SiC 具有寬的禁帶寬度、高擊穿電場、高熱傳導率和高電子飽和速率的物理性能，使其有耐高溫、耐高壓、高頻、大功率、抗輻射等優(yōu)點，可降低下游產(chǎn)品能耗、減少終端體積。碳化硅的禁帶寬度大約為 3.2eV，硅的寬帶寬度為 1.12eV，大約為碳化硅禁帶寬度的 1/3，這也就說明碳化硅的耐高壓性能顯著好于硅材料。

此外，碳化硅的熱導率大幅高于其他材料，從 而使得碳化硅器件可在較高的溫度下運行，其工作溫度高達 600℃，而硅器件的極限溫度僅為 300℃;另一方面，高熱導率有助于器件快速降溫，從而下游企業(yè)可簡化器件終端的冷卻系統(tǒng)，使得器件輕量化。根據(jù) CREE 的數(shù)據(jù)，相同規(guī)格的碳化硅基 MOSFET 尺寸僅為硅基MOSFET 的 1/10。

同時，碳化硅具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，且不會隨著頻率的提高而降低，碳化硅器件的工作頻率可以達到硅基器件的 10 倍，相同規(guī)格的碳化硅基 MOSFET 總能量損耗僅為硅基 IGBT 的 30%。碳化硅材料將在高溫、高頻、高頻領(lǐng)域逐步替代硅，在 5G 通信、航空航天、新能源汽車、智能電網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈可分為三個環(huán)節(jié)：碳化硅襯底材料的制備、外延層的生長、器件制造以及下游應用市場，通常采用物理氣相傳輸法(PVT 法)制備碳化硅單晶，再在襯底上使用化學氣相沉積法(CVD 法)生成外延片，最后制成器件。在 SiC 器件的產(chǎn)業(yè)鏈中，主要價值量集中于上游碳化硅襯底(占比 50%左右)。

碳化硅襯底根據(jù)電阻率劃分：半絕緣型碳化硅襯底：指電阻率高于 105Ω·cm 的碳化硅襯底，其主要用于制造氮化鎵微波射頻器件。微波射頻器件是無線通訊領(lǐng)域的基礎性零部件，中國大力發(fā)展 5G 技術(shù)推動碳化硅襯底需求釋放。

導電型碳化硅襯底：指電阻率在 15~30mΩ·cm 的碳化硅襯底。由導電型碳化硅襯底生長出的碳化硅外延片可進一步制成功率器件，功率器件是電力電子變換裝置核心器件，廣泛應用于新能源汽車、光伏、智能電網(wǎng)、軌道交通等領(lǐng)域。汽車電動化趨勢利好 SiC發(fā)展。

碳化硅應用場景根據(jù)產(chǎn)品類型劃分：

1、射頻器件：射頻器件是在無線通信領(lǐng)域負責信號轉(zhuǎn)換的部件，如功率放大器、射頻開關(guān)、濾波器、低噪聲放大器等。碳化硅基氮化鎵射頻器件具有熱導率高、高頻率、高功率等優(yōu)點，相較于傳統(tǒng)的硅基 LDMOS 器件，其可以更好地適應 5G 通信基站、雷達應用等領(lǐng)域低能耗、高效率要求。

2、功率器件：又稱電力電子器件，主要應用于電力設備電能變換和控制電路方面的大功率電子器件，有功率二極管、功率三極管、晶閘管、MOSFET、IGBT 等。碳化硅基碳化硅器件在 1000V 以上的中高壓領(lǐng)域有深遠影響，主要應用領(lǐng)域有電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)等。

3、新能源汽車：電動汽車系統(tǒng)涉及功率半導體應用的組件有電機驅(qū)動系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)(On-board charger，OBC)、車載 DC/DC 及非車載充電樁。其中，電動車逆變器市場碳化硅功率器件應用最多，碳化硅模塊的使用使得整車的能耗更低、尺寸更小、行駛里程更長。目前，國內(nèi)外車企均積極布局碳化硅器件應用，以優(yōu)化電動汽車性能，特斯拉、比亞迪、豐田等車企均開始采用碳化硅器件。隨著碳化硅功率器件的生產(chǎn)成本降低，碳化硅在充電樁領(lǐng)域的應用也將逐步深入。

4、光伏發(fā)電：目前，光伏逆變器龍頭企業(yè)已采用碳化硅 MOSFET 功率器件替代硅器件。根據(jù)中商情報網(wǎng)數(shù)據(jù)，使用碳化硅功率器件可使轉(zhuǎn)換效率從 96%提高至 99%以上，能量損耗降低 50%以上，設備循環(huán)壽命提升 50 倍，從而帶來成本低、效能高的好處。

5、智能電網(wǎng)：國家大力發(fā)展新基建，特高壓輸電工程對碳化硅功率器件具有重大需求。其在智能電網(wǎng)中的主要應用場景包括：高壓直流輸電換流閥、柔性直流輸電換流閥、靈活交流輸電裝置、高壓直流斷路器、電力電子變壓器等裝置。相比其他電力電子裝置，電力系統(tǒng)要求更高的電壓、更大的功率容量和更高的可靠性，碳化硅器件突破了硅基功率半導體器件在大電壓、高功率和高溫度方面的限制所導致的系統(tǒng)局限性，并具有高頻、高可靠性、高效率、低損耗等獨特優(yōu)勢，在固態(tài)變壓器、柔性交流輸電、柔性直流輸電、高壓直流輸電及配電系統(tǒng)等應用方面推動智能電網(wǎng)的發(fā)展和變革。

6、軌道交通：軌道交通對其牽引變流器、輔助變流器、主輔一體變流器、電力電子變壓器、電源充電機等裝置

7、射頻通信：碳化硅基氮化鎵射頻器件同時具備碳化硅的高導熱性能和氮化鎵在高頻段下大功率射頻輸出的優(yōu)勢，能夠滿足 5G 通訊對高頻性能和高功率處理能力的要求，逐步成為 5G功率放大器尤其宏基站功率放大器的主流技術(shù)路線。

二、 碳化硅市場前景

自 1955 年菲力浦實驗室的 Lely 首次在實驗室成功制備碳化硅單晶以來，在隨后的 60 余年中，美國、歐洲、日本等發(fā)達國家與地區(qū)的科研院所與企業(yè)不斷創(chuàng)新和改良碳化硅單晶的制備技術(shù)與設備，在碳化硅單晶晶體及晶片技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域形成了較大優(yōu)勢。

碳化硅功率器件在風力發(fā)電、工業(yè)電源、航空航天等領(lǐng)域已實現(xiàn)成熟應用。伴隨新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，功率器件的使用需求大幅增加。根據(jù) IC Insights《2019 年光電子、傳感器、分立器件市場分析與預測報告》， 2018 年全球功率器件的銷售額增長率為 14%，達到 163 億美元。未來，隨著碳化硅和氮化鎵功率器件的加速發(fā)展，全球功率器件的銷售額預計將持續(xù)保持增長。預計 2018 至 2023 年期間，全球功率器件的銷售額復合年增長率達到 3.3%，2023 年全球功率器件收入將達到 192 億美元。

根據(jù) IHSMarkit 數(shù)據(jù)，2018 年碳化硅功率器件市場規(guī)模約 3.9 億美元，受新能源汽車龐大需求的驅(qū)動，以及電力設備等領(lǐng)域的帶動，預計到 2027 年碳化硅功率器件的市場規(guī)模將超過 100 億美元，碳化硅襯底的市場需求也將大幅增長。

一、行業(yè)典型應用

碳化硅MOSFET的主要應用領(lǐng)域包括：充電樁電源模塊、光伏逆變器、光儲一體機、新能源汽車空調(diào)、新能源汽車OBC、工業(yè)電源、電機驅(qū)動等。

1. 充電樁電源模塊

與下游數(shù)量較多的充電樁制造商和運營商不同，目前充電模塊行業(yè)玩家數(shù)量有限。歷經(jīng)過去幾年的激烈競爭，行業(yè)逐漸出清。目前主流企業(yè)僅10家左右，包括特來電、盛弘股份、科華恒盛等為代表的自產(chǎn)自用型;以及英飛源、優(yōu)優(yōu)綠能、星源博睿、英可瑞等為代表的外供型兩類。

隨著新能源汽車800V平臺的出現(xiàn)，主流充電模塊也從之前主流的15、20kW向30、40kW發(fā)展，輸出電壓范圍300Vdc-1000Vdc，并且具備雙向充電功能，以達到V2G/V2H等技術(shù)要求。因此，越來越多充電模塊企業(yè)開始采用SiC MOS方案。

圖 新能源充電樁中SiC的應用

2. 光伏逆變器

在全球可再生能源的大力發(fā)展以及“雙碳”戰(zhàn)略目標的推動下，全球光伏產(chǎn)業(yè)迅速擴張，光伏逆變器市場整體也呈現(xiàn)高速發(fā)展趨勢。根據(jù)海關(guān)總署數(shù)據(jù)，從出貨情況來看，2023逆變器累計出口99.54億美元，同比+11%。

經(jīng)過多年的市場競爭，當前我國光伏逆變器行業(yè)已經(jīng)形成較為集中、整體競爭較為充分的格局。同時，國內(nèi)知名逆變器品牌仍保持快速增長，出貨量及全球市場占有率也在穩(wěn)步提升。數(shù)據(jù)顯示，2022年全球光伏逆變器供應商出貨量市場排名前五的企業(yè)是：陽光電源、華為、古瑞瓦特、錦浪科技和SMA。而在研究機構(gòu)BNEF公布的“全球最具融資價值光伏逆變器品牌”前十名榜單中，也有6家中國逆變器企業(yè)入圍，其中，正泰電源、華為、陽光電源居于前三，錦浪、特變電工、固德威也位列其中。

圖 光伏逆變器中SiC的應用

3. 光儲一體機

光儲一體機采用電力電子控制技術(shù)，通過智能控制實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，協(xié)調(diào)控制光伏與儲能電池，平抑功率波動，并通過儲能變流技術(shù)輸出滿足標準要求的交流電能向負載供電，滿足用戶側(cè)多場景應用，廣泛應用于離網(wǎng)光伏電站、分布式后備電源、儲能電站等場合。國內(nèi)光儲一體機生產(chǎn)企業(yè)主要有：科陸電氣、盛弘股份、興儲世紀、時代能創(chuàng)、精石電氣、錦宇新能源、智源新能、采日能源、華自科技、邦照電氣等。

圖 光儲一體機中SiC的應用

4.

新能源汽車空調(diào)

隨著800V平臺在新能源汽車上的興起，在汽車空調(diào)壓縮機控制器方案中，SiC MOS憑借其高壓高效、貼片封裝體積小等優(yōu)勢，成為市場首選。行業(yè)頭部客戶如弗迪科技、翰昂、華域三電、蘇州中成、奧特佳、海立、威靈、上海光裕、重慶超力等。

圖 新能源汽車空調(diào)中SiC的應用

5. 大功率OBC

三相OBC電路中SiC MOS應用更高的開關(guān)頻率，可以減小磁性元器件體積和重量，提高效率和功率密度，同時高系統(tǒng)母線電壓，大大減少功率器件數(shù)量，便于電路設計，提高可靠性。

圖 大功率OBC中SiC的應用

6.

工業(yè)電源

工業(yè)電源主要應用于如醫(yī)療電源、激光電源、逆變焊機、大功率DC-DC電源、軌道牽引機等，需要高壓、高頻、高效率的應用場景。