www.188betkr.com 讯2016年至今，中央和地方政府对碳化硅半导体产业给予了高度重视，出台了多项产业发展扶持政策。国务院及工信部、国家发改委等部门先后在产业发展、营商环境、示范应用等方面出台政策，支持我国碳化硅半导体产业发展。
产研界，场面更是热闹，在技术上国产碳化硅不断加大投入并取得突破，产业规模迅猛崛起，甚至出现了“疯狂扩产”的局面，且趋势未见放缓。多家实力厂商已跃居国际舞台，与国际巨头展开了正面交锋。另外，投资界也不遑多让。
我们，为何“死磕”碳化硅？底气何在？
碳化硅衬底，来源：山西烁科
01.碳化硅是个好东西
一直以来，硅是制造半导体芯片最常用的材料，目前90%以上的半导体产品是以硅为衬底制成的。究其原因，是硅的储备量大，成本比较低，并且制备比较简单。然而，硅在光电子领域和高频高功率器件方面的应用却受阻，且硅在高频下的工作性能较差，不适用于高压应用场景。这些限制让硅基功率器件已经渐渐难以满足新能源车及高铁等新兴应用对器件高功率及高频性能的需求。
Si、SiC材料特性对比
与硅相比，SiC具有一系列优良的物理化学特性，如：
更强的高压特性。碳化硅的击穿电场强度是硅的10余倍，使得碳化硅器件耐高压特性显著高于同等硅器件。
碳化硅耐压特性优异
更好的高温特性。碳化硅相较硅拥有更高的热导率，使得器件散热更容易，极限工作温度更高。耐高温特性可以带来功率密度的显著提升，同时降低对散热系统的要求，使终端可以更加轻量和小型化。
更低的能量损耗。碳化硅具有2倍于硅的饱和电子漂移速率，使得碳化硅器件具有极低的导通电阻，导通损耗低；碳化硅具有3倍于硅的禁带宽度，使得碳化硅器件泄漏电流比硅器件大幅减少，从而降低功率损耗；碳化硅器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，开关损耗低，大幅提高实际应用的开关频率。
碳化硅器件体积更小、节能性更好
这么棒的半导体材料，你不喜欢吗？
尤其地，当前我国正在经历“碳达峰”阶段，并逐步过渡到“碳中和”时代。这是一个系统工程：一方面通过技术创新，实现能源结构的转型，如加大对以风电、光伏为代表的新能源比例的利用；另一方面完成节能环保新技术、新设备和产品的突破与开发，提高能源使用效率。当前我国大力发展的新能源汽车、光伏、智能电网、储能等低碳新产业、新技术将会成为非常重要的市场领域，这其中，碳化硅功率半导体将扮演非常重要的角色。在实现“碳中和”的大背景下，碳化硅材料将成为绿色经济的中流砥柱。
02.“换道超车”的机会
在第一二代半导体材料的发展上，我国起步时间慢于其他国家，目前仍落后于一些发达国家，且面临很多不可控的制裁与控制隐患，“超车”难度很大。
于是，有一种声音不断传来：“既然第一二代芯片被美国封锁或本身存在巨大的不确定性，不如另觅新径向第三代芯片进发，至少在其他能追赶上国际水平的领域先追上，并大量地扩大生产，尽量做到自给率越高越好。”
而且，在第三代半导体材料领域、国内厂商起步与国外厂商相差不多。5G基站建设、人工智能、工业互联网等“新基建”建设力度的加快，以及在新能源汽车、光伏、储能等需求带动下，对半导体器件性能提出更高要求，整个产业会进入高速成长期。
因此，在这条全新跑道上，我国有希望实现技术上的追赶，完成国产替代，也就是人们常常提到的“换道超车”概念。
03.一片沃土
前面我们说到，无论是政府、产研界，还是投资界都对碳化硅有着极大的热情，除了碳化硅半导体本身的优异性能以及战略价值以外，中国敢“死磕”碳化硅的主要原因还是市场。
从市场环境来看，国内碳化硅等第三代半导体可以说拥有一片沃土。我们知道，碳化硅半导体主要面向新能源汽车、5G通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等现代工业领域，尤其是新能源汽车，庞大的市场消纳能力才是让政府支持，让资本敢投钱，让企业敢扩产的最大底气。
（1）新能源汽车
新能源汽车行业是市场空间巨大的新兴市场，全球范围内新能源车的普及趋势逐步清晰化。根据现有技术方案，每辆新能源汽车使用的功率器件价值约700美元到1000美元。此外，碳化硅器件应用于新能源汽车充电桩，还可以减小充电桩体积，提高充电速度。随着新能源汽车的发展，对功率器件需求量日益增加，成为功率半导体器件新的增长点。
2021年，我国新能源汽车市场进入市场驱动的高速成长期。根据中国汽车工业协会的统计数据，2021年，我国新能源汽车总体产销量分别为354.50万辆和352.10万辆，比上年同期分别增长159.52%和157.57%，渗透率达到13.49%，越过10%分界线。2022年，我国新能源汽车总体产销量分别为705.8万辆和688.7万辆，比上年同期分别增长96.9%和93.4%，渗透率达到25.6%。2023年，我国新能源汽车总体产销量分别为958.7万辆和949.5万辆，比上年同期分别增长35.8%和37.9%，渗透率达到31.6%。
2013-2023年中国新能源汽车销量（万辆）及增长率
2015-2023年中国新能源汽车市场渗透率
根据国家工信部于2020年发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，至2025年我国混合动力汽车占传统汽车总销量的比重达到50%以上，电动汽车占全部汽车总销量的比重达到20%左右，至2035年混合动力汽车占传统汽车总销量的100%，电动汽车占全部汽车总销量的比重达到50%以上。由上可知，我国新能源汽车将迎来广阔的发展空间。
这里将是碳化硅半导体应用中最大的一块土地。
（2）光伏发电
在光伏发电应用中，基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统10%左右，却是系统能量损耗的主要来源之一。使用碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET与碳化硅SBD结合的功率模块的光伏逆变器，转换效率可从96%提升至99%以上，能量损耗降低50%以上，设备循环寿命提升50倍，从而能够缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命、降低生产成本。高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器的未来发展趋势。在组串式和集中式光伏逆变器中，碳化硅产品预计会逐渐替代硅基器件。
光伏逆变器中碳化硅功率器件占比预测
据中国光伏行业协会(CPIA)的预测，到2025年，全球新增光伏装机容量保守估计为270GW，乐观估计将达到330GW，年复合增速超过20%。
我们知道，中国已经是光伏产业中规模最大的国家，在这中国占据绝对主导地位的行业，在中国，碳化硅将“逐光”而行。
小结
除了新能源汽车及光伏外，碳化硅功率器件在轨道交通、智能电网、风力发电、工业电源、航空航天等领域也已实现成熟应用。尽管自去年国内出现了一波大范围扩产引起行业人士对“产能过剩的担忧，”以及价格骤降等问题，而天岳先进董事长宗艳民认为，价格下降有助于下游应用的扩展，推动碳化硅更加广阔的渗透应用。尤其伴随我国新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等产业的快速发展，市场在发展，供应链就在发展，碳化硅市场就会越来越大。
参考来源：
[1]换道超车！第三代半导体加速爆发多地加大产业投资布局.中国科技信息
[2]粉体大数据研究、www.188betkr.com
（www.188betkr.com /山川）
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