一文读懂碳化硅外延——碳化硅功率半导体产业链的价值高地！

（原标题：一文读懂碳化硅外延——碳化硅功率半导体产业链的价值高地！）

碳化硅功率半导体，是一个具备高成长潜力的“黄金赛道”。2024年，全球碳化硅功率半导体市场规模仅为25.5亿美元，2029年全球碳化硅功率半导体市场规模将突破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，增长势头尤为迅猛。

但很多人都搞错了碳化硅产业链的价值核心——在这条庞大的产业链中，真正决定器件性能上限、拉开企业差距、掌控核心价值的，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核心功能区，是高压电力设备稳定运行的“安全堤坝”，决定了碳化硅功率半导体的价值。

目前，车规1200V外延层的价值已大于衬底，而固态变压器3300V外延层的价值已经超过衬底的三倍!随着电压等级的提升，外延在芯片总成本中的占比将继续大幅上升。外延是整条产业链中名副其实的“价值高地”。

毫无疑问，谁掌握了碳化硅外延的领先优势，谁就握住了全球碳化硅功率半导体产业的未来话语权!今天，我们摒弃晦涩专业术语，用通俗大白话、直观生活化类比，带大家深度读懂碳化硅外延的核心价值、产业逻辑与投资潜力。

碳化硅外延是衬底“地基”上盖的高楼，厚度和结构复杂度决定价值上限

要读懂碳化硅外延，我们先要将碳化硅产业链的基础逻辑拆解明白。

如果将实现电能高效转换与控制的核心——碳化硅功率器件类比为一栋完整的建筑，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多层结构。

碳化硅衬底作为单晶基底，是个标准品，衬底不包含客户需要的产品结构，真正决定器件性能、创造核心价值的，是接下来的外延环节。

所谓碳化硅外延，简单来说，就是在碳化硅衬底上，通过精密的化学气相沉积工艺，根据客户的特定需求，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结构，衬底晶圆和外延结构合在一起，就是外延片。外延层的碳化硅质量必须大幅度的高于衬底，必须把衬底中的大量缺陷消灭掉或者是把衬底中的一些缺陷锁死、不进入外延层。无一例外，所有的碳化硅功率器件，都是制作在外延层里面的，器件制作完成后绝大部分情况下都会将衬底减薄、磨掉使得衬底带来的电阻和热阻能够尽可能的被消除掉。对于最终的碳化硅功率器件来说，它的耐压能力、开关效率、能量损耗等核心性能，都是由外延层决定的，它的品质直接决定了器件最终能达到的性能上限。

与建筑做个类比：如果在一块地基上盖了低层居民房，那么地基和地面上的建筑价值大约相同，各占50%，与目前的碳化硅衬底和低电压器件中的薄外延层的价值比类似，各占50%。但是，如果在同一块地基上盖了超30层高的超级豪宅，地面上建筑的价值就必然大幅度高于地基的价值。衬底就是那个固定投入的“地基”，而外延层就是地基之上的“楼层”，外延的结构复杂度和总厚度，就是各楼层的结构和总高度。你能把外延层做多厚、质量做多好，就决定了你能在这块“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，需要10～13μm厚的外延层;1500V的光伏逆变器用器件，需要13-15μm的外延层;而3300V的工业、电网用高端器件，需要30-32μm的厚外延层，1万伏以上的超高压器件，更是需要大约100μm的外延总厚度。目前，车规1200V外延层的价值已大于衬底，而固态变压器3300V外延层的价值已经超过衬底的三倍!随着电压等级的提升，外延在芯片总成本中的占比将大幅上升，是名副其实的‘价值高地’。

在同一规格的衬底上，外延层生长的总厚度越大，结构越复杂，对应的商业价值和产业价值也就越大。

高压化产业趋势下，厚外延层是降本增效的核心

看完前文，你可能会产生两个疑问：为什么外延层越厚，能承受的电压就越高?外延层能承受的电压越高，又到底好在哪?接下来，我们用中学的物理知识，结合行业实际应用，将这件事解释清楚。

一、为什么外延层越厚，耐压等级越高?

碳化硅功率器件的核心工作，就是在高压电路里承担“开关”和“隔离”的作用，而要保证器件在几千伏甚至上万伏的高压下能正常工作而不被击穿，就需要一层专门的“耐压层”，即：碳化硅外延层。

如果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、越坚固，能挡住的洪水水位就越高，越不容易出现溃坝;同理，碳化硅外延层的厚度越大，它能承受的电压上限就越高，器件在高压工况下就越稳定、越安全。 这里有一个与在地基上盖房子非常关键的不同，前面说到，器件制作完成后会将衬底减薄或磨掉，而且将衬底减薄或磨掉后器件的性能会更好。

当然，厚外延的技术攻关难题远不止“长厚”这么简单——不仅要厚度达标，还要在大厚度下保证晶体的低缺陷、高均匀性，否则就会像“豆腐渣堤坝”一样，哪怕厚度够了，也会从缺陷处被击穿。这也是为什么高端厚外延技术，一直是碳化硅产业链的核心壁垒之一。

外延环节竞争的核心，就是需要尽力提升良率，使得生产出来的外延片都是合格的“堤坝”，这在工程上难度极高。由于外延生长对缺陷控制要求极高，‘良率’直接决定了企业的盈利水平。行业普遍存在‘设备易得、良率难求’的现象，这也构筑了头部企业的护城河。

极高的技术门槛使得外延代工成为碳化硅产业链中集中度最高的环节。据灼识咨询数据，2024年全球前五大碳化硅外延代工企业合计占据93.4%的市场份额——这意味着"良率即护城河"在外延环节体现得最为极致。其中，全球市场占有率最高的三家企业分别是中国的瀚天天成(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%。

二、为什么电压越高越好?从物理原理看懂行业刚需

仅运用我们在中学学过的欧姆定律和能量损耗的基本原理，就能一眼看懂追求高压化的本质：P=V×I，P代表功率(瓦特)，V代表电压，I 代表电流。对于同样的功率，电压V提高了，需要的电流I就能降低。此外，中学物理告诉我们，能量的损耗等于电流的平方乘以电阻:I2×R，也就是能量的损耗和电流的平方成正比。

你看，根据中学物理，我们就能得到一个显而易见的结论：对于相同功率电力系统，使用的电压越高，需要的电流就越小;而电流越小，能量损耗就会大幅下降。

举例说明：对于一个10000瓦的电力系统，当我们用1000V的电压时，系统电路里的电流是10A，此时的损耗是102×R=100R;而当我们把电压提升到10000V时，电流就会降到1A，此时的损耗直接变成12×R=1R，损耗直接降到了原来的1%!

这就是高压化的核心价值：大幅降低能量损耗，大幅提升能源利用效率，同时还能减少线路、器件的发热，延长设备使用寿命，缩小设备体积，最关键的是还能降低生产成本。所以，大量的碳化硅产业应用一直在向高电压发展。比如，新能源汽车从原来的400V平台升级到800V高压平台，而且开始进一步提升到1000V电压平台。光伏风电并网的碳化硅器件已经从400V提升到1700V，甚至2000V。 AI数据中心和电网要推广高压固态变压器(SST)的核心原因也是基于要——高效、节能、省成本，走高压路线是大量电力应用的必然发展方向。

根据中金公司的研究结论，碳化硅功率芯片是AI供电系统的核心部件，在算力中心建设热潮中将被大量使用。自2026年起，AI数据中心对碳化硅功率芯片的需求将快速增加，2026年到2030年每兆瓦算力的碳化硅芯片需求数量复合增速预计将超过80%;同时，由于芯片耐压要求持续提高，AI算力中心所用碳化硅芯片的单颗平均价值也将同步提升，带动每兆瓦对应的碳化硅芯片整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产业链中的价值占比将持续提升。更进一步看，外延环节是决定碳化硅功率芯片耐压等级的核心，因此也将成为AIDC产业发展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和价值量(来源：中金公司研究部)

总而言之，如果说碳化硅衬底是“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”，它既是产业升级的核心抓手，也是未来碳化硅功率半导体赛道的核心价值高地，长期成长确定性与产业战略价值极为突出。