半导体材料战略突破先行者天岳先进冲破美日欧，专注SiC衬底

　　（报告出品方/作者：中银证券 余嫄嫄 杨绍辉 ）公司是国内领先的碳化硅衬底材料生产商
　　公司碳化硅衬底下游器件主要应用于5G、国防等领域
　　公司是国内领先的宽禁带半导体（第三代半导体）衬底材料生产商，主要产品包括半绝缘型和导电型碳化硅衬底：
　　(1) 半绝缘型衬底主要应用于5G通讯、国防等领域；
　　(2) 导电型衬底应用于电动汽车、新能源等领域。
　　目前，公司两种主营产品均已实现量产，2020年半绝缘型衬底营收占比达81.6%，是公司的主要营收来源。
　　公司产品已批量供应至国内碳化硅半导体行业的下游核心客户，同时已被国外知名的半导体 公司使用。
　　在导电型衬底领域，公司 6 英寸产品已送样至多家国内外知名客户，并于2019年中标国家电网采购计划。
　　公司成立于2010年，具备多年研发、量产碳化硅衬底的经验。
　　衬底尺寸越大，单位衬底可生产的芯片越多。在半绝缘型碳化硅市场，目前衬底规格以4英寸为主；而在导电型碳化硅市场，目前主流的衬底产品规格为6英寸，衬底的大尺寸化是国际主流趋势。
　　目前，公司已实现 6 英寸半绝缘型与导电型的量产，8英寸导电型衬底也进入研发阶段。从销售额看，现阶段 4 英寸半绝缘型衬底的销售额占到了公司衬底总营收的98.29%。
　　公司生产的核心环节是晶体生长。
　　目前，公司以高纯碳粉、高纯硅粉为原料合成碳化硅粉，在特殊温场下，采用成熟的物理气相传输法（PVT法）生长不同尺寸的碳化硅晶锭，经过多道加工工序产出碳化硅衬底。
　　PVT法通过2,300°C以上高温、接近真空的低压下加热碳化硅粉料，使其升华产生反应气体，通过固-气反应产生碳化硅单晶反应源。
　　通过设计热场和温梯进行分布和传输，使组分输运至生长腔室既定的结晶位置。输运至籽晶处的气相组分在气相组分过饱和度的驱动下在籽晶表面原子沉积，生长为碳化硅单晶。
　　公司2020年碳化硅衬底产能为48,064片，同比增速达140.5%。
　　公司2020年实现了衬底产能翻番，同时产能利用率与产销率也保持高位。2020年公司产能利用率为98.91%，产销率为81.76%，为满足国家战略需要，公司目前产能主要用于半绝缘型碳化硅衬底的生产。公司2021年上半年产能为28,301片，整体产能稳步提升。
　　公司产品良率稳定提升，产品单价逐渐降低。
　　公司实行以订单生产（Make To Order）为主的生产模式。得益于生产模式的优化与技术积累，公司主要产品良率不断提升，截至2021年上半年，公司衬底产品良率达75.47%，晶棒良率达49.9%。
　　随着产能扩张，公司产品销售均价稳步下降，与国际竞争者相比，价格优势更为突显。
　　公司控股股东、实际控制人宗艳民先生持有公司33.43%的股份截至招股说明书（上会稿）公告日，宗艳民直接持有公司33.43%的股份。
　　公司下属五家全资控股子公司包括山东天岳晶体材料有限公司、山东天岳新材料技术有限公司、济宁天岳新材料科技有限公司、上海越服科贸有限公司与上海天岳半导体材料有限公司。
　　公司业绩表现：营收保持高增速，扣非后已实现盈利
　　公司2020年营收达4.25亿元，同比增加58.2%。公司近三年营收均实现正增长，最近三年营收复合增速达76.65%。
　　公司2020年归属母公司股东净利润亏损6.4亿元，主要系2019年和2020年因股权激励计提大额股份支付费用所致。
　　2019年和2020年扣除非经常性损益后归属母公司股东净利润分别为523万元与2,269万元，已实现盈利。
　　根据公司公告，2021年上半年公司预计实现营业收入2.47亿元，实现扣非净利润2,317万元，业绩持续高速增长。
　　公司半绝缘型衬底业务营收占比不断提高，2020年已达81.62%。
　　因为公司产能有限，在半绝缘型衬底受国外禁运的情况下，为满足国家战略需要，优先将产能用于生产半绝缘型衬底。
　　半绝缘型衬底主要销售在新一代信息通讯和微波射频等领域，客户较为集中，2020年公司前五大客户的收入占营业收入的比例为89.45%。
　　除碳化硅衬底的销售，公司其他业务还包括销售生产过程中无法达到半导体要求的晶棒、不合格衬底等其他产品。
　　公司半绝缘型衬底业务毛利率稳中有进，导电型衬底暂未实现盈利。
　　公司半绝缘型衬底业务毛利率从2018年的10.6%逐渐攀升至2020年的35.2%，业务盈利能力提升明显，主要与公司在设备端与原料端逐渐实现国产化，成本逐渐降低有关。
　　公司导电型衬底业务毛利率也呈上升趋势，但暂未实现盈利。
　　相比于半绝缘型衬底，导电型衬底未来市场空间增速更高。
　　未来募投项目投产，公司产能瓶颈逐渐消失后，公司或有更多产能用于生产导电型衬底。
　　公司在手订单充裕，下游客户需求旺盛。
　　截至2020年末，公司在手订单金额为6,069.2万元，同比增长18.9%。
　　SiC衬底需求端增长动能主要来自两个方面，一方面随着新一代通讯技术的发展，碳化硅衬底的市场需求不断扩大，另一方面，受国外禁运影响，进口替代的国内需求也十分旺盛。
　　碳化硅衬底需求将持续高速增长
　　耐高压、耐高温、高频使用是碳化硅衬底的主要优势
　　衬底制备和外延工艺是半导体晶圆制造的基础环节。
　　衬底是半导体单晶材料制造而成的晶圆片，可以直接进入晶圆制造或是进行外延工艺加工生产外延片。
　　外延是指通过精加工流程在单晶衬底上生长一层新单晶的过程，新单晶可以与衬底为同一材料也可以是不同的材料。
　　外延的主要作用是改变硅片的击穿电压、电阻率等参数，提高硅片的品质。目前多数半导体器件都是在外延片的基础上进行生产的。
　　硅基半导体材料属于第一代半导体材料，是目前产量最大、应用最广的半导体材料，90%以上的半导体产品是用硅基材料制作的。
　　然而，硅材料间接带隙的特点决定了它不能获得高的电光转换效率；且硅材料带隙宽度较窄，饱和电子迁移率较低，不利于应用在光电子和高频电子器件上。
　　砷化镓作为第二代半导体材料具有直接带隙，其器件相对硅基器件具有高频、高速的光电性能，但是砷化镓材料的禁带宽度不够大，击穿电场较低，限制了其在高温、高频和高功率器件领域的应用。
　　碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）属于第三代宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等特点，耐高温、耐高压且能在高频环境下使用是其主要优势。
　　碳化硅衬底可以分为半绝缘型和导电型两类：
　　(1) 半绝缘型碳化硅衬底主要应用于制造氮化镓射频器件（高频使用）。
　　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，可进一步制成氮化镓射频器件；
　　(2) 导电型碳化硅衬底主要应用于制造功率器件（高功率使用）。
　　与传统硅功率器件制作工艺不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅衬底上，需在导电型衬底上生长碳化硅外延层得到碳化硅外延片，并在外延层上制造各类功率器件。
　　碳化硅（SiC）导电型衬底在新能源车快充领域具有非常大的应用潜力。
　　由于碳化硅导电型衬底制成的器件能够在更高的功率下使用，相同充电量下所需充电时间会大幅缩短。根据Infineon数据，使用碳化硅（SiC）衬底制成的器件在350kW的功率下充7分钟即可行驶200km。
　　原材料在外延片制造中的生产成本占比超过80%。
　　根据NERL的测算，在美国生产碳化硅外延片的生产成本约是758美元/片，最低售价约是1290美元/片，其中材料成本约为600美元，占生产成本的80%以上。
　　碳化硅衬底是生产碳化硅外延片的主要原材料，其对碳化硅器件厂商的重要性不言而喻。
　　下游需求旺盛，碳化硅衬底市场空间广阔
　　氮化硅衬底的下游包括射频器件和功率器件。
　　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。半绝缘型碳化硅衬底制备的氮化镓射频器件主要为面向通信基站以及雷达应用的功率放大器。
　　目前主流的射频器件有砷化镓、硅基LDMOS、碳化硅基氮化镓等不同类型。氮化镓射频器件正在取代LDMOS在通信宏基站、雷达及其他宽带领域的应用。
　　随着信息技术产业对数据流量、更高工作频率和带宽等需求的不断增长，氮化镓器件在基站中应用越来越广泛。
　　根据Yole预测，至2025年，功率在3W以上的射频器件市场中，砷化镓器件市场份额基本维持不变的情况下，氮化镓射频器件有望替代大部分硅基LDMOS份额，占据射频器件市场约50%的份额。
　　2019年氮化镓射频器件市场规模达7.14亿美元，碳化硅功率器件市场规模达5.41亿美元。
　　根据 Yole 数据，2025年氮化镓射频器件市场将达到20亿美元，2019-2025年市场规模CAGR达18%。
　　其中，军事应用将是增量主要来源，军事用射频器件市场规模增速将达22%。2025年碳化硅功率器件市场规模将达25.62亿美元，增速超过氮化镓射频器件，2019-2025年市场规模 CAGR达30%。
　　其中，电动汽车将是最大的增量来源，同时，2019-2025年轨道交通、电动汽车充电基础设施对应的功率器件市场规模CAGR将分别达到55%和90%。
　　预计下游器件需求量将带动碳化硅沉底市场规模稳步增长，导电型衬底市场规模增速将超过半绝缘型衬底。
　　大尺寸衬底单位面积能够生产的芯片更多，衬底的大尺寸化是未来趋势。
　　根据 Yole 数据，2020年全球4英寸半绝缘型碳化硅衬底的市场收入占比为85%，但预计6英寸半绝缘型衬底的市场收入占比将逐年递增，到2023年或达55%。
　　导电型衬底市场规模增速将远超半绝缘型衬底，预计2030年我国6英寸导电型衬底的生产量能达到40万片，是6英寸半绝缘型衬底的两倍。
　　竞争格局：日美欧企业仍占据主要市场份额，国内企业市场拓展迅速
　　根据 Yole 数据，公司在半绝缘型碳化硅衬底的全球市场份额已达30%。
　　从衬底的下游晶圆与器件来看，大量生产厂家仍然位于日本、欧洲与美国；但国内生产厂家在衬底领域已经拥有了一定的市场份额。公司衬底领域国内竞争对手主要包括天科合达、河北同光、中科节能，国外竞争对手包括科锐公司（Cree）、贰陆公司（II-IV）、道康宁等。根据 Yole 数据，公司半绝缘型碳化硅衬底全球市场份额已从2019年的18%上升至2020年的30%，跃升为全球半绝缘型碳化硅衬底龙头企业之一。公司与全球行业龙头企业的同尺寸产品在技术参数上不存在明显差距，但在各尺寸量产能力推出时间、大尺寸产品供应情况及供应链配套等方面仍与全球龙头企业存在一定差距。
　　与行业内主要企业的差别及核心竞争力对比
　　国际舞台的后起之秀
　　公司是国内领先的碳化硅衬底生产商，但起步仍晚于全球行业龙头企业。
　　科锐公司成立于1987年、于1993年上市，贰陆公司成立于1971年、于1987年上市，具有数十年的研发和产业化经验，技术领先优势明显。
　　从营收规模看，科锐公司中主营碳化硅衬底的Wolfspeed 2020年营收折合人民币约为30.38 亿元，公司同期营收为4.25亿元，上升空间仍然十分明显。
　　公司盈利能力稳步提升，有望与美国巨头同台竞技。
　　得益于生产设备国产化推进，产能扩张，规模效应逐渐显现，公司盈利能力稳步提升。公司主营业务毛利率从2018年的8.5%大幅提升至2020年的34.9%，逐渐接近国际主要竞争者。
　　扩大衬底尺寸、改进电学性能与降低微管密度是碳化硅衬底制备未来的发展趋势。
　　在碳化硅衬底领域，企业量产的碳化硅衬底尺寸大小、同尺寸产品的参数指标是评价产品技术水平优劣的关键综合评价指标。
　　目前，公司与全球行业龙头企业相比，同尺寸产品在技术参数上不存在明显差距；且 4 英寸产品已经量产，与全球行业龙头企业相比差距较小；但在各尺寸量产时间、大尺寸产品供应情况及供应链配套等方面仍与全球龙头企业存在一定差距。
　　研发实力雄厚
　　公司拥有碳化硅衬底相关专利总计 62 项，研发实力雄厚。其中，形成核心技术和主营业务收入相关的境内发明专利总计 53 项。
　　科锐公司、贰陆公司分别拥有与碳化硅相关的专利247项和29项。公司专利数量明显多于国内竞争者，但仍与国际竞争者有一定距离。
　　2020年公司研发费用率达14.7%，研发人员占员工总数的比例为14.19%，研发费用率与可比公司相当。
　　公司储备了大量自主研发的核心技术。
　　公司正在使用的核心技术主要包括碳化硅单晶生长设备、热场设计制造技术、高纯碳化硅粉料制备技术、精准杂质控制技术及电学性能控制技术、碳化硅单晶应力和缺陷控制技术和碳化硅单晶衬底超精密加工技术。
　　其中，长晶是制备碳化硅衬底的核心环节，公司自主研发的单晶生长设备大幅降低了生产成本，奠定了技术优势，2019年公司获国家科学技术进步一等奖。
　　公司主要原材料包括硅粉、碳粉、石墨件与石墨毡，公司研发实力的提高充分体现在了不同原料的研发投入产出比例，碳化硅粉和晶锭的产出量不断增加。
　　碳粉、硅粉→碳化硅粉：
　　早期粉料合成新工艺处于起步阶段，公司在合成料研发上进行大量破坏性拉偏试验；产出的粉料中大量由于晶型、粒度一致性不高、纯度一致性差等原因而报废，因此2018年碳化硅粉研发投入产出比较低。随着技术的成熟，研发投入产出比不断提升。
　　碳化硅粉→晶锭：
　　受生产工艺影响，6 英寸晶锭之于碳化硅粉的投入产出比要远高于 4 英寸，因此2019年、2020年的研发投入产出比较高。2021年1-6月大尺寸研发取得工艺上持续进步，研发产出晶锭克重持续增加，研发投入产出上升。
　　石墨毡→晶锭：
　　研发实验涉及对温场分布的设计与调整，因此研发人员需搭建不同尺寸、结构的石墨毡以满足实验要求，搭建完毕的石墨毡使用次数随研发结果的不同差异较大。
　　2021年1-6月大尺寸产品研发取得工艺上持续进步，石墨毡重复使用次数增加，单位晶锭耗用石墨毡下降，研发投入产出上升。
　　石墨件→晶锭：
　　2019年、2020年6英寸研发项目深入开展，新工艺条件下大尺寸坩埚的平均使用次数较低，单耗的提升导致投入产出比下降。
　　2021年1-6月大尺寸研发，特别是6寸产品研发在工艺上持续进步，热场搭建逐步趋于成熟，因此石墨件耗用较上年下降，研发投入产出比提升。
　　获政策支持，进口替代持续推进
　　公司产品属于国家鼓励、支持的关键产品、关键材料。继＂十二五＂、＂十三五＂后，碳化硅半导 体再次被列入＂十四五＂规划中的重点支持领域。
　　随着半导体进口替代政策的进一步发力，预计公司将凭借在碳化硅衬底领域积累的先发优势率先享受行业红利。
　　经过多年努力，公司已与下游主要客户建立了良好的合作关系，部分产品成功实现进口替代。
　　2008年《瓦森纳协定》就对半绝缘型碳化硅衬底材料进行明确的限制，部分西方发达国家作为协定成员国对我国实施严格禁运，国内半绝缘型碳化硅衬底的采购主要通过其他渠道进口采购。
　　因此，2017年以前，半绝缘型碳化硅衬底主要由科锐公司、贰陆公司等境外公司占据。
　　公司于2013年启动 4 英寸半绝缘型碳化硅衬底产品的研发工作，通过持续的技术研究和产品开发，于2015年实现了 4 英寸半绝缘型碳化硅衬底的量产。
　　2017年，公司开始向下游行业主要的领先客户客户 A 小批量发货并验证，2018年 1 月通过其验证并开始批量下单。
　　此后公司通过获得下游行业主要客户客户 B 的认证并获取其大批量订单，国内市场份额进一步提升。
　　募投项目：扩张产能，满足下游器件、应用需求
　　碳化硅半导体材料项目：将扩大碳化硅衬底生产规模以满足下游需求
　　宽禁带半导体器件已经在 5G 通讯、智能电网、电动汽车、轨道交通、新能源并网、开关电源等领域得到应用，并展现出良好的发展前景。器件及应用市场的快速发展催生出碳化硅衬底材料的旺盛需求。
　　随着市场开启，全球碳化硅产能供给不足，为了保证碳化硅衬底供给，满足尤其是汽车等工业客户未来几年增长需求，各大厂商纷纷开始扩产。
　　据CASA Research整理，2019年有 6 家国际巨头宣布了12项扩产，主要为衬底产能的扩张，其中最大的项目为科锐公司投资近10亿美元的扩产计划，分别在北卡罗来纳州和纽约州建造全新的可满足车规级标准的 8 英寸功率和射频衬底制造工厂。
　　此外，美国贰陆公司、日本罗姆公司等也陆续公布了相应扩产计划。本项目将通过扩大碳化硅衬底生产规模以满足公司下游客户的紧迫需求，进一步提高市场竞争地位。
　　碳化硅生产属于重资产行业，此次募投的 25 亿元中约有12.08亿元用于设备硬件投资，机电安装投资约占 3.3 亿元，技术设施建设占 3 亿元。
　　新投入的资产有望大幅增加公司碳化硅衬底产能，巩固公司在半绝缘型衬底业务的龙头地位，也为导电型衬底业务的放量打下基础。
　　公司募投项目建设期为 6 年，自2020年10月开始前期准备进行工厂研究、设计，计划于2022年试生产，预计2026年100%达产。
　　具体分如下五个阶段工作实施：
　　第一阶段为土地购置阶段，历时3个月，主要是完成项目建设土地的购置等相关工作；
　　第二阶段为基础设施建设阶段，历时12个月，主要是完成项目土地的地质勘探、场地平整、临时道路、通水、通电等准备工作，以及厂房土建、电力设施的配套工程；
　　第三阶段为一期机电安装、设备调试及试产阶段，历时15个月，主要工作为一期生产车间的机电安装、设备调试及试生产；
　　第四阶段为二期机电安装、设备调试及试产阶段，历时15个月，主要工作为二期生产车间的机电安装、设备调试及试生产；
　　第五阶段为三期机电安装、设备调试及试产阶段，历时18个月，主要工作为三期生产车间的机电安装、设备调试及试生产。
　　全球碳化硅衬底产能供给不足，但碳化硅衬底下游需求正在逐步打开，公司在该细分领域具有先发优势，拥有与国际巨头同台竞争的能力。
　　募投项目投产后，或将继续巩固公司在宽禁带半导体材料产品应用领域的竞争优势与市场领先地位，保障公司业绩持续增长。
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