碳化硅，半导体行业发展新契机
碳化硅材料是功率半导体行业主要进步发展方向，用于制作功率器件，可显著提高电能利用率。可预见的未来内，新能源汽车是碳化硅功率器件的主要应用场景。特斯拉作为技术先驱，已率先在Model 3中集成全碳化硅模块，其他一线车企亦皆计划扩大碳化硅的应用。随着大同碳化硅器件制造成本的日渐降低、工艺技术的逐步成熟，碳化硅功率器件行业未来可期。
行业介绍及市场现状：碳化硅半导体的技术优势突出，目前渗透率尚低。
功率半导体（又称电力电子器件）用于电能转换、控制电流控制，是电力电子系统的关键部件，应用于电源、电机控制、可再生能源、电力传输、动力牵引等输变电和用电场景。
2019年，全球功率器件市场规模约为400亿美元，过去5年平均复合增长率5.1%。其中，中国是的市场，占比近40%。
数据来源：IHS Markit
功率器件使用的半导体材料分为三代：
一代半导体材料为硅（Si）、锗（Ge）等单质材料。由于工艺成熟及生产成本低，硅占据95%以上的半导体器件，是当今半导体材料的主体；
二代半导体材料为砷化镓(GaAs)等化合物材料。砷化镓半导体的电子迁移率高、禁带宽度比硅大，具备高耐压、高频率等优势，但也有机械强度弱、高温下易分解、生长速度慢、价格昂贵等劣势，目前主要应用于LED等光电子领域；
三代半导体材料为碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽禁带材料。
提高能源利用效率（减少能量消耗和损耗）是功率半导体技术进步的主要方向。理想目标是，功率半导体在导通状态下没有任何功率消耗，在关断状态下也没有漏电流。现今，根据IEA的报告，世界电能损耗占总电能量的20%，无论从经济效益还是环境保护的角度来看，都是了浪费。然而，以传统硅材料制作的功率半导体器件，电能变换效率已达理论限制。
以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料应用而生，已成为功率半导体下一代技术演进方向。根据中国第三代半导体产业技术创新战略联盟，第三代半导体材料的性能优势包括：高电子漂移速度，可减少电能转换功耗，提高能源利用效率；禁带宽度高，临界击穿电压大，减少高压运行条件系统所需器件数量，促进系统小型化、轻量化；高热导率，减少所需冷却系统。
数据来源：第三代半导体产业技术创新战略联盟《第三代半导体电力电子技术路线图》
与氮化镓相比，碳化硅更适合在1,000V以上的电力系统中应用，包括电动汽车、充电桩、新能源发电装置、高铁动力牵引等中高压场景。氮化镓器件使用硅材料衬底的技术成熟后，相对使用同质衬底的碳化硅器件，更具成本优势。未来在中低压场景，碳化硅与氮化镓材料制作的器件会有所竞争。
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