全球碳化硅外延晶片制造商的业务模式、市场规模及发展趋势
思瀚产业研究院 瀚天天成    2025-04-11

碳化硅外延晶片的定义

碳化硅外延晶片是生长于衬底表面的单晶碳化硅薄膜，其掺杂类型、掺杂浓度及厚度可精准控制，以满足器件的设计需求。由于通过昇华法制备的单晶衬底无法实现对掺杂浓度的精准控制，亦无法有效降低晶体缺陷，因此需要在衬底上生长高质量的外延层以制造器件。因此，外延生长技术在碳化硅器件的生产中至关重要，外延层的质量对器件性能有著决定性影响。

碳化硅外延晶片制造商的业务模式

根据碳化硅外延晶片制造商是否自行採购衬底材料，其业务模式可分为两种类型：

外延片销售：碳化硅外延晶片制造商根据客户订单需求购买衬底，进行产品制造，并交付外延晶片产品。价格及付款结算根据全部成本釐定，包括衬底及其他原材料。

外延片代工：客户提供衬底材料，而碳化硅外延晶片制造商採购其他辅助材料。完成生产并交付产品后，制造商向客户收取外延晶片代工服务费。

全球碳化硅外延行业的市场规模

全球碳化硅外延晶片市场的销售额由2020年的4亿美元增至2024年的12亿美元，年複合增长率为34.7%。预计到2029年，市场规模将达到58亿美元，2024年至2029年的年複合增长率为38.2%。电动汽车是碳化硅外延晶片的最大应用领域。预计到2029年，全球用于电动汽车的碳化硅外延晶片销售额将达到39亿美元，2024年至2029年的年複合增长率为37.9%。

于2024年至2029年，充电基础设施领域预计将以43.4%的年複合增长率增长（以碳化硅功率半导体器件的销售额计）。可再生能源及储能系统领域亦呈现强劲的增长势头，预测期内的年複合增长率分别为33.7%及43.1%。新兴行业具有高增长潜力，全球碳化硅外延晶片的销售额预计将以54.5%的年複合增长率增长。

全球碳化硅外延行业的市场规模

全球碳化硅外延晶片市场发生显著变化，尤其是6英吋外延晶片的销售额。于2020年至2024年，6英吋外延晶片的销售额由3亿美元增至8亿美元，年複合增长率为29.5%。预计到2029年，该销售额将进一步增至13亿美元，2024年至2029年的年複合增长率为9.4%。

相反，随著6英吋外延晶片的普及，4英吋外延晶片的销售额有所下降，由2020年的49.6百万美元降至2024年的20.0百万美元，并预计到2029年进一步降至7.2百万美元。随著技术的成熟及持续的成本降低，8英吋碳化硅外延晶片的渗透率将大幅增加。预计到2029年，8英吋外延晶片的销售额将达到45亿美元，2024年至2029年的年複合增长率为71.9%。

于2020年至2024年，全球碳化硅外延晶片的销量由241.9千片增至989.9千片。受技术进步及效率提升所推动，全球碳化硅外延晶片的销量到2029年预计将进一步增至5,959.4千片。6英吋碳化硅外延晶片的销量于2024年增至822.8千片，2020年至2024年的年複合增长率为44.6%。预计到2029年，6英吋碳化硅外延晶片的销量将达到2,160.5千片，2024年至2029年的年複合增长率为21.3%。另一方面，4英吋碳化硅外延晶片的销量于2024年降至29.9千片，并预计到2029年将缩减至14.0千片。

随著技术的进一步成熟，8英吋碳化硅外延晶片的商业化正在加速。8英吋碳化硅外延晶片的销量呈现最为显著的增长，由2020年的仅0.9千片增至2024年的137.1千片，年複合增长率为254.6%。预计到2029年，销量将增至3,784.8千片，2024年至2029年的年複合增长率为94.2%。

全球碳化硅外延行业的价格趋势

由于原材料成本下降、技术成熟带来的成本优化及产能提升，全球碳化硅外延晶片的价格于2020年至2024年出现下降。随著碳化硅外延晶片产品的加速迭代以及下游应用迅速发展带来的需求上升，预计同尺寸碳化硅外延晶片的价格下降幅度将逐渐缩小。于2024年，6英吋碳化硅外延晶片的价格约为每片人民币7,300元，预计到2029年将降至每片人民币4,400元，主要原因是碳化硅衬底价格下降。

全球碳化硅外延行业的市场推动因素

下游应用需求增加。随著全球对可再生能源及电气化的推动，碳化硅功率半导体器件因其优越的热性能、高击穿电压、开关过程中的低能耗及提升整体系统效率的能力，已成为实现高效能系统的关键。电动汽车、可再生能源及储能系统等关键行业正逐步採用碳化硅功率半导体器件，以满足对性能及能效的更高需求。此外，向家电、人工智能运算与数据中心、智能电网及eVTOL等新兴应用领域的扩展，正推动碳化硅功率半导体器件市场的增长。于2024年至2029年，预计全球碳化硅功率半导体器件市场将继续以39.9%的年複合增长率快速增长。作为核心材料的碳化硅外延晶片的需求将直接因应市场对高性能碳化硅功率半导体器件的需求增加而增加。

技术进步与制造扩展。外延生长技术的创新、缺陷减少及均匀性提高，正在提升碳化硅外延晶片的质量及良率，使其更具成本效益且可靠。随著6英吋碳化硅外延晶片制造工艺的成熟及生产成本的降低以及8英吋碳化硅外延晶片大规模生产的突破及商业化加速，碳化硅外延晶片市场规模正经历快速增长。

政府政策支持。各国政府不断出台有利于碳化硅外延行业发展的利好政策、法律及法规。于2023年9月，欧盟颁佈了《欧洲芯片法案》，投资超过430亿欧元推动欧洲半导体产业发展。美国也于2022年颁佈《芯片与科学法案》，通过税收优惠和财政补贴等方式提高研发和制造能力。与此同时，中国政府也推出了一系列利好政策。

于2023年7月及8月，工业和信息化部发佈《制造业可靠性提升实施意见》及《电子信息制造业2023 – 2024年稳增长行动方案》，强调需要建立行业标准并提高包括碳化硅功率半导体器件在内的宽禁带功率半导体器件的可靠性。于2023年2月，中华人民共和国国务院发佈《质量强国建设纲要》，明确倡导通过技术研发推动国产材料的质量、稳定性及适用性发展。作为宽禁带半导体的关键材料，碳化硅外延晶片受到国家产业政策的支持，并获得资金支持其在关键领域的发展。

全球碳化硅外延行业的市场趋势

外延晶片制造专业化程度提高。碳化硅外延晶片市场正出现越来越多专门专注于外延晶片制造的晶圆代工厂。与传统硅产业（经过多年的整合已经形成明确的分工）类似，高度专业化分工的趋势是由下游行业对高品质客制化晶片的需求所驱动。专业代工厂可以通过价值链协作提供优质产品，以满足下游应用的各种需求。

8英吋碳化硅外延技术的发展加速。对于相同规格的芯片，较大的晶片可减少边缘芯片的比例，并增加每片晶片产出的裸芯片数量，大幅提高晶片利用率并降低芯片单位成本。以32平方毫米大小的芯片为例，将碳化硅外延晶片由6英吋扩展至8英吋，晶片面积可增加1.8倍，边缘芯片比例由14%降至7%，裸芯片数量增加90%。由于成熟的生产工艺及较低的成本，6英吋碳化硅外延晶片将在中长期内需求继续增长，并佔据重要地位。随著8英吋碳化硅外延晶片制造工艺的成熟及质量的提升，其应用将加速推广。

向更宽的电压范围应用领域扩展。随著智能电网、轨道交通及大规模储能系统等领域对高功率、高电压碳化硅功率半导体器件需求的增加，碳化硅外延晶片的应用场景正向中高压及超高压领域扩展。同时，一些低压应用（例如家电）已转而使用碳化硅以获得更高的效率。未来，碳化硅外延晶片将越来越专注于满足该等器件的需求，推动其在更宽的电压范围应用中的採用。

创新外延生长的快速发展。外延生长技术的不断改进，确保我们能紧跟各种下游应用需求变化的步伐，包括更高的性能要求和更多的产品类型。碳化硅超结器件为下一代高性能功率器件。沟槽回填外延技术是超结器件的关键制造工艺。该技术涉及採用外延工艺的蚀刻沟槽及填充沟槽，将促进碳化硅超结器件的研发和产业化进程。此外，複合衬底可能是未来碳化硅功率器件的低成本解决方案之一，因此开发适合複合衬底的外延技术对于複合衬底的商业化推广具有重要意义。该技术将降低碳化硅功率器件的成本，并扩大碳化硅功率器件的市场应用。

单位生产成本下降。受技术进步、规模效益及供应链优化所推动，单位生产成本不断下降。技术进步，特别是缺陷控制技术，提高了良率及生产效率。同时，供应链的成熟导致原材料及设备的价格下降。结合规模经济效益，单位生产成本进一步下降。

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