中國(guó)粉體網(wǎng)訊 目前，我國(guó)碳化硅行業(yè)面臨著低端領(lǐng)域產(chǎn)能過剩，出現(xiàn)了同質(zhì)化生產(chǎn)、低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)、環(huán)保污染等諸多問題，而在高端市場(chǎng)領(lǐng)域，如智能電網(wǎng)、新能源汽車、軍用電子系統(tǒng)等尚處于發(fā)展初期，從世界范圍看，高端碳化硅市場(chǎng)正逐步形成，對(duì)我國(guó)相關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級(jí)是一次良好的機(jī)遇。
1、碳化硅高端應(yīng)用概況
碳化硅因其在高溫、高壓、高頻等條件下的優(yōu)異性能表現(xiàn)，成為當(dāng)前最受關(guān)注的半導(dǎo)體材料之一，在交流-直流轉(zhuǎn)換器等電源轉(zhuǎn)換裝置中得到大量應(yīng)用。
碳化硅具備高功率轉(zhuǎn)換、低功耗等特性，所以它特別適合深井鉆探、太陽能逆變器（實(shí)現(xiàn)直流與交流的轉(zhuǎn)換）、風(fēng)能逆變器、電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力汽車、工業(yè)驅(qū)動(dòng)以及輕軌牽引等需要大功率電源轉(zhuǎn)換的應(yīng)用。
SiC半導(dǎo)體潛在應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，對(duì)新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)和電壓轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用前景。隨著下游行業(yè)對(duì)半導(dǎo)體功率器件輕量化、高轉(zhuǎn)換效率、低發(fā)熱特性需求的持續(xù)增加，SiC在功率器件中取代Si成為行業(yè)發(fā)展的必然。
2、碳化硅在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用
碳化硅作為未來電動(dòng)汽車充電模塊和電動(dòng)模塊相關(guān)重要核心的先進(jìn)電子材料，能實(shí)現(xiàn)綠色出行的能源供應(yīng)、低碳、智能、可持續(xù)發(fā)展，最終有可能搶占未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點(diǎn)。
碳化硅器件對(duì)充電模塊性能提升主要體現(xiàn)在三方面：（1）提高頻率，簡(jiǎn)化供電網(wǎng)絡(luò)；（2）降低損耗，減少溫升。（3）縮小體積，提升效率。
碳化硅器件能提高純電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車功率轉(zhuǎn)化性能。電動(dòng)汽車的電動(dòng)模塊中電動(dòng)機(jī)是有源負(fù)載，其轉(zhuǎn)速范圍很寬，且在行駛過程中需要頻繁地加速和減速，工作條件比一般的調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜，采用碳化硅功率器件可有效提高其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，獲得更高的擊穿電壓、更低的開啟電阻、更大的熱導(dǎo)率以及能在更高溫度下穩(wěn)定工作，原來幾公斤的散熱片可大幅減少甚至直接刪去，將引起電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)方面革命性的變化，能降低電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車功率轉(zhuǎn)化能耗損失20%，對(duì)大幅提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程具有重要意義。
3、碳化硅在新型輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用
目前商用硅基絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的最大擊穿電壓為6.5 kV，所有的硅基器件都無法在200℃以上正常工作，很大程度上降低了功率器件的工作效率。而第三代基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的功率器件能很好地解決這些問題，碳化硅功率器件關(guān)斷電壓最高達(dá)200 kV和高達(dá)600℃的工作溫度。
碳化硅基IGBT被認(rèn)為是最具有高壓應(yīng)用潛力的功率器件，其擊穿電壓超過10kV的產(chǎn)品也已經(jīng)有報(bào)道，不久預(yù)計(jì)能夠?qū)舸╇妷禾岣叩?0～30 kV，碳化硅基器件在更高電壓和更高溫度場(chǎng)合的應(yīng)用前景十分廣闊。
基于碳化硅電力電子技術(shù)將會(huì)有更高的輸電電壓、輸送容量，滿足全球能源互聯(lián)網(wǎng)的超高電壓、超長(zhǎng)距離輸電重大需求。
4、碳化硅材料在太陽能等領(lǐng)域的應(yīng)用
碳化硅功率器件針對(duì)太陽能逆變器、不間斷電源設(shè)備以及風(fēng)能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等大功率模組件的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，以更小尺寸、更低物料成本以及更高的效率。新標(biāo)準(zhǔn)太陽能硅基逆變器典型的轉(zhuǎn)換效率接近96%，而采用碳化硅基逆變器的平均效率能提高到97.5%，相當(dāng)于減少25%的逆變器損耗，碳化硅基逆變器在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域可提高轉(zhuǎn)換效率20%。
5、碳化硅材料在LED照明領(lǐng)域的應(yīng)用
LED光電器件的核心材料碳化硅和氮化鎵等第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)及應(yīng)用正在成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。碳化硅LED照明設(shè)備能將原LED燈使用數(shù)量下降1/3，成本下降40～50%，而亮度卻提高兩倍，導(dǎo)熱能力提高10倍以上。
LED照明是未來光照領(lǐng)域的發(fā)展方向，日常生活中人們可見到的各類信號(hào)燈、車內(nèi)照明、信息屏、彩色顯示設(shè)備，白光照明現(xiàn)在都利用碳化硅LED半導(dǎo)體照明，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電光轉(zhuǎn)換效率，達(dá)到大幅降低成本和減少污染的目的。
6、碳化硅材料在新型反應(yīng)堆燃料棒上的應(yīng)用
目前，碳化硅作為第四代核反應(yīng)堆—高溫氣冷堆的燃料棒包殼或基體材料的新型燃料元件的概念設(shè)計(jì)和制備成了核燃料元件領(lǐng)域一個(gè)新的熱點(diǎn)。除了燃料元件外，碳化硅材料在反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料，堆內(nèi)管道內(nèi)襯等方面也有著廣闊的應(yīng)用前景。可以預(yù)見，隨著核安全性要求的不斷提高，碳化硅材料在核能領(lǐng)域?qū)@得更加廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮更加重要的作用。
（來源：網(wǎng)絡(luò)）
7、碳化硅材料應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
據(jù)中國(guó)粉體網(wǎng)小編的了解，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所的研究人員對(duì)SiC材料在應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)統(tǒng)計(jì)如下：
8、小結(jié)
鑒于碳化硅材料各方面的優(yōu)良特性，其有望成為最重要的第三代半導(dǎo)體材料，未來或會(huì)全面取代目前廣泛應(yīng)用的硅半導(dǎo)體材料，其應(yīng)用領(lǐng)域更廣，潛在市場(chǎng)更大，關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和戰(zhàn)略安全。隨著我國(guó)新能源汽車的推廣和電網(wǎng)的升級(jí)改造，碳化硅材料將在電動(dòng)汽車充電樁、提高電動(dòng)汽車能源效率、智能電網(wǎng)建設(shè)、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域等諸多方面得到大規(guī)模應(yīng)用。
參考資料：
趙敏等，碳化硅在能源領(lǐng)域的應(yīng)用及展望，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院
王家鵬等，碳化硅材料研究現(xiàn)狀與應(yīng)用展望，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所
賀東葛等，碳化硅半導(dǎo)體材料應(yīng)用及發(fā)展前景，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所
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