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关于碳化硅,把我知道的都告诉你(上)

文章来源于启哥有何妙计 ,作者陈启

图片本文系基于公开资料撰写,仅作为信息交流之用,不构成任何投资建议。

碳化硅这个赛道,大约5年前,洒家就开始关注。国内大大小心的项目几乎全部都接触过,电话会议开了不知道多少场了,产业专家也聊过一大堆,各种研报和论文也刷了不知道多少篇了。几年下来,总算是有点心得。

4年前曾经写过一篇《华为布局第三代半导体,得碳化硅者得天下》,现在来看有些内容还是过时了。所以这次我把我所有知道的碳化硅知识内容全搬上来,供大家参考,欢迎探讨。

01、宽禁带半导体材料的优点

碳化硅,氮化镓有个很拉风的名字叫宽禁带半导体材料,国内也叫第三代半导体。它特指禁带宽度超过2.2eV的材料主要是碳化硅(3.2eV)和氮化镓(3.34eV);超过4.0eV叫超宽禁带半导体材料,国内叫第四代半导体材料,包括氮化铝(AlN),金刚石(C),氧化镓(Ga2O3)和氧化锌(ZnO),就是上上周美国搞制裁的那个,有意思的是美国只禁了氧化镓和金刚石,不提氮化铝和氧化锌,嘿嘿!说明他们这块不行,氮化铝可能还是日本和中国搞的出色些。

禁带宽度物理意义是实际上是反映了价电子被束缚强弱程度的一个物理量,也就是产生本征激发所需要的最小能量,自由电子获得足够的能量后能跃迁到导带,这个能量最小值就是禁带宽度。

禁带宽度直接决定着器件的耐压和最高工作温度,因此禁带宽度大的材料更适合高温高压场景。

相比之下硅禁带宽度只有1.12eV,碳化硅有三倍于硅的禁带宽度,因此承受同样电压的器件,碳化硅器件的面积要比硅器件小的多,只有1/10,电压越高面积比越明显,或者说同样面积下,碳化硅的耐压比硅强很多。

我们可以总结以下几点优点:

1、宽禁带半导体材料的禁带宽度大,击穿电场强度高,大大增加了宽禁带器件能够承受的峰值电压,器件的输出功率可以大大提高;

2、宽禁带材料具有高导热性、高化学稳定性等优点。使功率器件能够在更恶劣的环境下工作,大大提高了系统的稳定性和可靠性;

3、宽禁带材料具有优异的抗辐射能力。在辐射环境下,宽禁带器件的辐射稳定性比硅器件高10~100倍,是制作耐高温、抗辐射的大功率微波功率器件的优良材料。

4、由于宽禁带半导体器件的结温较高,它们可以在冷却条件差、热设计保证差的环境中稳定工作。

其中半绝缘型碳化硅上主要是长氮化镓外延层制造用于射频和光电器件,导电型碳化硅衬底上长同质碳化硅外延层用来做功率半导体,两者材料应用有区别。

特别是碳化硅基氮化镓,因此氮化镓衬底实在太贵了,而且碳化硅和氮化镓有非常优异的晶格匹配度超过95%,因此碳化硅上能长出高质量的氮化镓外延层,因此氮化镓外延片把碳化硅当做最好的衬底。

这就是碳化硅一材两用,得碳化硅者得天下的说法来源。

综上所述碳化硅在大功率器件制造领域,优点比硅多太多了。

从现实而言,确实硅材料的潜力基本已经被挖的差不多了,因此对材料提出了更高的诉求,于是才有碳化硅,氮化镓材料的用武之地。

碳化硅为什么会进入高速发展阶段?

人类历史上第一次发现碳化硅是在1891年,美国人艾奇逊在电溶金刚石的时候发现一种碳的化合物,这就是碳化硅首次合成和发现。随后各国科学家经过深入研究之后,终于理清了碳化硅的优点和特性,并且发明了各种碳化硅的长晶技术,产业研究前后长达70多年。

2001年的时候英飞凌就做出了第一只碳化硅二极管,然后Cree,罗姆,ST等公司也相继进入碳化硅领域,做出了碳化硅二极管,三极管,MOSFET管等,有少量科研机构用研发过碳化硅IGBT结构,但是IGBT结构的一时半刻找不到应用场景。

以前大家都知道碳化硅很好,但是问题也很多,第一长晶技术不成熟,晶体内缺陷太多,严重影响良率和稳定性,可靠性;其次是不知道应用场景,因为碳化硅器件虽然性能强,但是太贵,找不到一个很适合的商业落点。

但是这一切都被特斯拉改变,特斯拉是业内第一个提出使用碳化硅替代硅的车企,并且大胆用到特斯拉的毛豆3上,随后其他车厂纷纷效仿,碳化硅迎来大规模上车的阶段,因此业内认为碳化硅发展元年是在2019年,特斯拉这一大胆的举动,拉开了碳化高速发展的序幕。

深入研究大家发现,碳化硅各种特性完美契合汽车应用。耐高温,耐高压,优秀的高频开关能力,过大电流的能力。最关键是使用碳化硅后,能减少周围电路元件用料,这样设计大大简化,重量和体积减少非常多。

丰田曾经在7年前展示过碳化硅的模组,相比硅方案,碳化硅方案仅为传统硅方案的体积的1/5,重量减轻35%,电力损耗从20%降低到5%,理论上能提升10%的经济性,优点还是相当明显的。

最关键的是,汽车整车价值量较高,能够覆盖碳化硅较高的成本,于是碳化硅找到了汽车这一完美的落地场景,开始加速发展。

02、碳化硅现在面临的缺点和掣肘是什么?

碳化硅优点很多,但是目前也仅仅是一个小汽车应用场景上使用,还是无法大规模替代硅功率器件,业内从技术和产业角度来理解有以下这些问题。

首先碳化硅这种材料,在自然界是没有的,必须人工合成,结果必然是成本远远高于可以自然开采的材料,而且碳化硅升华熔点约2700度,且没有液态,只有固态和气态,因此注定不能用类似拉单晶的切克劳斯基法(CZ法)制备,因此第一步晶体生长技术卡住了第一步也是最关键的一步,导致原材料价格过于昂贵。

因此碳化硅6英寸衬底高达1000美金,而6英寸硅片为23美金(150元),两者实在差太多了。

缺乏高效长晶技术导致衬底片成本过于高昂,第二器件工艺还不是很完善,同时专用设备也不是很完善,又贵又少,导致FAB厂产能还没有完全扩出来,总之就是量太小,衬底价格高,工艺不成熟,导致碳化硅器件太贵,制约了大规模应用,只能在小众高端领域使用。

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【盐湖提锂毛利率比肩茅台酒 半年赚近百亿 盐湖股份市值却“不为所动”】

对比收入几乎全部来自于锂盐业务的“锂业双雄”,盐湖股份大半收入来自氯化钾,本身也不具备估值优势,至少钾肥在二级市场的估值赶不上锂盐。

照当前趋势,今年锂盐行业可能会诞生三家200亿元利润级别的上市公司。

8月24日晚间,西藏矿业(000762.SZ)、盐湖股份(000792.SZ)发布半年报,前者“锂类产品”毛利率为94.47%,后者碳酸锂毛利率也达到了92.64%。

这一利润率水平,已经可以与贵州茅台(600519.SH)2021年茅台酒的利润率比肩。据公开资料显示,2021年飞天茅台酒的毛利率为94.03%。

其中原因有二个。首先一季度国内锂盐价格大幅上涨,二季度价格有所回落,但是仍然处于历史绝对高位;其次盐湖提锂成本远低于矿石提锂,单吨成本可以做到3万元及以下水平。

仅以盐湖股份为例,上半年碳酸锂销量为15004吨,对应的营业成本为3.8亿元。照此估算,公司每吨碳酸锂成本仅为2.53万元,而其平均售价则达到了34.42万元。

加上同样高利润率的氯化钾业务,盐湖股份上半年利润规模高达91亿元,其中二季度56.6亿元的净利润再次刷新公司单季盈利纪录。

上述背景下,部分卖方机构已经将该公司全年盈利预期上调到了200亿元,较今年4月的预期值翻倍。

只是,与气势如虹的业绩相比,公司自去年8月恢复上市以来股价表现不温不火,始终维持在30元附近波动,这又是什么原因造成的?

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带动收入增长的原因有二:一个是上半年碳酸锂价格的大幅上涨,另一个则是来自企业内部产能规模的提升。-视觉中国

钾、锂两大主营毛利率均超80%

二级市场最关注的是盐湖股份的锂盐业务,但是公司氯化钾业务同样不容忽视,少了后者的支持,公司是无法实现如此可观业绩的。

从收入结构上看,盐湖股份上述两大主营产品收入占比超过92%,氯化钾、碳酸锂占比分别为61.64%和29.84%,其中碳酸锂因为涨价、销量增长带动,收入占比较上年同期出现明显提升。而对比其他大宗商品,盐湖股份的氯化钾业务盈利能力也不容小觑。

上半年,其氯化钾产品毛利率同比增长15.96个百分点至81.05%,主要拉动因素也是产品涨价。

受到海外市场多重因素影响,全球钾肥价格达到了近10年的历史高价,并带动国内钾肥价格同步上涨。

百川盈孚数据显示,今年1月,国内氯化钾价格为3475元/吨,到6月初时最高涨至4960元/吨。

虽然各区域价格存在一定差异,但是市场供需如此,青海盐湖氯化钾价格随之走高,当地氯化钾(60%粉)从年初的每吨3490元升至4880元。

不过,相比之下,锂盐业务对盐湖股份盈利能力的拉升效果更为明显。

先看收入情况。上半年,盐湖股份碳酸锂产品营业收入暴增超过10倍,接近52亿元,在公司内部地位明显增强。

带动收入增长的原因有二:一个是上半年碳酸锂价格的大幅上涨,另一个则是来自企业内部产能规模的提升。

盐湖股份原有碳酸锂产能1万吨,去年8月2万吨/年电池级碳酸锂项目完成建设,进入试生产阶段。

到今年6月,上述2万吨产能全线贯通,并达到全线试生产状态。

对比具体产销数据,2022年上半年公司碳酸锂产量达1.5万吨,而在2021年全年产量尚不过2.27万吨。

更为重要的是,上述接近52亿元的锂盐收入中,绝大部分都转化为了公司的利润。

半年报显示,上半年公司碳酸锂毛利率达到92.64%,锂盐行业内利润率位居前列,细分的盐湖提锂行业中也仅次于西藏矿业。

此外,上半年公司碳酸锂生产成本较2021年进一步下降。

按照碳酸锂销量、营业成本估算,盐湖股份当期每吨碳酸锂成本仅为2.53万元,而2021年的平均成本则为2.83万元。

“与去年相比,今年散单市场调价频率远高于去年,比如去年一个月报两次价,今年则是按周调价,甚至是按天调价。”一位多次往返青海的贸易人士反馈称。

不过,就半年报数据来看,盐湖股份锂盐实际销售价格会略低于市场均价。

按照前述估算,公司上半年碳酸锂平均售价为34.42万元/吨,同期安泰科统计的国内工业级碳酸锂市场均价则为42.6万元/吨,2021年时也差不多维持在8折左右的水平。

整体上看,公司业绩增长的驱动力,主要为行业景气度的快速提升、新增产能的释放,以及生产成本的进一步降低。

下半年仍有望环比增长

决定下半年经营趋势的变量,包括行业和企业两个层面。

其中,行业层面的决定因素为氯化钾、碳酸锂的供需和价格运行,其中又以碳酸锂如何运行最为重要。

而就价格表现来看,近期锂盐“主产区”四川限电影响,碳酸锂开始重新上涨,市场均价已经接近49万元/吨。

“业内看涨预期较为明显,不确定的是能否突破3月的高点。”上述锂盐贸易人士指出。

考虑到他作为贸易商的身份,判断可能会存在一些主观因素外,不过部分来自行业层面的因素同样不容忽视。

今年7月,21世纪经济报道曾报道指出,现阶段锂盐价格只是受制于需求端处于恢复阶段,加之此前低价原料库存未完全消耗,整体盈利情况尚可,使得锂精矿、锂盐价格处于短暂平衡状态,但是在成本端的挤压作用下,平衡注定无法长期延续。

打破上述平衡的选择有二:一个是进口矿降价,另一个就是锂盐价格上涨,如此锂盐环节才能保证自身的利润空间。

百川盈孚指出,锂矿资源紧张,8月2日PLS最新拍卖价格为6350美元,按最高价格品味6%折算成本突破45万元,成本面有力提振。

此外,该机构25日还反馈称,下游需求旺盛,采购积极,现货市场低价货源难寻,询价氛围积极。

若下半年碳酸锂选择继续上行,将再度拉高锂盐企业的产品销售均价,带动其利润率进一步走高。

而在行业层面,盐湖股份受到产能爬坡的带动,产量将大概率实现环比增长。

对此公司此前已经明确,“下一步蓝科锂业公司(盐湖股份子公司)将不断优化装置生产条件,优化完善工艺参数,逐步提高装置负荷……”

对比百川盈孚提供的青海产量数据来看,今年7月,青海当地碳酸锂产量已达9098吨,同比增长37.1%,环比增长12%。

盐湖股份作为当地产能最大的盐湖提锂企业,上述整体产量变化一定程度上也可以反映出公司的产量变化情况。

21世纪资本研究院认为,考虑到盐湖股份2018年以来实际产量与名义产能存在差值,以及上述产能逐步释放的带动,下半年产量会略高于上半年,全年公司碳酸锂产量大概率会超过3万吨。

另有接近盐湖股份人士介绍称,“钾、锂业务外,公司还规划有镁、钠和氯产业,以及盐湖稀散元素的开发。比如稀散元素中计划重点开发铯金属、铷金属等高附加值产品,并计划对盐湖提锂生产过程中硼资源进行回收利用。”

不过,以上资源的开发仍属于公司长远规划,以短期影响经营业绩的主要变量仍然是钾、锂为主。

股东频繁减持股价承压

由于一季报、半年报的利润保持环比,加上行业景气度维持高位,卖方机构对盐湖股份的盈利预期值只能不断上调。

据不完全统计,7月以来,5家卖方机构对盐湖股份的2022年利润预期值区间,达到167亿元至209亿元。

其中,209亿元的利润预期值来自申万宏源(000166.SZ),年内该机构也已经四度上调盐湖股份盈利预期。

今年3月,申万宏源的盈利预期值为79.8亿元、4月上调至129.6亿元,5月底进一步上调至160.7亿元,直至今年7月调高至209亿元,

若按照盐湖股份上半年91亿元的净利润计算,相当于公司H2要实现环比近30%的增长。

与卖方乐观预期形成鲜明对比的,却是盐湖股份年内始终不温不火的股价表现。至8月25日收盘,盐湖股份年内下跌21.31%,涨幅位居17只锂矿成分股末尾。

而自恢复上市以来,除了2021年8月初期大幅上涨外,今年多数时间处于27元至34元之间波动。

即便部分卖方给出40元以上的目标价,盐湖股份却始终不为所动。

实际上,虽然今年锂盐、锂矿股已经处于历史高位,但是重要股东交易情况却保持了相对稳定。

比如赣锋锂业(002460.SZ)、天齐锂业(002466.SZ),包括高管在内的重要股东今年未出现1笔减持。

盐湖股份则不然,今年2月、3月、6月和7月均有重要股东减持,每笔减持数量都在5000万股以上。

对比公司股价走势也可以看出,每当股价有望突破上述波动区间时,减持都会如期到来。比较典型的是今年2月底、3月初,公司股价一度超过35元,结果这期间中国建设银行青海分行、中化集团各自减持5500万股左右。

同时,对比收入几乎全部来自于锂盐业务的“锂业双雄”,盐湖股份大半收入来自氯化钾,本身也不具备估值优势,至少钾肥在二级市场的估值赶不上锂盐。

如果采用最新的Wind一致性盈利预期值和8月25日收盘价的统一口径计算,当前天齐锂业、赣锋锂业年化估值分别为13.26倍、13.77倍,盐湖股份则只有10.05倍。

加上7月以来锂矿板块系统性回调,“锂业双雄”市值明显缩水,市场比较效应上也限制了盐湖股份二级市场的表现。

此外,三家行业龙头企业中,二级资金对盐湖股份的参与程度也很一般。

仅以8月以来的持股情况为例,北向资金在赣锋锂业持股占自由流通股本比例始终维持在10%以上,天齐锂业在深股通恢复后,这一持股比例也迅速提升至3%以上,而盐湖股份则始终保持在1%左右波动。

多重因素叠加,虽然盐湖股份拥有傲视行业的利润率,可观的盈利预期,但二级市场表现却始终赶不上其他行业龙头。


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