SiC如何破局未来产业应用

2020年，从中央密集部署，到资本市场热捧，“新基建”正式站上风口。相比传统的基建，“新基建”立足于高新科技的基础设施建设，无论是信息基础设施、融合基础设施还是创新基础设施均发力于科技端，从‘互联网＋’、‘数字经济’、‘智能＋’到‘工业互联网’，以智能经济为核心的数字经济时代势不可挡。

社会的数字化转型拉动了电子产业的发展。作为电子产品的基础元器件之一，功率半导体器件在传统电力电子行业即有着非常广泛的应用，5G、新能源等“新基建”均涉及功率半导体芯片等基础元器件，可以说是“新基建”的“心脏”。根据 Yole 数据，2017 年全球功率半导体器件市场规模为 144.01 亿美元，预计到 2022 年功率半导体器件市场规模将达到 174.88 亿美元，复合增长率为 3.96%。可以预见，在这波席卷而来的产业电子化升级浪潮中，功率半导体器件必将得到越来越多的重视与应用，也必将带动本土功率半导体芯片需求趋于旺盛。

图源半导体行业观察

而随着Si和化合物半导体材料GaAs在器件性能的提升到了瓶颈，寻找新一代半导体材料成为了发展的重要方向。至此，第三代宽禁带半导体材料碳化硅（SiC）闯入了人们的视线！

直面高成本挑战，SiC如何破局未来产业应用

提到SiC，人们的第一反应是其性能优势，如电气（更低阻抗/更高频率）、机械（更小尺寸）和热性质（更高运行温度），非常适合制造很多大功率电子器件；但如果说到应用，大多数人都会说它成本太高，推广起来需假以时日。事实上，在一些有性能、效率、体积、散热，甚至系统成本要求的应用中，SiC器件已开始在取代硅。

以新能源汽车为例。汽车市场无疑是SiC最重要的驱动力，据测算，电动汽车整车半导体平均总成本是传统汽车的两倍，而电动汽车50％的总成本与功率器件有关。然而仅比较SiC器件和硅器件的成本是有失偏颇的。据统计，在汽车中SiC MOSFET增加的成本大约为300美元，而估计节省的成本可达2000美元。

图源与非网

特斯拉的Model 3就采用了意法半导体和英飞凌的SiC逆变器，是第一家在主逆变器中集成全SiC功率模块的车企；2017年12月，罗姆为VENTURI车队在电动汽车全球顶级赛事“FIAFormula E”锦标赛中提供了采用全SiC功率模块制造的逆变器，使逆变器尺寸下降了43%，重量减轻了6kg；科锐一直在积极扩大其SiC衬底产能并将业务重心从LED向功率器件转移，成为大众FAST（未来汽车供应链）项目合作伙伴，和安森美签署了多年期协议，为其供应6英寸衬底和外延片，并扩大了和意法半导体的合作范围，增加了订单；其它厂商方面，丰田和电装、富士、三菱合作开发SiC基MOSFET，博世拟用其位于罗伊特林根的半导体制造厂生产SiC晶圆。

把握时代机遇，国产SiC器件应用前景广阔

从产业格局来看，目前全球SiC产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。具体到SiC应用方面，SiC肖特基二极管器件已经广泛应用于高端电源市场，包括PFC、光伏逆变器和高端家电变频器。以科锐、英飞凌、罗姆等为代表的半导体SiC巨头，正逐步推出SiC金属一氧化物半导体场效应晶体管、双极结型晶体管、结型场效应管和绝缘栅双极型晶体管等产品。

尽管我国开展SiC材料和器件方面的研究工作较晚，但仍有部分企业在产业化方面初具规模。国内比亚迪就在SiC方面进行积极布局，并投入巨资入局。在即将于11月3-5日在深圳国际会展中心举办的慕尼黑华南电子展上，也将汇集诸多SiC领域的国产厂商进行产品和技术展示。目前，比亚迪己经成功研发了SiC MOSFET，包括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT、MOSFET等。预计到2023年，比亚迪将在旗下的电动车中实现SiC基车用功率半导体对硅基IUBT的全面替代。

泰科天润（展位号：10A66）可以提供多达四个电压等级的SiC肖特基二极管，其中有针对普通应用场合的650V/1200V电压等级产品，以及针对于高压应用领域的1700V/3300V电压等级产品。泰科天润650V/1200V电压等级的产品已经广泛应用于光伏、通信、电动汽车等应用领域，其1200V器件更是成为国内率先由权威第三方检测机构测试并通过AEC-Q101车规认证的产品。此外公司的高电压的1700V/3300V电压等级产品也同样成熟，1700V碳化硅肖特基二极管产品型号齐全，也是同行中极少数可以批量供货3300V碳化硅产品的功率半导体器件厂商。

图源泰科天润

瀚薪科技（展位号：10K26）作为少有的整合型碳化硅功率器件技术开发厂商，所生产的SiC MOSFET能够达到650V/1200V/1700V三种电压等级要求，在各类电源供应器、太阳光伏逆变器、新能源车等高效率电力电子系统中得到广泛应用。其独创的整合型碳化硅JMOSFET (JBS integrated SiC MOSFET; SiC JMOSFET)结构技术透过电路设计的方式，成功将1700V碳化硅肖特基二极管(Junction Barrier Schottky; JBS)电路布局与金氧半场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; MOSFET)整合为单一芯片，成功改善了碳化硅材料长期加压致使外延双载子劣化衰退(Bipolar Degradation)的问题。

除此之外，里阳半导体（展位号：10H23）、扬杰科技等也是国内SiC功率器件产业的佼佼者。前者通过组建专业的功率半导体芯片生产线及产品封测线，将芯片研发、设计、制造、封测融合为一体，能够提供多种封装型号的高性能650V/1200V电压等级SiC二极管/MOSFET产品；后者作为功率器件领域的后起之秀，依托“内生+外延”的发展路径，持续推进第三代宽禁带半导体碳化硅项目的研发及产业化。

结语

近年来，万物互联的呼声越来越高，以汽车、高铁为代表的交通工具，以光伏、风电为代表的新能源领域，以手机为代表的通信设备，以电视机、洗衣机、空调、冰箱为代表的消费级产品，都在不断提高电子化水平，其中又以新能源汽车的高度电子化最为引人注目；与此同时，工业、电网等传统行业也在加速电子化进程。在中美贸摩擦升级的大背景下，本土功率半导体企业正积极迈进，积蓄实力、加快实现行业的国产替代进程，在即将到来的首届慕尼黑华南电子展上，也将有更多的优秀国产SiC功率器件产品和解决方案登场，让我们拭目以待！

以上内容来源于：半导体行业观察、与非网等。

原文标题：打破固有印象，看国产SiC功率器件如何实现“将本增压”！

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