衬底缺陷、生长过程中温场的不均匀性和应力变化等因素影响，碳化硅外延片可能存在点缺陷、位错、层错缺陷和表面缺陷，导致碳化硅器件击穿电压降低或者漏电流增加，影响器件稳定性。通过改善衬底质量、原位氢气刻蚀优化、优化外延层缓冲层工艺窗口以及控制生长温度、反应压力、源气流量等反应参数，能够减少碳化硅外延片缺陷，改善碳化硅器件的电学性能，提高器件效率和可靠性。
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