一文读懂碳化硅外延——碳化硅功率半导体工业链的价值高地！

一文读懂碳化硅外延——碳化硅功率半导体工业链的价值高地！．

碳化硅功率半导体，是一个具有高发展潜力的“黄金赛道”。2024年，全世界碳化硅功率半导体市场规模仅为25.5亿美元，2029年全世界碳化硅功率半导体市场规模将冲破135亿美元，短短6年后的2035年，该市场规模更是将飙升至1150亿美元，增加势头尤其迅猛。

但良多人都弄错了碳化硅工业链的价值焦点——在这条巨大的工业链中，真正决议器件机能上限、拉开企业差距、掌控焦点价值的，是碳化硅外延环节。定制化的碳化硅外延作为碳化硅功率器件的焦点功效区，是高压电力装备不变运行的“安全堤坝”，决议了碳化硅功率半导体的价值。

目前，车规1200V外延层的价值已经大于衬底，而固态变压器3300V外延层的价值已经经超过衬底的三倍!跟着电压等级的晋升，外延在芯片总成本中的占比将继续大幅上升。外延是整条工业链中名不虚传的“价值高地”。

毫无疑难，谁掌握了碳化硅外延的领先上风，谁就握住了全世界碳化硅功率半导体工业的将来话语权!今日，我们摒弃艰涩专业术语，用普通明白话、直观糊口化类比，带大家深度读懂碳化硅外延的焦点价值、工业逻辑与投资潜力。

碳化硅外延是衬底“地基”上盖的高楼，厚度以及布局繁杂度决议价值上限

要读懂碳化硅外延，我们先要将碳化硅工业链的根蒂根基逻辑拆解大白。

若是将实现电能高效转换与节制的焦点——碳化硅功率器件类比为一栋完备的建筑，则碳化硅衬底可以类比为建筑的地基，碳化硅外延层可以类比为建筑的单层或者多层布局。

碳化硅衬底作为单晶基底，是个标准品，衬底不包括客户值得的产品布局，真正决议器件机能、创造焦点价值的，是接下来的外延环节。

所谓碳化硅外延，简略来讲，就是在碳化硅衬底上，经由过程细密的化学气相沉积工艺，按照客户的特定需求，定制化地生长出多层质量更高、电学参数更可控的碳化硅单晶定制布局，衬底晶圆以及外延布局合在一块儿，就是外延片。外延层的碳化硅质量必需大幅度的高于衬底，必需把衬底中的大量缺陷歼灭失落或者者是把衬底中的一些缺陷锁去世、不进入外延层。无一破例，所有的碳化硅功率器件，都是建造在外延层内里的，器件建造完成后绝大部门环境下城市将衬底减薄、磨失落使患上衬底带来的电阻以及热阻可以或许尽量的被解除失落。对付终极的碳化硅功率器件来讲，它的耐压能力、开关效率、能量消耗等焦点机能，都是由外延层决议的，它的品质直接决议了器件终极能达到的机能上限。

与建筑做个类比：若是在一块地基上盖了低层住民房，那么地基以及地面上的建筑价值约莫不异，各占50%，与目前的碳化硅衬底以及低电压器件中的薄外延层的价值比雷同，各占50%。然而，若是在统一块地基上盖了超30层高的超级豪宅，地面上建筑的价值就一定大幅度高于地基的价值。衬底就是阿谁固定投入的“地基”，而外延层就是地基之上的“楼层”，外延的布局繁杂度以及总厚度，就是各楼层的布局以及总高度。你能把外延层做多厚、质量做多好，就决议了你能在这块“地基”上创造多大的价值。

回到碳化硅功率器件的数据：据统计，1200V的车用器件，值得10～13μm厚的外延层;1500V的光伏逆变器用器件，值得13-15μm的外延层;而3300V的产业、电网用高端器件，值得30-32μm的厚外延层，1万伏以上的超高压器件，更是值得约莫100μm的外延总厚度。目前，车规1200V外延层的价值已经大于衬底，而固态变压器3300V外延层的价值已经经超过衬底的三倍!跟着电压等级的晋升，外延在芯片总成本中的占比将大幅上升，是名不虚传的‘价值高地’。

在统一规格的衬底上，外延层生长的总厚度越大，布局越繁杂，对应的商业价值以及工业价值也就越大。

高压化工业趋向下，厚外延层是降本增效的焦点

看完前文，你可能会发生两个疑难：为何外延层越厚，能经受的电压就越高?外延层能经受的电压越高，又到底好在哪?接下来，我们用中学的物理常识，结合行业现实运用，将这件事诠释清晰。

1、为何外延层越厚，耐压等级越高?

碳化硅功率器件的焦点工作，就是在高压电路里负担“开关”以及“断绝”的作用，而要保证器件在几千伏乃至上万伏的高压下能正常工作而不被击穿，就值得一层专门的“耐压层”，即：碳化硅外延层。

若是将高压电比作汹涌的洪水，外延层就是拦住洪水的堤坝。堤坝越厚、越坚忍，能挡住的洪水水位就越高，越不容易泛起溃坝;同理，碳化硅外延层的厚度越大，它能经受的电压上限就越高，器件在高压工况下就越不变、越安全。 这里有一个与在地基上盖屋子很是重要的不同，前面说到，器件建造完成后会将衬底减薄或者磨失落，并且将衬底减薄或者磨失落后器件的机能会更好。

固然，厚外延的技能攻关难题远不止“长厚”这么简略——不仅要厚度达标，还要在大厚度下保证晶体的低缺陷、高平均性，不然就会像“豆腐渣堤坝”同样，哪怕厚度够了，也会从缺陷处被击穿。这也是为何高端厚外延技能，一直是碳化硅工业链的焦点壁垒之一。

外延环节竞争的焦点，就是值得全力晋升良率，使患上出产出来的外延片都是及格的“堤坝”，这在工程上难度极高。因为外延生长对缺陷节制请求极高，‘良率’直接决议了企业的红利程度。行业广泛存在‘装备易患、良率难求’的征象，这也修建了头部企业的护城河。

极高的技能门坎使患上外延代工成为碳化硅工业链中集中度最高的环节。据灼识咨询数据，2024年全世界前五大碳化硅外延代工企业合计盘踞93.4%的市场份额——这象征着"良率即护城河"在外延环节表现患上最为极致。此中，全世界市场据有率最高的三家企业划分是中国的瀚每天成(02726)占比31.6%、日本的Resonac(4004.T)占比19.4%及中国的河北普兴占比17.8%。

2、为何电压越高越好?从物理原理看懂行业刚需

仅应用我们在中学学过的欧姆定律以及能量消耗的基来源根基理，就能一眼看懂寻求高压化的素质：P=V×I，P代表功率(瓦特)，V代表电压，I 代表电流。对付一样的功率，电压V提高了，值得的电流I就能下降。此外，中学物理奉告我们，能量的消耗等于电流的平方乘以电阻:I²×R，也就是能量的消耗以及电流的平方成正比。

你看，按照中学物理，我们就能患上到一个不言而喻的结论：对付不异功率电力体系，利用的电压越高，值得的电流就越小;而电流越小，能量消耗就会大幅降低。

举例说明：对付一个10000瓦的电力体系，当我们用1000V的电压时，体系电路里的电流是10A，此时的消耗是10²×R=100R;而当我们把电压晋升到10000V时，电流就会降到1A，此时的消耗直接酿成1²×R=1R，消耗直接降到了原来的1%!

这就是高压化的焦点价值：大幅下降能量消耗，大幅晋升能源使用效率，同时还能削减路线、器件的发烧，耽误装备利用寿命，缩小装备体积，最重要的是还能下降出产成本。以是，大量的碳化硅工业运用一直在向高电压成长。好比，新能源汽车从原来的400V平台进级到800V高压平台，并且开始进一步晋升到1000V电压平台。光伏风电并网的碳化硅器件已经经从400V晋升到1700V，乃至2000V。 AI数据中间以及电网要推行高压固态变压器(SST)的焦点缘由也是基于要——高效、节能、省成本，走高压线路是大量电力运用的一定成长标的目的。

按照中金公司的研究结论，碳化硅功率芯片是AI供电体系的焦点部件，在算力中间建设高潮中将被大量利用。自2026年起，AI数据中间对碳化硅功率芯片的需求将快速增长，2026年到2030年每一兆瓦算力的碳化硅芯片需求数目复合增速预计将超过80%;同时，因为芯片耐压请求连续提高，AI算力中间所用碳化硅芯片的单颗均匀价值也将同步晋升，动员每一兆瓦对应的碳化硅芯片总体价值复合增速达到 140%至380%。量价齐升之下，碳化硅功率半导体在AIDC工业链中的价值占比将连续晋升。更进一步看，外延环节是决议碳化硅功率芯片耐压等级的焦点，是以也将成为AIDC工业成长中受益最为显著的上游环节。

图片说明：AIDC供电架构变化对应的碳化硅用量以及价值量(来历：中金公司研究部)

总而言之，若是说碳化硅衬底是“标准化地基”，那碳化硅外延就是在“标准化地基”之上搭建的“价值高楼”，它既是工业进级的焦点抓手，也是将来碳化硅功率半导体赛道的焦点价值高地，长期发展确定性与工业战略价值极其凸起。

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