中國粉體網訊  2016年至今，中央和地方政府對碳化硅半導體產業(yè)給予了高度重視，出臺了多項產業(yè)發(fā)展扶持政策。國務院及工信部、國家發(fā)改委等部門先后在產業(yè)發(fā)展、營商環(huán)境、示范應用等方面出臺政策，支持我國碳化硅半導體產業(yè)發(fā)展。

產研界，場面更是熱鬧，在技術上國產碳化硅不斷加大投入并取得突破，產業(yè)規(guī)模迅猛崛起，甚至出現(xiàn)了“瘋狂擴產”的局面，且趨勢未見放緩。多家實力廠商已躍居國際舞臺，與國際巨頭展開了正面交鋒。另外，投資界也不遑多讓。

我們，為何“死磕”碳化硅？底氣何在？

碳化硅襯底，來源：山西爍科

01.碳化硅是個好東西

一直以來，硅是制造半導體芯片最常用的材料，目前90%以上的半導體產品是以硅為襯底制成的。究其原因，是硅的儲備量大，成本比較低，并且制備比較簡單。然而，硅在光電子領域和高頻高功率器件方面的應用卻受阻，且硅在高頻下的工作性能較差，不適用于高壓應用場景。這些限制讓硅基功率器件已經漸漸難以滿足新能源車及高鐵等新興應用對器件高功率及高頻性能的需求。

Si、SiC材料特性對比

與硅相比，SiC具有一系列優(yōu)良的物理化學特性，如：

更強的高壓特性。碳化硅的擊穿電場強度是硅的10余倍，使得碳化硅器件耐高壓特性顯著高于同等硅器件。

碳化硅耐壓特性優(yōu)異

更好的高溫特性。碳化硅相較硅擁有更高的熱導率，使得器件散熱更容易，極限工作溫度更高。耐高溫特性可以帶來功率密度的顯著提升，同時降低對散熱系統(tǒng)的要求，使終端可以更加輕量和小型化。

更低的能量損耗。碳化硅具有2倍于硅的飽和電子漂移速率，使得碳化硅器件具有極低的導通電阻，導通損耗低；碳化硅具有3倍于硅的禁帶寬度，使得碳化硅器件泄漏電流比硅器件大幅減少，從而降低功率損耗；碳化硅器件在關斷過程中不存在電流拖尾現(xiàn)象，開關損耗低，大幅提高實際應用的開關頻率。

碳化硅器件體積更小、節(jié)能性更好

這么棒的半導體材料，你不喜歡嗎？

尤其地，當前我國正在經歷“碳達峰”階段，并逐步過渡到“碳中和”時代。這是一個系統(tǒng)工程：一方面通過技術創(chuàng)新，實現(xiàn)能源結構的轉型，如加大對以風電、光伏為代表的新能源比例的利用；另一方面完成節(jié)能環(huán)保新技術、新設備和產品的突破與開發(fā)，提高能源使用效率。當前我國大力發(fā)展的新能源汽車、光伏、智能電網、儲能等低碳新產業(yè)、新技術將會成為非常重要的市場領域，這其中，碳化硅功率半導體將扮演非常重要的角色。在實現(xiàn)“碳中和”的大背景下，碳化硅材料將成為綠色經濟的中流砥柱。

02.“換道超車”的機會

在第一二代半導體材料的發(fā)展上，我國起步時間慢于其他國家，目前仍落后于一些發(fā)達國家，且面臨很多不可控的制裁與控制隱患，“超車”難度很大。

于是，有一種聲音不斷傳來：“既然第一二代芯片被美國封鎖或本身存在巨大的不確定性，不如另覓新徑向第三代芯片進發(fā)，至少在其他能追趕上國際水平的領域先追上，并大量地擴大生產，盡量做到自給率越高越好�！�

而且，在第三代半導體材料領域、國內廠商起步與國外廠商相差不多。5G基站建設、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網等“新基建”建設力度的加快，以及在新能源汽車、光伏、儲能等需求帶動下，對半導體器件性能提出更高要求，整個產業(yè)會進入高速成長期。

因此，在這條全新跑道上，我國有希望實現(xiàn)技術上的追趕，完成國產替代，也就是人們常常提到的“換道超車”概念。

03.一片沃土

前面我們說到，無論是政府、產研界，還是投資界都對碳化硅有著極大的熱情，除了碳化硅半導體本身的優(yōu)異性能以及戰(zhàn)略價值以外，中國敢“死磕”碳化硅的主要原因還是市場。

從市場環(huán)境來看，國內碳化硅等第三代半導體可以說擁有一片沃土。我們知道，碳化硅半導體主要面向新能源汽車、5G通訊、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網、航空航天等現(xiàn)代工業(yè)領域，尤其是新能源汽車，龐大的市場消納能力才是讓政府支持，讓資本敢投錢，讓企業(yè)敢擴產的最大底氣。

（1）新能源汽車

新能源汽車行業(yè)是市場空間巨大的新興市場，全球范圍內新能源車的普及趨勢逐步清晰化。根據(jù)現(xiàn)有技術方案，每輛新能源汽車使用的功率器件價值約700美元到1000美元。此外，碳化硅器件應用于新能源汽車充電樁，還可以減小充電樁體積，提高充電速度。隨著新能源汽車的發(fā)展，對功率器件需求量日益增加，成為功率半導體器件新的增長點。

2021年，我國新能源汽車市場進入市場驅動的高速成長期。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年，我國新能源汽車總體產銷量分別為354.50萬輛和352.10萬輛，比上年同期分別增長159.52%和157.57%，滲透率達到13.49%，越過10%分界線。2022年，我國新能源汽車總體產銷量分別為705.8萬輛和688.7萬輛，比上年同期分別增長96.9%和93.4%，滲透率達到25.6%。2023年，我國新能源汽車總體產銷量分別為958.7萬輛和949.5萬輛，比上年同期分別增長35.8%和37.9%，滲透率達到31.6%。

2013-2023年中國新能源汽車銷量（萬輛）及增長率

2015-2023年中國新能源汽車市場滲透率

根據(jù)國家工信部于2020年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》，至2025年我國混合動力汽車占傳統(tǒng)汽車總銷量的比重達到50%以上，電動汽車占全部汽車總銷量的比重達到20%左右，至2035年混合動力汽車占傳統(tǒng)汽車總銷量的100%，電動汽車占全部汽車總銷量的比重達到50%以上。由上可知，我國新能源汽車將迎來廣闊的發(fā)展空間。

這里將是碳化硅半導體應用中最大的一塊土地。

（2）光伏發(fā)電

在光伏發(fā)電應用中，基于硅基器件的傳統(tǒng)逆變器成本約占系統(tǒng)10%左右，卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來源之一。使用碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET與碳化硅SBD結合的功率模塊的光伏逆變器，轉換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設備循環(huán)壽命提升50倍，從而能夠縮小系統(tǒng)體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產成本。高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆變器的未來發(fā)展趨勢。在組串式和集中式光伏逆變器中，碳化硅產品預計會逐漸替代硅基器件。

光伏逆變器中碳化硅功率器件占比預測

據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會(CPIA)的預測，到2025年，全球新增光伏裝機容量保守估計為270GW，樂觀估計將達到330GW，年復合增速超過20%。

我們知道，中國已經是光伏產業(yè)中規(guī)模最大的國家，在這中國占據(jù)絕對主導地位的行業(yè)，在中國，碳化硅將“逐光”而行。

小結

除了新能源汽車及光伏外，碳化硅功率器件在軌道交通、智能電網、風力發(fā)電、工業(yè)電源、航空航天等領域也已實現(xiàn)成熟應用。盡管自去年國內出現(xiàn)了一波大范圍擴產引起行業(yè)人士對“產能過剩的擔憂，”以及價格驟降等問題，而天岳先進董事長宗艷民認為，價格下降有助于下游應用的擴展，推動碳化硅更加廣闊的滲透應用。尤其伴隨我國新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網等產業(yè)的快速發(fā)展，市場在發(fā)展，供應鏈就在發(fā)展，碳化硅市場就會越來越大。

參考來源：

[1]換道超車！第三代半導體加速爆發(fā)多地加大產業(yè)投資布局.中國科技信息

[2]粉體大數(shù)據(jù)研究、中國粉體網

（中國粉體網/山川）

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