碳化硅（SiC）是一種由硅（Si）和碳（C）構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體材料,。SiC 臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)是 Si 的 10 倍，帶隙是 Si 的 3 倍,，熱導(dǎo)率是 Si 的 3 倍,，具有更高頻、高效,、耐高壓,、耐高溫等特點(diǎn)。

　　與 Si 器件相比,，SiC 被認(rèn)為是一種超越 Si 極限的功率器件材料,，能夠以具有更高的雜質(zhì)濃度和更薄的厚度的漂移層作出高耐壓功率器件，大面積應(yīng)用于汽車,、工業(yè),、電源和云計(jì)算等市場(chǎng)。

　　回顧半導(dǎo)體材料的發(fā)展歷程,，可以分為三個(gè)階段：第一階段是以硅（Si）,、鍺（Ge）為代表的第一代半導(dǎo)體原料；第二階段是以砷化鎵（GaAs）,、磷化銦（InP）等化合物為代表,；第三階段以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等寬禁帶半導(dǎo)體原料為主,。

　　同被稱為第三代半導(dǎo)體材料的 GaN,，因其特性多被用于 650V 以下的中低壓功率器件及射頻和光電領(lǐng)域，而 SiC 則主要用在 650V 以上的高壓功率器件領(lǐng)域,。

　　利用 SiC 器件可以明顯獲得小型輕量,，高能效和驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)的系統(tǒng)性能。經(jīng)過(guò)研究和長(zhǎng)期的市場(chǎng)認(rèn)證,，利用 SiC 材料的特性優(yōu)勢(shì),，不僅可以縮小模塊的體積的 50%以上,，減少電子轉(zhuǎn)換損耗 80%以上。

　　因此,，作為第三代半導(dǎo)體的代表材料,，SiC 市場(chǎng)發(fā)展迅速。

　　據(jù) IHS 數(shù)據(jù),，SiC 市場(chǎng)總量在 2025 年有望達(dá)到 30 億美元,。隨著新能源車的發(fā)展，SiC 器件性能上的優(yōu)勢(shì)將推進(jìn)碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)張,，也將促使更多的功率半導(dǎo)體企業(yè)將目光聚焦在 SiC 器件上,。當(dāng)前我國(guó)也正在推進(jìn) 5G、數(shù)據(jù)中心,、新能源汽車,、充電樁等多個(gè)領(lǐng)域的“新基建”建設(shè)，為 SiC 提供了廣闊的市場(chǎng)前景,。

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　　在強(qiáng)勁增長(zhǎng)的背景下，縱觀全球半導(dǎo)體市場(chǎng),，安森美半導(dǎo)體作為半導(dǎo)體領(lǐng)域領(lǐng)先企業(yè),，尤其是在功率半導(dǎo)體這一細(xì)分領(lǐng)域，安森美半導(dǎo)體通過(guò)一系列收購(gòu),，成為了全球第二大功率（分立和模塊）半導(dǎo)體供應(yīng)商,。

　　安森美半導(dǎo)體電源方案部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理王利民表示，安森美半導(dǎo)體致力實(shí)現(xiàn)從晶體生長(zhǎng)到成品的完全垂直整合,，提供高質(zhì)量,、穩(wěn)定可靠、高性價(jià)比的 SiC 器件和方案,，推出了多代技術(shù)的產(chǎn)品,，專注服務(wù)于電動(dòng)汽車、工業(yè),、云計(jì)算等領(lǐng)域,，并以領(lǐng)先的 SiC 技術(shù)助力變革能源市場(chǎng)。

　　SiC 的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn),？

　　現(xiàn)階段,，越來(lái)越多的廠商紛紛加入研發(fā) SiC 功率器件的賽道，國(guó)外知名廠商如英飛凌,、ST,、Cree,、ROHM 等都已參與布局其中,，國(guó)內(nèi)也有不少?gòu)S商陸續(xù)推出 SiC 功率器件產(chǎn)品,，如泰科天潤(rùn)、基本半導(dǎo)體和楊杰科技等,。

　　整體來(lái)看,，SiC 產(chǎn)業(yè)鏈可分為三個(gè)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，一是上游襯底,，二是中游外延片,，三是下游器件制造?？v觀整個(gè) SiC 產(chǎn)業(yè),，美日歐呈現(xiàn)三足鼎立態(tài)勢(shì)，寡頭競(jìng)爭(zhēng)局面明顯,。絕大多數(shù)廠商均布局從襯底,、設(shè)計(jì) - 制造 - 封裝，到模塊和應(yīng)用的部分或者全部環(huán)節(jié),。

　　那么,，在 SiC 市場(chǎng)，各企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)主要集中在哪些方面,？

　　王利民向媒體說(shuō)道,，目前行業(yè)廠商提供的產(chǎn)品或服務(wù)大致相同，或者至少體現(xiàn)不出明顯差異,。因此,，各大廠家的競(jìng)爭(zhēng)主要還是圍繞在差異化競(jìng)爭(zhēng)。以安森美半導(dǎo)體為例,，其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在于全球領(lǐng)先的可靠性,，高性價(jià)比，以及能夠提供從單管到模塊的非常寬泛的產(chǎn)品等一系列的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),。此外,，所有產(chǎn)品都符合車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確保最高級(jí)別的質(zhì)量,。

　　“安森美半導(dǎo)體的 SiC 器件有全球領(lǐng)先的可靠性,，在 H3TRB 測(cè)試（高溫度 / 濕度 / 高偏置電壓）里，安森美半導(dǎo)體的 SiC 二極管可以通過(guò) 1000 小時(shí)的可靠性測(cè)試,。實(shí)際測(cè)試中,，會(huì)延長(zhǎng)到 2000 小時(shí)，大幅領(lǐng)先于市場(chǎng)的可靠性水平,；如何實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比,？一是通過(guò)設(shè)計(jì)、技術(shù)進(jìn)步來(lái)降低成本,；二是通過(guò)領(lǐng)先的 6 英寸晶圓的制造以及最好的良率來(lái)達(dá)到好的成本,；三是通過(guò)不斷地?cái)U(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,，用比較大生產(chǎn)規(guī)模降低成本。慢慢地,，小規(guī)模的廠家就會(huì)比較難競(jìng)爭(zhēng),。”王利民補(bǔ)充道,。

　　這與筆者的觀察不謀而合,，行業(yè)頭部企業(yè)為了規(guī)模經(jīng)濟(jì)的利益，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,，市場(chǎng)均勢(shì)被打破,，在“削價(jià)競(jìng)銷”或“贏者通吃”的規(guī)律下贏得自身競(jìng)爭(zhēng)力。即在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下,，企業(yè)從各自的利益出發(fā),，為取得較好的產(chǎn)銷條件、獲得更多的市場(chǎng)資源而競(jìng)爭(zhēng),。通過(guò)競(jìng)爭(zhēng),，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)勝劣汰，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要素的優(yōu)化配置,。

　　SiC 賦能新能源汽車市場(chǎng)

　　據(jù)悉,，新能源汽車是未來(lái)幾年 SiC 市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，約占到 SiC 總體市場(chǎng)的 60%,。

　　新能源汽車系統(tǒng)架構(gòu)中涉及到功率半導(dǎo)體應(yīng)用的組件包括三大部分：電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,、車載充電器（OBC）/ 非車載充電樁和電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載 DC/DC），SiC 功率器件憑借其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)在其中發(fā)揮著重要的作用,。

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域,，SiC 器件可提升控制器效率、功率密度以及開(kāi)關(guān)頻率,，通過(guò)降低開(kāi)關(guān)損耗和簡(jiǎn)化電路的熱處理系統(tǒng)來(lái)降低成本,、重量、大小及功率逆變器的復(fù)雜性,。

　　車載充電器和非車載充電樁中,，使用 SiC 功率器件可提高電池充電器的工作頻率，實(shí)現(xiàn)充電系統(tǒng)的高效化,、小型化,，并提升充電系統(tǒng)的可靠性。

　　電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)部分,，使用 SiC 功率器件可縮小電路的尺寸,，降低重量，縮減無(wú)源器件的成本，在滿足冷卻系統(tǒng)的需求的同時(shí)大大降低整個(gè)系統(tǒng)的重量和體積,。

　　憑借對(duì)于性能的顯著提升,，眾多汽車產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)紛紛加入了 SiC 的戰(zhàn)場(chǎng)。

　　博世汽車計(jì)劃在 2020 年生產(chǎn)用于電動(dòng)汽車的下一代節(jié)能芯片,，爭(zhēng)取在未來(lái)三年內(nèi)尋找到 SiC 產(chǎn)品的量產(chǎn)路徑，這是博世歷史上最大的一筆投資,；

　　作為第一家將 SiC 模塊批量應(yīng)用到電動(dòng)汽車上的整車廠,，特斯拉每年預(yù)計(jì)消耗 50 萬(wàn)片 6 寸 SiC 晶圓。特斯拉是第一家采用 SiC MOSFET 來(lái)做逆變器的車廠,。在使用 SiC 功率器件后,，其續(xù)航能力顯著提升，是寬禁帶半導(dǎo)體應(yīng)用于汽車的又一新的里程碑,；

　　比亞迪已自主研究碳化硅產(chǎn)業(yè),，并且擴(kuò)大碳化硅功率元件的規(guī)劃，要建立完整的產(chǎn)業(yè)鏈,，整合材料（高純碳化硅粉）,、單晶、外延片（Epitaxy）,、硅片,、模組封裝等，以降低碳化硅器件的制造成本,，加快碳化硅應(yīng)用在電動(dòng)車領(lǐng)域,。

　　…

　　SiC 器件在汽車領(lǐng)域前景將迎來(lái)可預(yù)見(jiàn)的爆發(fā)期。

　　王利民對(duì)此強(qiáng)調(diào),，汽車主驅(qū)部分,，特斯拉目前使用量較大。特斯拉在 SiC 器件的應(yīng)用方面對(duì)新能源汽車企業(yè)帶來(lái)了極大的示范效應(yīng),，以特斯拉為開(kāi)端,，將有愈來(lái)愈多的車企會(huì)采用 SiC 功率半導(dǎo)體，進(jìn)一步加快 SiC 功率器件的應(yīng)用,。近幾年,，很多行業(yè)廠商都逐漸開(kāi)始大批量使用 SiC 功率器件。在汽車電子中,，SiC 器件不僅僅使用在汽車主驅(qū)部分,，在 OBC/ 充電樁和 DC-DC 領(lǐng)域都有所涉及。

　　安森美半導(dǎo)體是汽車功能電子化領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè),，產(chǎn)品涵蓋車載充電系統(tǒng)（主要是功率器件和碳化硅器件）,、主驅(qū)動(dòng)、動(dòng)力集成,、風(fēng)機(jī),、泵及壓縮機(jī)電機(jī)控制,，電池管理以及 DC-DC 高壓負(fù)載等種類繁多的器件和解決方案。其 SiC MOSFET 使用了全新技術(shù),，能夠提供卓越的開(kāi)關(guān)性能,，比硅具有更高的可靠性。另外,，低導(dǎo)通電阻和緊湊的芯片尺寸,，可確保低電容和低門極電荷。因此,，系統(tǒng)將擁有最高效率,、更快的運(yùn)行頻率、提高了功率密度,、降低了 EMI,，減小了系統(tǒng)尺寸等優(yōu)點(diǎn)。

　　新能源汽車產(chǎn)業(yè)作為一個(gè)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng),、技術(shù)持續(xù)革新的新興支柱產(chǎn)業(yè)，將在汽車電動(dòng)化滲透率提升的過(guò)程中為多個(gè)細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域提供廣闊的應(yīng)用市場(chǎng),。SiC 功率器件在新能源汽車的應(yīng)用尚處于早期階段,，其市場(chǎng)規(guī)模還有較大增長(zhǎng)空間。

　　SiC 成本問(wèn)題何解,？

　　SiC 優(yōu)勢(shì)之余,，也為它帶來(lái)了相應(yīng)的挑戰(zhàn)。從材料成本上,，SiC 材料價(jià)格成本偏高,，導(dǎo)致產(chǎn)品大規(guī)模推廣受阻，這使得 SiC 器件目前市場(chǎng)滲透率較低,。

　　·規(guī)模效應(yīng)

　　王利民認(rèn)為,，SiC 功率器件的規(guī)模化應(yīng)用可以降低其成本,，但現(xiàn)階段據(jù)其規(guī)?；陌l(fā)展仍需時(shí)間。不過(guò),，雖說(shuō) SiC 的單器件成本的確高于傳統(tǒng)硅器件,，但從整體系統(tǒng)成本來(lái)說(shuō) SiC 更具“系統(tǒng)級(jí)”成本優(yōu)勢(shì)，這主要?dú)w功于 SiC 的高能效,、小體積以及低發(fā)熱下使用壽命的增長(zhǎng),。

　　SiC 已為許多汽車應(yīng)用提供了“系統(tǒng)級(jí)”成本效益，SiC 市場(chǎng)下一步關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn) IGBT 成本平價(jià)，一旦 SiC 可以在器件級(jí)實(shí)現(xiàn)與 IGBT 的成本平價(jià),，更高的效率結(jié)合更低的價(jià)格所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)必然可以牽引電動(dòng)汽車市場(chǎng)的應(yīng)用,。這也是安森美半導(dǎo)體的目標(biāo)之一。

　　·工藝改良

　　除規(guī)模效應(yīng)外,，如何從技術(shù)的角度降低 SiC 功率器件的成本,？

　　安森美半導(dǎo)體指出，SiC 晶圓生產(chǎn)工藝的改良是降低 SiC 功率器件成本的根本方法,。

　　在過(guò)去 SiC 晶圓還停留在 4 英寸基板時(shí),，晶圓短缺和價(jià)格高昂一直是 SiC 之前難啃的“硬骨頭”，目前市場(chǎng)正逐步從 4 英寸轉(zhuǎn)向 6 英寸,。據(jù) Yole 預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,，2020 年 4 英寸碳化硅晶圓接近 10 萬(wàn)片,，而 6 英寸晶圓市場(chǎng)需求已超過(guò) 8 萬(wàn)片,，預(yù)計(jì)將在 2030 年逐步超越 4 英寸晶圓。

　　因此,，降低 SiC 功率器件成本,，要加大對(duì) SiC 晶圓技術(shù)的研究投入，比如使 SiC 晶圓向 8 英寸方向發(fā)展,，但這并非易事,。

　　“與容易達(dá)到的 12 英寸硅材料不同，SiC 材料非常堅(jiān)硬,，并且在機(jī)械上難以處理超薄的大尺寸晶圓,。就在幾年前，安森美半導(dǎo)體就是全球第一家做 6 英寸 SiC 晶圓的,，現(xiàn)在有一些其他的同行也慢慢在跟上我們,。”王利民強(qiáng)調(diào),，“SiC 材料相當(dāng)堅(jiān)硬,，機(jī)械上很難處理纖細(xì)的大尺寸晶圓，所以 SiC 不像硅材料般容易做到超大尺寸,。8 英寸大小的 SiC 晶圓仍然是太過(guò)超前的技術(shù)概念,，目前幾乎所有廠商都無(wú)法處理超薄的超大晶圓，進(jìn)行批量生產(chǎn),?！?/p>

　　寫在最后

　　在既有廠商與新進(jìn)者相繼布局之下，SiC 成為半導(dǎo)體新材料的發(fā)展趨勢(shì)已定,，雖然受限成本與技術(shù)門檻較高,、產(chǎn)品良率不高等因素，使得 SiC 晶圓短期內(nèi)仍難普及。

　　但隨著 5G,、電動(dòng)汽車,、工業(yè)等需求持續(xù)驅(qū)動(dòng)，將成為加速 SiC 晶圓市場(chǎng)快速發(fā)展的重要推手,，且在產(chǎn)品可靠度與性能提高下,，終端廠商對(duì)新材料的信心，也可望隨之提升,。以 SiC 技術(shù)助力變革能源市場(chǎng),。