【上海国际电力元件展览会】SiC开启百亿市场，更有望取代硅功率器件千亿市场

上海国际电力元件、可再生能源管理展览会新展期定于2020年11月16-18日在上海世博展览馆举行，邀您关注今日上海国际电力元件展览会新资讯：

       碳化硅(SiC)是新世纪具有广阔发展潜力的第三代新型半导体材料，SiC晶片和外延衬底在通信、汽车、电网、航空、航天、石油开采以及国防等各个领域有着广阔的应用前景。

       市场格局

       目前碳化硅功率器件尚未完全产业化，2014年全球碳化硅功率半导体市场仅为1.2亿美元。随着混合动力车、电动车、电源供应装置与太阳能电力转换器等市场需求不断上扬，预估全球碳化硅功率半导体市场将由2015年的2.1亿美元，先上扬为2020年的10亿美元以上，2025年增长至37亿美元。

       从竞争格局角度看，国际SiC器件市场，目前很多厂商产品尚未产业化，2014年科锐和英飞凌两家巨头占据了70%的市场份额。国内厂商参与碳化硅市场的还不多，主要为高校及研究机构包括西安电子科技大学、中电13所、55所、南车等。

       对比硅基功率器件，SiC功率器件具有三个最重要的特性：高压特性、高频特性、高温特性。未来随着技术成熟、成本下降和产业化推广，有望在多领域取代硅功率器件。2014年全球碳化硅功率器件的市场规模为1.2亿美元，相较硅功率器件的150亿美元市场，碳化硅功率器件市场还很小，还不到硅功率器件的1%。

       SiC的性能优势显著，但目前成本比硅产品高，在相同特性、相同电压、相同使用条件的情况下，大约会是硅产品的5-6倍左右。因此现阶段只能从要求高性能、且对价格不是很敏感的应用开始来取代硅产品，例如汽车、汽车充电桩、太阳能等。业内预计，未来当SiC的成本能降到硅的2-3倍的时候，应该会对Si功率器件形成大规模替代效应。

       SiC在半导体中的好处

       随着电子设备和逻辑板的市场进一步增长，传统硅的缺点日益凸显，为此设计师和制造商一直在寻找更好，更智能的方法来制造这些重要组件。碳化硅就是这样一个存在，由于碳化硅材料具有较大的禁带宽度以及优异的导热性能，相比传统硅技术，碳化硅技术可以兼得高频和高压这两个重要特性。而且相同规格的碳化硅芯片只有硅芯片十分之一大小，不仅如此，基于碳化硅技术的系统应用中，更少的散热需求和更小的被动元器件导致整个装置的体积也大大减小。

       因此碳化硅功率半导体在普通硅半导体中脱颖而出，在电子电力、光电子以及微波通讯等领域均有着广阔的应用前景。

       电力行业是SiC功率半导体的重要市场之一，特别是由于其在大功率应用场合中仍然有较低的功耗。以SiC为代表的第三代半导体具有禁带宽、热导率高、击穿场强高、饱和电子漂移速率高、化学性能稳定、硬度高、抗磨损、高键和高能量以及抗辐射等优点。可广泛用于制造高温、高频、高功率、抗辐射、大功率和高密集集成电子器件。

       用SiC制造的组件包括二极管，各种晶体管类型和栅极截止晶闸管，通过使用这样的基本构建块，可以创建更小、更轻、效率极高的电源模块，用于将电源切换到负载或从负载切换电源以及进行转换。用SiC衬底开发的电力电子器件可用在输变电、风力发电、太阳能、混合动力汽车等电力电子领域，降低电力损失，减少发热量，高温工作，提高效率，增加可靠性。

       在光电子领域，SiC材料具有与GaN晶格失配小、热导率高、器件尺寸小、抗静电能力强、可靠性高等优点，是GaN系外延材料的理想衬底，由于其良好的热导率，解决了功率型GaN-LED器件的散热问题，特别适合制备大功率的半导体照明用LED，这样大大提高了出光效率，又能有效的降低能耗。

       在微波通讯领域，SiC作为一种宽带隙的半导体材料，同时还具有较宽的工作频带，加之其优异的高温特性、高击穿电场、高热导率和电子饱和速率等特性，在微波通讯领域也占有一席之地。实现了通讯器件的高效能、高机动、高波段和小型化的，特别是在X波段以上的T/R组件，5G通讯基站中的应用备受关注。

       业内人士指出，电动汽车行业是SiC应用前景最广阔的行业，SiC技术带来的电池使用效率显著提升以及电驱动装置重量和体积的缩小正是电动汽车技术最需要的。而就目前来看，工业电源行业是SiC普及和应用率较高的行业，使用碳化硅产品可以显著提升工业领域的电能利用效率。

       碳化硅半导体材料的发展前景

       SiC半导体潜在应用领域较为广泛，对新能源汽车、轨道交通、智能电网和电压转换等领域都具有潜在的应用前景。随着下游行业对半导体功率器件轻量化、高转换效率、低发热特性需求的持续增加，SiC在功率器件中取代Si成为行业发展的必然。

       但是碳化硅功率器件领域仍然存在一些诸多共性问题亟待突破，比如碳化硅单晶和外延材料价格居高不下、材料缺陷问题仍未完全解决、碳化硅器件制造工艺难度较高、高压碳化硅器件工艺不成熟、器件封装不能满足高频高温应用需求等，全球碳化硅技术和产业距离成熟尚有一定的差距，在一定程度上制约了碳化硅器件市场扩大的步伐。

       碳化硅材料具有耐高温、耐腐蚀、导热性好等独特的特点，具有非常广泛的应用前景，碳化硅作为第三代半导体材料越来越受到重视，成为国内外的研究热点，SiC半导体在未来具有非常广阔的空间，因此必须加快对我国SiC半导体的研发，打造独立自主、具有国际竞争力的SiC材料和器件产业。

文章来源：康尔信电力系统

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