碳化硅（SiC）作为第三代半导体核心，凭借高击穿场强、高热导率与高电子漂移速率，确立了在高温高压高频场景的不可替代性。当下，行业正经历从“新能源驱动”向“算力需求拉动”的历史性动能切换。AI算力的爆发为SiC开辟了强劲增量：AI数据中心向800V HVDC供电架构升级，SiC成为突破效率瓶颈的关键；先进封装中，SiC以高导热与刚性切入中介层，破解超高功率密度的“热墙”困境；端侧AI上，SiC超高折射率正打破传统光学极限，重塑AR眼镜沉浸体验。需求裂变正倒逼供给重构，占器件成本近半的衬底环节正加速国产8英寸量产与12英寸突破，全球竞争格局深刻重塑。在新能源与AI双轮驱动下，碳化硅正迈入黄金赛道。

本篇文章的研究对象将是碳化硅（SiC）。文章将详细讲解其核心物理特性，分析当前行业现状；探究其在电源、先进封装及AR眼镜等场景下的增量需求与历史意义；梳理碳化硅产业链，分析核心环节，列举相关公司。希望这些内容能够启发大家对碳化硅的了解。

01

行业概述

1、第三代半导体材料

随着半导体技术的持续突破与新能源、5G通信、高端算力等终端需求的升级，功率半导体材料正加速代际迭代。半导体材料包括硅、砷化镓、氮化镓、碳化硅。

从技术演进脉络来看，功率半导体材料按代际可划分为三类。第一代以硅为核心，技术成熟，支撑了中低压、中低频场景的基础需求；第二代以砷化镓为代表，凭借高频、抗辐射特性拓展了光电子与通信领域的应用；第三代则以氮化镓、碳化硅为典型，二者作为宽禁带半导体，具备高击穿电场、高热导率等优势。

2、碳化硅材料具备卓越的物理特性，是高温、高频、高压场景下的理想选择

碳化硅（SiC）是一种由碳和硅两种元素组成的化合物半导体材料，属于宽禁带半导体材料，核心优势体现在更高耐压、更低损耗与更强热管理能力，使其在高压、高频、高温场景下具备系统级效率优势。

高禁带宽度：SiC接近Si的三倍，高禁带宽度特性降低了本征载流子浓度，使器件高温漏电流更小，可允许器件在更高温度下稳定工作，有望实现200℃以上的工作温度。

高饱和电子漂移速率：SiC载流子可更快漂移，有利于提高器件开关速度。此外，SiC对P型/N型掺杂的控制范围广，与硅相当，可满足器件制造的各种工艺要求。

高热导率：SiC的热导率约为Si的三倍，使得SiC具备优异的散热能力，在高功率密度应用中可降低结温、缩减冷却系统规模。同时，SiC晶格结合力强，化学/机械稳定性高，不易因热应力开裂，在极端环境下保持可靠。

高击穿场强：SiC的临界击穿场强约为3MV/cm，为Si的10倍，意味SiC器件可以承受更高电压而不击穿。得益于此，SiC高压器件所需的漂移区可以做得更薄、掺杂更高，从而显著降低导通电阻。在相同耐压下，SiC器件单位面积漂移层电阻理论上可降低至硅的1/300。这使SiC器件能轻松实现600V至数千伏的耐压，同时保持极低导通损耗。

得益于以上特性，SiC成为车用电驱、光伏逆变、电网变换等领域的首选新型功率半导体材料。随着产业发展晶圆尺寸由2英寸、4英寸逐步扩大到6英寸、8英寸乃至12英寸，晶体缺陷密度大幅降低，材料供应和良率持续改善，碳化硅正从小众逐步走向大规模产业化。

3、碳化硅材料加工流程及碳化硅器件分类

碳化硅单晶经长晶、切割、研磨与抛光等加工后形成衬底，再在衬底表面通过外延生长制备功能薄膜，得到外延片。衬底作为器件的核心支撑与散热载体，主要应用于功率半导体（如新能源汽车电驱与光伏逆变器）、射频半导体（5G基站毫米波射频前端）以及高功率密度散热部件等场景。目前产业主流衬底尺寸为6英寸，8英寸正在加速量产导入；外延片则用于构建功率器件的有源区，是决定器件电学性能的关键材料。按电阻率与导电特性不同，碳化硅器件可分为导电型碳化硅功率器件和半绝缘型碳化硅基射频器件：

（1）导电型碳化硅功率器件

功率器件又被称为电力电子器件，是构成电力电子变换装置的核心器件。导电型碳化硅功率器件主要是通过在导电型衬底上生长碳化硅外延层，得到碳化硅外延片后进一步加工制成，品种包括造肖特基二极管（SBD）、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等，核心应用包括新能源汽车主驱逆变器、车载充电机、光伏逆变器、储能变流器、电网、电力电子、工业控制以及轨道交通等方向。

（2）半绝缘型碳化硅基射频器件

射频器件在无线通讯中扮演信号转换的角色，是无线通信设备的基础性零部件，主要包括功率放大器、滤波器、开关、低噪声放大器、双工器等。半绝缘型碳化硅基射频器件是通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层，制得碳化硅基氮化镓外延片后进一步制成，包括HEMT（高电子迁移率晶体管）等氮化镓射频器件，应用场景覆盖5G通信、卫星通信、雷达及部分光学应用。

02

行业现状

1、全球碳化硅市场持续扩容

数据显示，2024年全球碳化硅市场规模约41亿美元（同比增长28.13%）。据中商情报网数据，2024年全球碳化硅衬底、外延市场规模分别为92亿元人民币（同比增长24.3%）、87亿元人民币（同比增长8.7%）。预计2025年全球碳化硅衬底市场规模达123亿元人民币。

2、从顶层设计到地方落地：国家政策闭环护航第三代半导体发展

十四五以来，国家将第三代半导体列为战略性新兴产业。2025年中央经济工作会议强调“加快人工智能基础设施建设，突破先进功率半导体瓶颈”。2026年政府工作报告明确提出“推动第三代半导体规模化应用，支持8寸及以上衬底产业化”。“十五五”规划纲要专章部署“宽禁带半导体材料与器件”，并设立科技专项。地方层面，北京、上海、深圳、山东等地出台配套资金与用地优惠政策。总体看，政策从顶层设计到地方落地形成闭环，为SiC行业提供了稳定的发展环境。

3、新旧动能切换，碳化硅行业正蓄势待发

在整个能源结构升级的过程中，无论是发电端的光伏、风电，输电端的高压柔直，用电端的新能源车、充电桩、白电、工控，对于电压和能源转换效率的要求都在不断提升，同时在成本和安全约束下也更为看重系统整体的经济性和稳定性，因此有着更低开关损耗、更高可靠度、更轻重量、更小体积以及更为耐高温的碳化硅器件越来越受到下游环节的关注。

这波由新能源车、光伏逆变器和电源主导的功率电子替代潮，构成了碳化硅产业的第一增长曲线。而如今，随着AI算力需求的爆发，碳化硅产业正迎来从“新能源驱动”向“算力需求拉动”的历史性动能切换。

碳化硅不仅在功率转换上表现优异，其在先进封装领域的散热与结构功能也逐步显现。先进封装散热材料正成为碳化硅更强劲的增长引擎。算力需求所带来的增量空间，不仅规模庞大，更具有长周期、高增速的结构性优势。

由此，碳化硅行业正式迈入“新能源存量增长”与“AI散热增量拓展”并进的新阶段。未来三到五年，随着8英寸及以上晶圆量产落地、先进封装工艺成熟以及AI芯片的快速迭代，碳化硅将成长为半导体材料领域最具确定性的黄金赛道。

03

产业链分析

在SiC功率器件成本结构中，衬底占比达47%，外延层占23%，器件制造占30%。相比传统硅基器件（硅衬底成本占比＜10%），SiC衬底的高成本主要源于晶体生长的复杂性和低良率。SiC有200多种晶型，最适合用于半导体领域的4H晶型需在2000 ℃高温生长，且无法实时监控晶体内部状态，易产生多型夹杂缺陷（200余种晶型易相互转化），同时温度梯度控制不当会导致晶体开裂或应力缺陷，生长效率低。因此，碳化硅衬底的制备壁垒相对较高。

1、衬底

碳化硅衬底是用于制作宽禁带半导体及其他碳化硅基器件的基础材料。衬底经过外延生长后，被用于制造各种功率器件、射频器件等，其中功率器件是当前最主要的需求来源。这些器件广泛应用于新能源汽车、数据中心光伏及储能、电力供应、轨道交通及新兴产业等领域。

根据电学性能差异区分，碳化硅衬底分为导电型衬底和半绝缘型衬底。导电型衬底通过同质外延工艺，生长出与衬底材料特性一致的外延层，主要应用于碳化硅功率半导体器件的制造。半绝缘型衬底一方面可采用异质外延技术，生长出与衬底材料特性不同的氮化镓外延层，主要用于射频器件的生产。

按照尺寸规格划分，碳化硅衬底行业已经经历了由4英寸向6英寸，正在经历由6英寸向8英寸延伸的发展过程，12英寸处于前瞻性探索阶段。

（1）碳化硅衬底生产工艺

碳化硅衬底生产是行业发展的关键环节，其生产工艺流程主要包括以下几个步骤：原料合成、晶体生长、晶体加工以及清洗与检测，整个碳化硅衬底的生产工艺流程涉及多个环节，每个环节都需要精细的操作和严格的质量控制，以确保最终产品的性能和质量。

在碳化硅生产流程中，碳化硅衬底制备是最核心环节，技术壁垒高，难点主要在于晶体生长和切割。单晶生长炉（长晶炉）是晶体生长的核心设备，相关公司包括晶升股份、北方华创、晶盛机电、连城数控、京运通。

单晶生长后，将生长出的晶体切成片状，由于碳化硅的莫氏硬度为9.2，仅次于金刚石，属于高硬脆性材料，因此切割过程耗时久，易裂片。实现切割损耗小、并且切割出厚度均匀、翘曲度小的高质量SiC晶片是目前面临的重要技术难点。

20世纪80年代以前，高硬脆材料一般采用涂有金刚石微粉的内圆锯进行切割。由于内圆锯切割的切缝大、材料损耗多，且对高硬脆材料的切割尺寸有限制，从20世纪90年代中期开始，切缝窄、切割厚度均匀且翘曲度较低的线锯切割方式逐步发展起来。线锯切割以钢线做刃具，主要分为游离磨料（砂浆线切割）和固结磨料切割（金刚石线锯切割技术）两类。

1）砂浆线切割：砂浆切割技术指一种切割高硬脆材料的切割工艺技术。该工艺以钢线为基体，莫氏硬度为9.5的碳化硅（SiC）作为切割刃料，钢线在高速运动过程中带动切割液和碳化硅混合的砂浆进行摩擦，利用碳化硅的研磨作用达到切割效果。砂浆线切割技术中，砂浆是磨粒的载体，对悬浮于其中的磨粒起到稳定分散的作用，因此需要一定的黏度，同时砂浆还需要带动磨粒随线锯一起运动，因此需要具有较好的流动性，还应具有较好的导热性防止切片温度过高，在实际应用中一般选择聚乙二醇（PEG）作为磨粒的分散剂。砂浆切割技术具有切缝窄、切割厚度均匀等优点，适用于硅材料和SiC切片，但存在加工效率低、磨粒利用率低、对环境不友好等缺点。

2）金刚石切割：金刚线，或称金刚石线、电镀金刚线，是用电镀的方法在钢线基体上沉积一层金属镍，金属镍层内包裹有金刚石微粉颗粒，从而使金刚石颗粒固结在钢线基体上而制得的一种线性超硬材料切割工具。金刚线切割技术指以金刚线为切割工具，配合专用的切割设备和适合的切割工艺，实现硬脆材料切割加工的技术。金刚石线切割工艺相较上一代游离磨料砂浆切割工艺具有巨大优势，具备大幅降低线耗成本、提高材料利用率，大幅降低切割磨损、提高切割速度，大幅提升切片效率、与砂浆线切割技术不同，通常使用水基冷却剂，较为环保，摒弃游离磨料砂浆切割所使用的昂贵且不环保的碳化硅等砂浆材料等特点，因此用金刚石线切割有效降低了切割环节成本。在金刚石线使用中，线径大小、切割速度、金刚石线消耗量、TTV情况是切片成本的主要影响要素。

3）激光切割：激光剥离技术是将激光聚焦到晶圆表面以下，在碳化硅晶锭内部不同深度处进行逐层扫描生成单道或者多道改质层，之后，在外张力作用下，改质层裂纹沿垂直于晶圆表面方向扩展，使晶圆由内向外劈裂，从而在碳化硅晶锭上剥离出晶圆。碳化硅的激光切割一般使用皮秒红外激光器作为光源，近红外波长能够更好的透过碳化硅并聚焦在材料内部形成改质区。这种技术具有材料损耗低、加工效率高、出片数量多等优势，有望成为金刚线切割技术的理想替代方案。据DISCO官网介绍，其KABRA激光剥离技术6英寸SiC晶锭上切割一个晶片需要10min（一个晶锭需要31h），而传统技术则需要3.1h（一个晶锭需要100h），单个晶锭可生产的晶片数量是现有工艺的1.4倍。激光微水射流加工技术利用了激光在水和空气的界面上发生全反射的现象，使激光耦合在稳定的水射流内部，利用水射流内部很高的能量密度来实现材料的去除。6英寸单片晶圆片降低衬底总成本35%，效率提升8倍。

切磨抛设备（切片/研磨/抛光）是SiC晶棒加工成晶圆的必备后道设备，相关公司包括宇晶股份、晶盛机电、迈为股份、高测股份、德龙激光。

（2）市场格局演变

从2024年的市占率情况来看，Wolfspeed维持第一名，2024年市占率达33.7%，引领产业向8英寸衬底转型。中国厂商TanKeBlue（天科合达）和SICC（天岳先进）发展迅速，2024年二者市占率相差无几，分别以17.3%和17.1%位列第二、三名。其中天科合达是中国本土功率电子市场最大的SiC衬底供应商，而天岳先进则在8英寸晶圆市场中占据领先地位。Coherent则下滑至第四名，市占率约13.9%。

碳化硅衬底产业正经历全球格局重构，中国厂商率先突破12英寸技术壁垒并实现产能布局，叠加海外龙头陷入经营困境，国内企业有望在新一轮需求爆发中占据主导地位，充分受益于行业高增长红利。在全球碳化硅产业链加速演进的背景下，供给端的技术与产能格局正在发生深刻变革。过去三年，行业经历了高强度竞争与资本投入，推动技术节点快速迭代，而这一进程正逐步从以海外为主导转向由中国企业引领的新阶段。关键在于，我国多家头部企业已成功攻克12英寸碳化硅衬底制备技术，并推进至量产或试产阶段，标志着国产供应链在核心材料环节实现了重大突破。

目前，天岳先进已实现12英寸半绝缘型、N型及P型碳化硅衬底的研发突破，具备完整的产品线覆盖能力；晶盛机电则在子公司浙江晶瑞SuperSiC建设首条12英寸碳化硅衬底加工中试线，正式打通从长晶到加工的全流程工艺链；三安光电亦已完成12英寸衬底工程样品生产，进入研发验证阶段。这些进展表明，中国企业在大尺寸碳化硅衬底领域已建立起先发优势，不仅在技术上追赶国际水平，更在产能规划上展现出规模化扩张的雄心——部分企业规划年产能已达百万吨级规模，为未来市场需求爆发提供坚实支撑。

与此同时，全球碳化硅产业的另一重要变量是海外龙头企业Wolfspeed的经营困境。作为长期占据市场领先地位的国际巨头，Wolfspeed近年来因扩产节奏过快、成本控制不力以及市场需求波动等因素，持续面临巨额亏损。其财务数据显示，营业亏损逐年扩大，现金流承压严重，最终于2025年宣布启动破产重组程序，计划通过债务削减和业务重组恢复财务健康。这一事件不仅暴露了海外企业在高资本开支模式下的脆弱性，也反映出全球碳化硅产业正进入“技术成本”双重竞争的新阶段。

在此背景下，中国企业在具备本土化制造优势、成本控制能力和政策支持的前提下，有望在新一轮需求周期中抢占更大市场份额。尤其在AI算力驱动的高端封装应用中，对大尺寸、高性能衬底的需求将迅速提升，而12英寸晶圆正是实现高良率、低成本量产的关键基础。国内企业凭借提前布局和技术积累，将在这一赛道中形成明显的先发壁垒。

更为重要的是，随着全球碳化硅衬底市场进入结构性调整期，原本由海外主导的供应格局正在被打破。中国企业不仅能够满足国内市场需求，更有望通过出口参与全球竞争。这使得国内衬底厂商不仅能分享行业整体增长的β收益，还可能在技术迭代与客户绑定中获取超额α回报。

2、外延

碳化硅外延晶片是指在碳化硅衬底的基础上，经过外延工艺生长出晶格一致、高纯度、低缺陷的特定单晶薄膜。

碳化硅外延晶片作为碳化硅器件成型的必备环节，具有不可或缺的重要作用，是推动碳化硅行业高质量发展的基石。近年来，受到下游新能源汽车、光伏发电、高性能电源、轨道交通等领域应用的快速发展，全球碳化硅功率半导体器件市场快速渗透，推动碳化硅外延晶片市场的快速发展。尤其对更高性能及能源效率功率器件的需求，推动8英寸碳化硅外延晶片市场快速增长。2025年，全球碳化硅外延晶片市场规模从2020年的4亿美元增长至13亿美元，其中，8英寸碳化硅外延晶片市场占比从2020年的1.3%扩大至40.8%；预计2026年全球碳化硅外延晶片市场规模有望达到16亿美元，其中，8英寸碳化硅外延晶片市场将成为主流，占比扩大至52.1%。

（1）碳化硅外延生产工艺

碳化硅外延晶片行业生产工艺主要包括原材料检验、衬底预处理、缓冲层生长、外延层生长、外延检测、入库前外延清洗及干燥、封装入库等流程。

碳化硅外延生长方法包括：

1）化学气相沉积（CVD）法：这是目前最常用的碳化硅外延生长方法。在高温反应腔室内，反应气体在衬底表面发生化学反应，生成碳化硅并沉积在衬底上。通过精确控制反应气体的流量、比例、温度和压力等参数，可以生长出高质量的碳化硅外延层。

2）分子束外延（MBE）法：在超高真空环境下，将硅和碳的原子束蒸发到碳化硅衬底上，原子在衬底表面吸附、扩散并结合，形成碳化硅外延层。MBE法可以实现原子级别的精确控制，生长出的外延层具有非常好的晶体质量和界面平整度，适用于制造高性能、高灵敏度的碳化硅基半导体器件。

3）物理气相传输（PVT）法：利用高温使碳化硅原料升华，产生的气态碳化硅传输到较低温度的衬底表面，在衬底上沉积并结晶，形成碳化硅外延层。PVT法生长速度相对较快，可用于生长较大尺寸的碳化硅外延片，但外延层的质量和均匀性相对CVD法和MBE法略差。

制备高质量的碳化硅外延，要依靠先进的工艺和设备，目前应用最广泛的碳化硅外延生长方法是化学气相沉积（CVD），其拥有精确控制外延膜厚度和掺杂浓度、缺陷较少、生长速度适中、过程自动控制等优点，是已经成功商业化应用的可靠技术。

主流外延设备技术方案包括：热壁水平卧式CVD、温壁行星式CVD、准热壁立式CVD。碳化硅CVD外延一般采用热壁或温壁式CVD设备，在较高的生长温度条件（1500～1700℃）下保证了外延层4H晶型SiC的延续，热壁或温壁式CVD经过多年的发展，按照进气气流方向与衬底表面的关系，反应室可以分为水平卧式结构反应炉和垂直立式结构反应炉。

碳化硅外延炉的好坏主要有三个方面的指标，首先是外延生长性能，包括厚度均匀性、掺杂均匀性、缺陷率和生长速率；其次是设备本身温度性能，包括升温/降温速率、最高温度、温度均匀性；最后是设备本身的性价比，包括单台价格和产能。

国内外延生长设备相关公司包含晶盛机电、北方华创、中电科48所、深圳纳设智能、苏州芯三代等。

（2）市场格局

碳化硅外延晶片行业领域具有技术门槛高、验证时间长的特性。目前，碳化硅外延晶片行业主要供应企业包括Wolfspeed、Coherent、Resonac、广东天域、瀚天天成等。其中Wolfspeed为自用为主的内销厂商（Captive）代表，瀚天天成电子为外销厂商（Open）代表。

3、器件制造

（1）器件制造流程

以SiC MOS为例。SiC MOS器件制造主要涵盖氧化膜图形化、离子注入、栅极钝化层漏极源极制作等工艺。①图形化氧化膜：清洗晶圆，制作一层氧化硅（SiO2）薄膜，涂布光刻胶，经过匀胶、曝光、显影等步骤形成光刻胶图形，最后通过刻蚀工艺将图形转移到氧化膜上。②离子注入：将做好掩膜的碳化硅晶圆放入离子注入机，注入铝（Al）离子以形成p型掺杂区，并退火以激活注入的铝离子。移除氧化膜，在p型掺杂区的特定区域注入氮（N）离子以形成漏极和源极的n型导电区，退火以激活注入的氮离子。③制作栅极：在源极与漏极之间区域，采用高温氧化工艺制作栅极氧化层，并沉积栅电极层，形成栅极（Gate）控制结构。④制作钝化层：沉积一层绝缘特性良好的钝化层，防止电极间击穿。⑤制作漏极和源极：在钝化层上开孔，并溅射金属形成漏极和源极。

离子注入是碳化硅器件制造中最关键的工艺。与硅器件可自由选择扩散或离子注入不同，碳化硅器件只能采用离子注入掺杂。这是因为碳硅键极强，杂质扩散系数极低，若采用扩散法需极高温度；而此时二氧化硅（SiO2）掩膜层已失去保护作用，且碳化硅在1800℃以上也不稳定。因此，扩散法无法用于碳化硅掺杂，只能依赖离子注入。当前离子注入的设备离子注入机国产化率不足10%，相关国内企业有万业企业（凯世通）、晶盛机电、电科芯片和中国中车等。

离子注入工艺带动退火设备需求。①修复晶格损伤：由于高能离子注入之后带来的晶格损伤，会使得半导体的迁移率和寿命等参数受到较为严重的影响，②激活离子：在注入时大部分的离子并不是在替位的位置，所以为了激活注入离子并恢复迁移率等相关参数，必须在适当的时间和温度下进行退火。

氧化工艺用于提升阈值电压和漏电流，对于性能&可靠性至关重要。在MOSFET等功率器件中，SiC表面氧化层的质量直接影响到器件的性能和可靠性，影响着控制器件的阈值电压和漏电流等关键参数。

氧化薄膜层主要通过热氧化工艺完成，需要用到高温氧化炉。氧化薄膜层通常通过热氧化、CVD和电化学氧化完成，目前最常用的方法是热氧化方法，通过热氧化工艺，在高温条件下形成均匀、高质量的SiO₂栅氧化层，从而显著提升器件的击穿电压、降低漏电流和噪声。

（2）碳化硅器件生产模式及格局

器件制造领域，IDM（垂直整合）模式占据全球主导地位：全球六大碳化硅器件厂商——意法半导体、Wolfspeed、罗姆、英飞凌、三菱电机、安森美——均为IDM厂商。该模式涵盖衬底、外延、设计、制造到封装的全流程，有利于技术迭代与成本控制。国内IDM关联公司包括三安光电、芯联集成、中车时代电气、斯达半导、华润微、士兰微、扬杰科技，以及比亚迪半导体。

与此同时，由于国内起步较晚，涌现出Fabless（无晶圆厂设计）/代工模式。代工模式（有产线、代工生产）包括芯联集成、积塔半导体；Fabless模式（仅芯片设计，委外代工）包括闻泰科技、宏微科技、新洁能。

碳化硅器件市场呈现“国际垄断、国产突围”格局。意法半导体、英飞凌等巨头把控，技术壁垒深厚；国内厂商在碳化硅汽车市场份额高，但在AI电源领域较弱，还处于前期阶段。行业竞争已从“能做出来”转向“稳定、低成本、规模化量产”，具备大尺寸衬底量产能力和低缺陷控制的企业将主导未来格局，国产替代空间广阔。

04

市场增量需求

1、碳化硅电源市场需求增长，在数据中心高压架构及固态变压器中加速渗透，车规空间广阔

（1）数据中心电源方案往800V HVDC架升级，碳化硅器件迎新需求

1）800V HVDC规模化验证提速，2027年成放量拐点

AI机柜功率密度持续飙升，传统低压供电已达物理极限，800V HVDC高压直流架构是下一代AI数据中心的必然选择。随着GPU密度提升与高带宽内存集成，AI机柜正在向更高功率密度演进，传统供电方案在高功率场景下面临电流上行、母排/线缆铜耗与连接器发热压力增大的系统性问题，行业开始评估并推进更高电压等级的直流配电方案，以降低电流、降低配电损耗并提升功率密度，以800V HVDC为代表的高压直流母线方案开始进入工程阶段。

800V HVDC方案是通过减少转换级数提升配电电压，以提高端到端效率并降低系统复杂度。以直流母线贯穿数据中心配电，并在机架侧采用DC-DC完成电压变换，从而减少部分AC/DC与多级变换环节带来的累计损耗。相比传统方案，该路径在工程上更关注三类指标：端到端效率、功率密度（体积/重量）以及在负载波动下的动态响应与可靠性。

800V HVDC的功率承载能力，完美匹配AI集群的规模化扩张需求。800V HVDC的核心收益来自“高压降流”带来的配电损耗下降与线缆/母排规格优化。在功率不变的情况下，电压提升将带来电流下降，配电损耗随之下降。当前行业处于从试点验证走向规模化的过渡期，随着产业链环节的电源与保护器件成熟度、供配电标准化，以及与机架级系统的协同推进。

英伟达2025年5月官方宣布，数据中心正从当前的54V机架供电向800V HVDC高压直流架构过渡，目标是2027年实现该架构的规模化商用，以支撑1MW及以上超高功率密度IT机架的电力需求。

2）碳化硅以其卓越的物理特性，在800V HVDC中获得应用

SiC高击穿电场强度特性可解决800V耐压难题。SiC器件的核心优势在于其超高的击穿电场强度，SiC的击穿电场强度达到2.8-3.5MV/cm，是硅基材料（0.3MV/cm）的10倍。这一物理特性的差异直接决定了SiC在800V系统中的不可替代性。

高耐压是800V HVDC的第一门槛，SiC更容易在高压等级下兼顾低损耗与小体积。高压直流母线对功率器件的耐压等级、浪涌与过压保护提出更高要求；在同等耐压等级下，SiC凭借更高击穿电场强度，器件设计可在导通电阻与芯片面积之间取得更优折中，从而更有利于高功率密度与高效率实现。

从技术原理来看，SiC的高击穿电场强度允许器件设计得更薄、更小。在相同耐压等级下，SiC器件的芯片面积仅为硅基器件的1/10。这种小型化特性带来了多重优势：首先是材料成本的降低，相同功率等级下SiC芯片用量可减少三分之一；其次是系统集成度的提升，基于英伟达800V HVDC架构公开参数测算，800V架构较传统54V/480V方案可显著降低电流、铜用量及电缆体积。

SiC器件的低开关损耗和高开关频率，解决了AIDC供电系统效率低、空间紧张的痛点。低开关损耗与更高开关频率使SiC更适配高功率密度电源：效率提升与无源器件小型化可同时实现。在高压电源拓扑中，开关器件的损耗与开关频率决定了效率上限与磁性元件体积。相较传统硅基方案，SiC通常可在更高频率下维持更低损耗，从而推动电感、电容等无源器件小型化并提升系统功率密度。

SiC器件开关频率（100-1MHz）是硅基IGBT（10-50kHz）的5-20倍，可在维持高效率的同时显著减小电感、电容等无源元件尺寸，提升电源模块功率密度。碳化硅器件的低开关损耗特性使其在轻载条件下仍能保持较高效率，在AI训练负载波动较大的场景下具有显著的能效优势。

在高温条件下，SiC MOSFET的导通特性随温度变化更为稳定，明显优于硅基MOSFET与IGBT，有利于系统热设计与长期可靠运行。如图所示，当环境温度由25℃升高至150℃时，硅基MOSFET与IGBT的导通曲线整体明显上移，在相同漏极电流条件下所需的导通电压显著增加，表明其导通电阻随温度升高快速上升，导通损耗与热负担同步放大。

相比之下，SiC MOSFET在高温条件下的导通曲线变化幅度明显较小，在整个电流区间内仍能保持相对较低且稳定的导通电压。

这一特性表明，SiC MOSFET的导通电阻对温度变化不敏感，即便在150℃乃至更高结温条件下，其导通损耗仍保持可控，从而更适合高功率密度、高环境温度及长时间连续运行的电力电子应用场景。

AIDC单机柜功率飙升导致散热压力剧增，SiC器件的高热导率成为核心解决方案。SiC的热导率达4.9W/cm・K，是硅的3倍，高纯度单晶SiC热导率甚至超过铜，能快速传导热量。

AIDC高功率密度使散热从“成本项”变成“约束项”，SiC的热管理优势更多体现在器件与模块层面的结温控制与封装可靠性。在高压高功率密度电源中，器件结温与热循环可靠性直接影响系统稳定性；SiC较高的热导率与更高允许结温，为模块热设计与功率密度提升提供更大余量（例如更紧凑封装、更高功率密度布局）。

英伟达已联合英飞凌、MPS、Navitas、ROHM、意法半导体、德州仪器等半导体供应商，以及台达、维谛、伊顿、施耐德电气等电力系统企业，构建800V HVDC生态系统。维谛计划于2026年下半年正式推出800VDC电源产品系列，包括集中式整流器、高效直流母线槽、机架级DC-DC转换器以及直流备电系统。

（2）SiC的固态变压器已开始落地

根据行家说三代半，碳化硅器件已成为各企业SST产品提升性能的核心支撑，多家企业在产品设计中深度融合碳化硅器件，推动SST在AI新基建、数据中心等多元场景实现效能突破。2025年11月，台达与携手美团、秦淮数据联合发布了全球首个算力中心SST智能直流供电系统方案。据了解，该方案将率先落地应用于秦淮数据中心产业园，并将为美团业务提供电力支撑。台达电子宣布称，美团的数据中心采用了他们的固态变压器（SST），而这款SST搭载了碳化硅技术，SST单功率柜输出功率达1MW。

多家产业链公司已在布局SST：

（3）车规市场仍有巨大增长空间

根据集邦，车用碳化硅正处于高速增长通道。从渗透趋势看，SiC正在经历从“高端专属”到“大众普及”的转变：2025年下半年，搭载800V高压SiC平台的车型售价已下探至10-20万元区间。2026年被视为碳化硅产业供给格局重塑的关键之年，随着8英寸衬底放量和国产产能加速释放，SiC器件单位成本仍存在可观的下行空间。可以预见，在“双碳”目标和汽车产业电动化转型的双轮驱动下，车用碳化硅将迎来属于自己的高速增长期。

根据乘联数据，全球新能源车2025年累计到3季度渗透率达到24.5%，参考集邦25年前三季电动车上SiC平均17%的渗透率。综合计算下来，25年累计至Q3，全球汽车SiC渗透率不足5%。

数据中心、车载及固态变压器三大场景的需求增长，直接拉动了碳化硅功率器件的大规模需求，而衬底作为器件制造的核心基础材料，其市场需求将随着器件产能的快速扩张而同步攀升。

2、碳化硅的高导热特性，在超高功率密度的封装场景中具备优势

AI芯片在HBM高带宽内存的堆叠与大芯片集成下，传统封装难以满足带宽与互连密度，TSMC的CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）、三星的I-Cube等成为高端AI器件的主流路径。

CoWoS通过硅中介层实现数万至数十万条微凸点互连（μ-bump），把GPU与多颗HBM封装在同一基板上，提供数TB/s级内存带宽与宽I/O。随着NVIDIA Hopper/Blackwell等平台的放量，CoWoS产能成为行业瓶颈。

当前主流方案采用硅中介层（带TSV与RDL）承担超大规模互连，下方为有机ABF载板，上方以铜热盖/均热板与导热界面材料（TIM）连接系统散热，机房端多采用液冷或浸没式冷却系统提升换热效率。

大面积硅中介层（跨越两倍以上光罩尺寸）承载多颗HBM与一到两颗大型计算芯片，封装整体热密度显著提高。硅中介层的热导率与机械刚性、以及与有机ABF基板的热膨胀系数（CTE）差异，容易引发翘曲与可靠性挑战：

热路径：硅的热导率在超高热流密度下成为瓶颈，热点处结温抬升，影响加速器的频率与可靠性。

翘曲与CTE：有机载板CTE与硅差异较大，随温度循环产生应力，影响焊点与互连可靠性。

成本与良率：大尺寸硅中介层制造复杂、成本高，良率管理与再构工艺（reconstruction）对整体交付周期形成压力。

SiC的“高热导率高刚性高耐温”特性，在超高功率密度的封装场景中有明显优势。在SiC中介层路径中，因SiC热导率显著高于硅，且具有高硬度与低热膨胀系数，有助于降低热点温度、抑制翘曲。作为散热基座时，SiC可缩短热扩散路径，提升整体散热与机械稳定性。

SiC中介层正在探索验证和试点阶段。目前COWOS量产方案以硅中介层为主，SiC更高的热导率可使热点温升下降与温度分布更均匀，能有效提升性能稳定性，SiC更高的刚性与更低CTE改善热循环下的结构稳定性与焊点可靠性，有望承载更大面积与更高I/O密度的中介层设计。

SiC仍面临工艺难度高、成本高的挑战。SiC存在材料与加工成本高、TSV/RDL工艺链成熟度不足等问题，另外产业链相关的设计工具、标准与供应链配套也需配套建立。

但在AI算力“千瓦级模块、TB/s级带宽”的封装代际中，SiC从散热基座到中介层的应用有望在高端芯片封装领域中开始渗透。

3、AR眼镜未来有望再为SiC贡献大量增量需求

智能眼镜是继智能手机之后的下一代消费级计算平台，也是端侧AI大模型落地的核心硬件载体。随端侧AI算力迭代，智能眼镜的核心诉求为“≤50g全天候轻薄佩戴、≥70°大视场角沉浸体验、全场景宽温域适配”，光学系统成为终端用户体验、制约行业规模化渗透的核心瓶颈。

传统玻璃与树脂基材已逼近物理性能极限，难以满足下一代智能眼镜的核心体验要求。相比之下，碳化硅凭借其超高折射率、高热导率与高硬度的独特材料特性，在衍射光波导技术路线上实现了代际突破，有望成为智能眼镜光学系统升级的核心主流方向。

碳化硅的高折射率可有效提升光波导的视场角和成像清晰度。在光电子与近眼显示应用中，碳化硅的光学性能可展现出独特价值。智能眼镜中使用的半绝缘型SiC衬底，具备高折射率（约2.6 ），可有效提升光波导的视场角（FOV）与成像清晰度，显著弱化彩虹纹、雾度与杂散光问题。同时作为氮化镓（GaN）外延生长平台，可支撑高亮度Micro-LED显示芯片制造。

（1）SiC波导技术

当前消费级智能眼镜的光波导方案，按技术路线分为几何（阵列）光波导与衍射光波导，基材以光学树脂与光学玻璃为主。

树脂基光波导的成本与轻量优势显著，但折射率较低，难以满足显示要求。树脂基方案以PMMA、COP为主，具备低密度与可注塑量产优势，是入门级产品主流选择。但其折射率普遍在1.49–1.59区间，限制全反射光路设计，主流产品FOV通常低于40°，同时材料热变形温度较低（约100–140°C），叠加衍射结构后易引入彩虹纹与杂散光，难以满足高亮度、高分辨率显示需求，树脂基光波导更多适用于轻量化与低成本场景，难支撑高端智能眼镜性能指标。

玻璃基平面光波导性能优，但重量较重，结构设计相对复杂。光学玻璃（如BK7/K9、ZF系列）折射率约1.52–1.80，透光率与热稳定性显著优于树脂，是当前中高端主流方案。但单层波导FOV通常在40°–50°，需通过多层堆叠实现更大视场角，直接带来厚度与重量上升。当前消费级AR眼镜重量普遍低于70g，距离全天候佩戴（＜50g）仍有差距。玻璃基平面光波导性能均衡但存在“视场角扩大—重量攀升量”结构性矛盾。

衍射光波导是下一代AR光学的核心技术路线之一，而基材的折射率是决定衍射光波导性能的核心指标——折射率越高，视场角越大、波导厚度越薄、光耦合效率越高。碳化硅凭借其超高折射率、高稳定性、高硬度的特性，完美匹配衍射光波导的技术需求，成为行业前沿布局的方向之一。

在550nm可见光波段，碳化硅折射率达2.6，远高于光学玻璃、蓝宝石、光学树脂，这一核心特性带来了三大技术优势，可匹配智能眼镜的核心诉求：

极致轻薄化，突破全天候佩戴的重量瓶颈。高折射率特性可使衍射波导厚度从传统玻璃方案的0.8mm降至0.3mm，微透镜阵列体积缩小50%，单目波导镜片重量可控制在3g以内，从光学核心环节为AI眼镜实现≤50g的轻量化目标提供了核心支撑，彻底解决传统方案多层堆叠导致的重量超标问题。

大视场角与高成像质量，实现视网膜级沉浸体验。单层碳化硅衍射波导理论上可支持超过80°的全彩视场角，远超传统玻璃方案40°的物理极限；同时可显著弱化彩虹纹、雾度与杂散光问题，光耦合效率达80%，较传统玻璃波导提升33%，完美适配AI眼镜对高清全彩显示的核心要求。

高耐用性，简化生产工序。碳化硅莫氏硬度达9.5，仅次于金刚石，具备优异的抗刮擦性能，无需额外镀硬化膜，可简化生产工序；同时其化学和机械稳定性优异，热膨胀系数与硅基芯片高度匹配，在-40℃~120℃宽温域内可保持光学性能稳定，完美适配消费电子产品的全场景使用需求，大幅降低终端产品的环境适配门槛。

碳化硅衍射光波导已完成从0到1的技术验证，正式从实验室研发阶段迈入消费级终端，进入供应链小批量试点、客户认证的关键窗口期，产业落地节奏显著加速。

技术上，国内科研团队与产业端已实现碳化硅衍射光波导“材料-设计-加工-封装”全流程技术闭环，核心性能指标达到消费级终端应用要求，突破量产工艺瓶颈。

全球头部品牌完成标杆产品试点，确立技术路线可行性。全球AR/AI眼镜龙头厂商已完成碳化硅光波导方案的终端原型机验证，为行业技术路线选型树立明确标杆。Meta在其OrionAI眼镜旗舰原型机中，正式采用碳化硅基波导架构，实现了约70°的视场角，单目光学模组厚度较前代玻璃波导方案大幅缩减，同时将杂散光现象降至最低，完成了轻薄化、功耗控制、户外强光可视性的全场景测试，验证了碳化硅方案在消费级终端的规模化应用可行性，相关技术已纳入其下一代量产产品技术储备路线。此外，国内头部终端厂商已同步启动碳化硅光波导方案的联合研发与样品测试，聚焦轻量化智能眼镜的量产落地。

（2）碳化硅衬底适配Micro-LED显示系统

碳化硅衬底还可更好的适配Micro-LED显示系统。Micro-LED凭借高亮度、高对比度、低功耗、长寿命的优势，成为实现沉浸体验的关键技术方向。

晶格匹配度是决定GaN基Micro-LED外延质量与发光效率的核心因素，蓝宝石衬底与GaN的晶格失配率高达4%，导致外延层缺陷密度偏高，引发芯片暗点率高、亮度均匀性差等问题。

碳化硅衬底（4H-SiC）与GaN的晶格失配率约0.8%，可显著降低外延层缺陷密度，为MicroLED芯片提供更优质的生长基础，提高发光效率与显示均匀性。

碳化硅高热导率可解决Mirco LED显示方案的散热难题，智能眼镜显示模组厚度通常≤2mm，散热空间极度受限。而Micro-LED为实现高亮度需工作在100—200A/cm²的高电流密度下，热量集中释放，若无法有效传导，将导致芯片结温过高、亮度加速衰减，严重影响显示稳定性与使用寿命。

碳化硅的热导率是蓝宝石的11倍、硅的3.3倍，采用碳化硅衬底可有效降低芯片结温、减缓亮度衰减，为高亮度Micro-LED在轻薄化设备中的应用提供散热基础。优异的散热性能还可简化散热结构，与碳化硅光波导的轻薄化目标形成协同。

Meta等企业在旗舰原型机中已开展碳化硅衬底与Micro-LED的方案相关测试，核心性能指标达到预期，目前Micro-LED芯片巨量转移良率较低，芯片制造成本相对较高，且供应链协同尚不成熟，规模化量产仍需要时间。

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市场空间预测

到2030年，仅AI电源一项就能贡献340亿元衬底需求，车规等传统市场也能涨到340亿元，再加上先进封装和AR眼镜，未来SiC衬底市场有望突破2000亿元：

1、电源市场关注重点：8英寸SiC下游大扩产，带来大量机遇

根据IT之家5月4日消息，韩媒报道称，三星电子晶圆代工业务近期就8英寸碳化硅(SiC)生产线建设的重启与材料、组件、设备合作伙伴展开磋商，有消息传出相关讨论已深入到设备导入规模。三星电子设备解决方案(DS)部在SiC领域的布局始于2023年。不过由于整体市场一度低迷、主抓存储器业务等原因，其商业化一度停滞。但在AI产业激活功率半导体市场后，三星电子恢复了SiC项目的推进。

能够认为随着下游应用需求的快速增长，全球大厂加大对SiC的重视，进而增加对SiC芯片产线的投资，有望催化上游衬底、设备的新增需求。

根据行家说三代半信息，整理从去年九月以来至今年一月宣布扩产或新增的信息，能够发现不到半年宣布扩产FAB线的数量就已高达243万片，其中还不包含全球头部厂家英飞凌、博世、安森美（未含具体产能），意味着未来下游新增的需求有望大量增长，下游的大扩产会大量拉动衬底和设备需求。

根据集邦，大尺寸碳化硅的突破，本质是全球新能源汽车、光伏储能、AI数据中心、高端半导体设备等领域旺盛需求驱动的必然结果。当前，全球碳化硅市场需求持续攀升，应用场景不断拓展，无论是国内天成半导体、三安光电等企业，还是海外Wolfspeed、英飞凌等巨头，都在全力加速大尺寸碳化硅的技术研发与产能布局，整个产业呈现出欣欣向荣、协同发展的良好态势。

电源市场未来有望增长近8倍。根据财联社，Citrini发布AI供应链报告，到2030年AI电源将占SiC电源市场的50%。Citrini此前在霍尔木兹的实地调研引发市场高度关注。

根据行家说三代半，25年衬底市场规模约为12.24亿美元，约合85亿元。能够认为其中大部分为车规市场需求。

根据上文乘联数据、集邦的数据推算，车规SiC占全球整体汽车渗透率不足5%，随着新能源车占比提升和800V渗透率的提升，判断车规SiC的渗透率到30年有望升至20%。则如以车规市场为25年SiC衬底的最主要需求，则车规等传统电源市场需求有望增长4倍，30年有望达340亿元。结合30年AI电源需求若占比50%的假设，到30年整体电源的SiC衬底需求有望接近700亿元。

2、封装场景12英寸SiC衬底市场规模有望超过700亿元

根据行家说三代半，台积电已经向部分企业提出较为明确的12英寸中介层SiC衬底需求，今年将开启交付，而且明年的需求预期量将翻倍增长。

根据Bloomberg、与非网，24-27年CoWoS的产能预计复合增长率为73%，到27年将达到200万片/年，如按后续35%的增长推算，至30年产能有望达到492万片。

根据行家说三代半，当前12英寸SiC衬底良率低，价格甚至达到2万美元/片。判断随着量产的推进，良率有望快速提升，参考此前六英寸价格趋势，预计远期价格有望降至3000美元，如按75%CoWoS替换SiC interposer来推演，则30年对应需要超369万片12英寸SiC衬底，对应市场规模有望超过700亿元。

多家SiC企业已送样或配合推进，产业链正积极布局先进封装应用。

3、2030年AR眼镜SiC衬底需求或达600亿元

国产厂商全链条布局率先突破，锁定下游核心需求。

衬底环节：天岳先进已完成光学级碳化硅衬底的全流程工艺开发，与舜宇光学达成战略合作，联合开发面向AR/AI眼镜的高端碳化硅光学组件；天科合达12英寸光学级碳化硅衬底研发取得关键突破，同时与慕德微纳等企业合作推进AR衍射光波导镜片技术研发与市场推广。三安光电已构建起覆盖碳化硅衬底、外延及芯片制造的完整产业链条，向国内多家AR终端厂商、光学模组厂商小批量交付。

光学加工与模组环节：舜宇光学已全面掌握SiC刻蚀工艺，具备制造高性能AR眼镜光波导的技术实力，其临港12英寸微纳光学产品项目已完成关键配套工程并网投运，建成后将填补国内高端AR光学元件产能缺口；国内初创企业已推出搭载碳化硅全彩衍射光波导的消费级AR眼镜，实现了碳化硅光学方案从原型机到消费级产品的落地突破。

根据天岳先进年报，多方预计2030年全球AI/AR眼镜出货量将超过6,000万副，判断在更远期的未来AR眼镜单独的出货量将超过6000万副，以8英寸片切4副眼镜计，以4000元/片推算，远期AR眼镜对SiC衬底的需求有望达到600亿元。

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参考研报

1.国投证券-电子行业深度分析：乘AI东风，碳化硅行业迎新催化

2.华西证券-半导体行业SiC深度（二）：AI新主线，碳化硅SiC

3.爱建证券-电子行业专题报告：AIGlasses开启智能穿戴时代

4.爱建证券-电子行业深度报告：半导体产业的发展复盘与方向探索

碳化硅（SiC）行业深度：行业现状、市场需求、产业链及相关公司深度梳理

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