隨著人口激增加之城市化進程加快，氣候及資源緊缺問題日益嚴(yán)峻。與此同時，數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來更大的運算量和數(shù)據(jù)處理。更加高效地利用能源成為社會發(fā)展的迫切需求。

正因為此，以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體大功率電力電子器件成為行業(yè)重點關(guān)注的方向。據(jù)了解，SiC材料具有眾多優(yōu)異的物理性質(zhì)，如禁帶寬度大（接近于Si的3倍）、器件極限工作溫度高（可以高達600℃）、臨界擊穿電場強度大（是Si的10倍）、熱導(dǎo)率高（超過Si的3倍）等，被認(rèn)為是用于高電壓、高頻率功率器件的理想材料。

行業(yè)巨頭加緊布局 SiC時代已經(jīng)到來

雖然擁有眾多優(yōu)勢，但是SiC材料并不是一項全新技術(shù)。其實早在20世紀(jì)60年代SiC器件已經(jīng)引起了人們的興趣。相對于Si基半導(dǎo)體材料成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，SiC材料產(chǎn)業(yè)鏈需要全新的布局，在外延生長、生產(chǎn)設(shè)備、可靠性、缺陷密度、成本等方面都面臨著巨大挑戰(zhàn)，這也是SiC并未大規(guī)模應(yīng)用的主要原因。

自2016年以來，業(yè)內(nèi)關(guān)于SiC材料的討論又迎來了新一輪高潮。

從技術(shù)節(jié)點來看，以英飛凌、科銳、羅姆、意法半導(dǎo)體等為代表的企業(yè)已經(jīng)先后解決SiC器件良率問題，并成功推出了各類器件及模塊，并在光伏及電源領(lǐng)域取得了成功應(yīng)用。

在產(chǎn)能方面，包括科銳、新日鐵住金、SiCrystal等上游晶圓供應(yīng)商，在2014年先后實現(xiàn)了6英寸晶圓量產(chǎn)供貨?；诰A外延工藝的持續(xù)改進，加之6英寸上游晶圓開始放量供貨，為SiC器件的大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

在企業(yè)布局方面，2016年英飛凌以8.5億美元收購了總部位于美國北卡羅萊納州的Cree公司旗下wolfspeed資產(chǎn)。wolfspeed是業(yè)內(nèi)唯一可以提供SiC功率和GaN射頻方案最廣泛產(chǎn)品線的公司。通過此次收購，英飛凌進一步完善了在SiC技術(shù)方面布局。另一方面，英飛凌與科銳已經(jīng)簽署戰(zhàn)略性長期供貨協(xié)議，保證了SiC器件上游晶圓產(chǎn)能供應(yīng)。目前，已經(jīng)推出CoolSiC? MOSFET、CoolSiC? 肖特基二極管、CoolSiC?MOSFET柵極驅(qū)動IC產(chǎn)品。

基于技術(shù)和產(chǎn)能方面不斷提升，英飛凌科技（中國）有限公司大中華區(qū)工業(yè)功率控制事業(yè)部副總裁于代輝認(rèn)為：“SiC時代已經(jīng)到來，這是非?？隙ǖ?。憑借15年以上的研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗，英飛凌致力于和產(chǎn)業(yè)鏈伙伴一起推進SiC器件普及應(yīng)用?！?/p>

“在經(jīng)過幾十年發(fā)展之后，IGBT器件已經(jīng)難有質(zhì)的飛躍，SiC器件將是必然方向”。于代輝進一步表示：“據(jù)行業(yè)研究公司Yole數(shù)據(jù)顯示，2022年全球SiC市場將突破10億美元。雖然說市場總量并不大，但是SiC器件在未來具有很大的應(yīng)用空間，比如高鐵、智能電網(wǎng)、風(fēng)電等領(lǐng)域。”

應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展 成本仍是一道坎

在下游應(yīng)用方面，傳統(tǒng)的光伏逆變器普遍采用IGBT器件。但由于拖尾電流的影響，且開關(guān)頻率難于提升。為此，采用SiC材料的MOSFET器件率先在光伏逆變器領(lǐng)域打開局面。由于SiC器件漏電流小，高溫耐受能力更強，可大幅度降低散熱器體積和重量，提升功率密度，從而降光伏低逆變器成本。

英飛凌科技（香港）有限公司馬國偉博士認(rèn)為，SiC器件之所以在光伏逆變器領(lǐng)域成功應(yīng)用，最主要的原因在于IGBT器件已經(jīng)無法滿足要求，廠商必然會過渡到SiC器件。而在其他應(yīng)用領(lǐng)域，SiC器件成本問題仍然是客戶考慮的重要因素，比如UPS/SMPS領(lǐng)域，其對于器件成本相比比較敏感。

對此，于代輝也進一步解釋道：“SiC器件的推廣普及需要綜合考慮效率及成本問題。雖然但從價格方面來看，SiC器件成本普遍要高3-5倍。但是，SiC器件能夠大幅度降低相關(guān)器件的需求量及體積，從而大幅度降低系統(tǒng)成本。因此，SiC器件成本并不是簡單的價格問題。在市場推廣過程中，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游積極配合?！?/p>

目前，SiC器件已經(jīng)在光伏逆變器領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用，并逐漸向UPS/SMPS領(lǐng)域推廣應(yīng)用，電動汽車充電樁將成為下一個重要應(yīng)用方向。未來將在牽引、電動車輛及電動驅(qū)動等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

由于我國正成為電動汽車全球主要制造國及消費國，SiC器件需求量將大幅提升。為此，英飛凌也進一步加大中國市場的布局。對此，于代輝認(rèn)為：“中國制造2025戰(zhàn)略規(guī)劃的實施，大幅度推動產(chǎn)業(yè)升級，這也為SiC器件應(yīng)用帶來了全新機遇?！?/p>

我國正加緊布局 還有一定的差距

“相對于傳統(tǒng)的Si器件，在SiC器件方面新入局者仍有一定機會”。馬國偉博士認(rèn)為：“雖然說SiC器件已經(jīng)發(fā)展了幾十年，但是產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，對于大家來說機會都是均等的?！?/p>

目前，在以SiC和GaN為代表的第三代半導(dǎo)體材料研究和部署方面，美、日、歐仍處于世界領(lǐng)先地位。由于其未來戰(zhàn)略意義，我國對于第三代半導(dǎo)體材料器件研發(fā)正進行針對性規(guī)劃和布局。其中“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃中也將其作為重點突破方向。

與此同時，2016年“高壓大功率SiC材料、器件及其在電力電子變壓器中的應(yīng)用示范”國家重點研發(fā)專項啟動，旨在開展高壓大容量SiC 功率器件和模塊封裝關(guān)鍵技術(shù)等五方面的研究，其中6500V/400A SiC模塊以及相應(yīng)電力電子變壓器在國際尚無研發(fā)先例。項目的順利實施將使我國率先實現(xiàn)碳化硅材料在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，占領(lǐng)國際制高點，對于推進智能電網(wǎng)建設(shè)，保障我國能源安全和推進全球能源互聯(lián)網(wǎng)具有重大意義。另外，福建、廣東、江蘇、北京、青海等27個地區(qū)都出臺了第三代半導(dǎo)體相關(guān)政策。

近期，在國家863計劃支持下，中國電子科技集團公司第四十八研究所牽頭的課題組成功研制出適用于4-6英寸SiC材料及器件制造的高溫高能離子注入機、單晶生長爐、外延生長爐等關(guān)鍵裝備并實現(xiàn)初步應(yīng)用。

但從技術(shù)方面來看，我國與國外先進水平仍有一定的差距。在長晶工藝方面，我國4英寸SiC單晶產(chǎn)品仍未達到國際標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國第三代半導(dǎo)體電力電子器件仍主要依賴于進口。