來源：羅姆半導體社區

受惠于電動車、5G基礎設施等領域需求提升，SiC(碳化硅)功率元件正穩步滲透到全球市場。據專業機構統計，2018年全球已有超過20家的汽車廠商在OBC中使用了SiC肖特基二極管或SiC MOSFET，未來SiC功率半導體在OBC市場中也有望以CAGR 44%的速度成長至2023年。

據了解，除了特斯拉最新的Model 3車型采用SiC MOSFET來提升電驅系統的工作效率及充電效率外，歐洲的350KW超級充電站也正在加大SiC器件的采用。而在國內，比亞迪、北汽新能源等車企也在加碼SiC器件在電動汽車領域的應用，主要以汽車充電樁場景應用為主。

第三代半導體材料崛起

科技總是不斷進步的，半導體材料發展至今經歷了三個階段：

第一代半導體被稱為“元素半導體”，典型如硅基和鍺基半導體。其中，硅基半導體技術應用比較廣、技術比較成熟。截止目前，全球半導體99%以上的半導體芯片和器件都是以硅片為基礎材料生產出來的。

在1950年時候，半導體材料卻以鍺為主導，主要應用于低壓、低頻及中功率晶體管中，但它的缺點也極為明顯，那就是耐高溫和抗輻射性能較差。

到了1960年，0.75寸（20mm）單晶硅片的出現，讓鍺基半導體缺點被無限放大的同時，硅基半導體也徹底取代了鍺基半導體的市場。

進入21世紀后，通信技術的飛速發展，讓GaAs（砷化鎵）、InP（磷化銦）等半導體材料成為新的市場需求，這也是第二代半導體材料，被稱為“化合物半導體”。

由于對于電子器件使用條件的要求增高，要適應高頻、大功率、耐高溫、抗輻射等環境，所以第三代寬禁帶半導體材料迎來了新的發展。

當然，第三代半導體材料也是化合物半導體，主要包括SiC、GaN等，至于為何被稱為寬禁帶半導體材料，主要是因為其禁帶寬度大于或小于2.3eV（電子伏特）。

同時，由于第三代半導體具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導率、搞電子密度、高遷移率等特點，因此也被業內譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”以及光電子和微電子等產業的“新發動機”。

新能源汽車帶給SiC的機遇

雖然同為第三代半導體材料，但由于SiC和GaN的性能不同，所以應用的場景也存在差異化。

GaN的市場應用偏向高頻小電力領域，集中在1000V以下；而SiC 適用于1200V 以上的高溫大電力領域，兩者的應用領域覆蓋了新能源汽車、光伏、機車牽引、智能電網、節能家電、通信射頻等大多數具有廣闊發展前景的新興應用市場。

與GaN 相比，SiC熱導率是GaN 的三倍以上，在高溫應用領域更有優勢；同時SiC單晶的制備技術相對更成熟，所以SiC 功率器件的種類遠多于GaN。

SiC電力電子器件主要包括功率二極管和三極管(晶體管、開關管)。SiC功率器件可使電力電子系統的功率、溫度、頻率、抗輻射能力、效率和可靠性倍增，帶來體積、重量以及成本的大幅減低。SiC功率器件應用領域可以按電壓劃分：

低壓應用(600 V至1.2kV)：高端消費領域(如游戲控制臺、等離子和液晶電視等)、商業應用領域(如筆記本電腦、固態照明、電子鎮流器等)以及其他領域(如醫療、電信、國防等)；

中壓應用(1.2kV至1.7kV)：電動汽車/混合電動汽車(EV/HEV)、太陽能光伏逆變器、不間斷電源(UPS)以及工業電機驅動(交流驅動AC Drive)等；

高壓應用(2.5kV、3.3kV、4.5kV和6.5kV以上)：風力發電、機車牽引、高壓/特高壓輸變電等。

以 SiC 為材料的二極管、MOSFET、IGBT 等器件未來有望在汽車電子領域取代 Si。對比目前市場主流1200V 硅基IGBT 及SiC MOSFET，可以發現 SiC MOSFET 產品較Si基產品能夠大幅減少Die Size，且表現性能更好。但是目前最大阻礙仍在于成本，根據 yoledevelopment測算，單片成本SiC比Si基產品高出 7-8 倍。

SiC近期產業化進度加速，上游產業鏈開始擴大規模和鎖定貨源。整理全球SiC制造龍頭Cree公告發現，近期碳化硅產業化進度開始加速，ST、英飛凌等中游廠商開始鎖定上游。

2018年2月，Cree與英飛凌簽訂了1億美元的長期供應協議，為其光伏逆變器、機器人、充電基礎設施、工業電源、牽引和變速驅動器等產品提供 SiC 晶圓。

2018年10月，Cree宣布了一項價值8500萬美元的長期協議，將為一家未公布名稱的“領先電力設備公司”生產和供應 SiC 晶圓。

2019年1月，Cree與ST簽署一項為期多年的2.5億美元規模的生產供應協議，Wolfspeed 將會向ST供應150mm SiC晶圓。

據研究機構IHS預測，到2025年SiC功率半導體的市場規模有望達到30億美元。在未來的10年內，SiC 器件將開始大范圍地應用于工業及電動汽車領域。該市場增長的主要驅動因素是由于電源供應和逆變器應用越來越多地使用 SiC 器件。

審核編輯黃昊宇