導讀：過去幾年，基于碳化硅（SiC）功率半導體器件的解決方案使用大幅增長，它將引發一場類似于蒸汽機一樣的產業革命，推動這一市場的發展動力來源與我們對于電力電子系統的高效率、小型化和輕量化。

面對日益嚴苛的能效要求，節能減碳已成為現今電子產品不可忽略的重要環節；傳統以硅為材料的功率半導體，正逐漸面臨發展瓶頸，而具有比硅更低導通電阻及更高切換速度的碳化硅（SiC）功率器件以其優異的高耐壓、低損耗、高導熱率等優異性能，有效實現電力電子系統的高效率、小型化和輕量化。

整個碳化硅（SiC）功率器件行業尚在起步階段。全球市場規模包括中國國內市場規模都很小，2014年全球碳化硅（SiC）功率器件的市場規模為1.2億美元，相較硅功率器件的150億美元市場，碳化硅功率器件市場還很小，還不到硅（Si）功率器件的10%。

根據市場分析公司預計，2016-2020年，碳化硅功率器件的市場規模將保持25%的年增長速度，到2020年時可望達到4.5億美元以上的規模，市場對這一器件的接受度正進入加速階段。

碳化硅（SiC）器件優勢巨大

碳化硅（SiC）材料本身的寬禁帶、高擊穿電場、高熱導率、電子遷移率以及抗輻射特性使得碳化硅基的SBD以及MOSFET在高頻、高溫、高壓、高功率以及耐輻射的應用場合相比硅基器件優勢巨大。

1. 碳化硅材料應用在高鐵領域，可節能20%以上，并減小電力系統體積；

2. 碳化硅材料應用在新能源汽車領域，可降低能耗20%；

3. 碳化硅材料應用在家電領域，可節能50%；

4. 碳化硅材料應用在風力發電領域，可提高效率20%；

5. 碳化硅材料應用在太陽能領域，可降低光電轉換損失25%以上；

6. 碳化硅材料應用在工業電機領域，可節能30%-50%；

7. 碳化硅材料應用在超高壓直流輸送電和智能電網領域，可使電力損失降低60%，同時供電效率提高40%以上；

8. 碳化硅材料應用在大數據領域，可幫助數據中心能耗大幅降低（全球300萬臺數據中心每小時耗電量約為3000萬千瓦）；

9. 碳化硅材料應用在通信領域，可顯著提高信號的傳輸效率和傳輸安全及穩定性；

10. 碳化硅材料可使航空航天領域，可使設備的損耗減小30%-50%，工作頻率高3倍，電感電容體積縮小3倍，散熱器重量大幅降低。

其實優勢不單是體現在單個器件上，而是碳化硅基的功率器件作為電力電子的功率轉換中的核心部件，工作頻率、效率及耐溫的提升使得功率轉換（即整流或者逆變）模塊中對電容電感等被動元件以及散熱片的要求大大降低，核心元件帶動整個模塊系統的優化才是最重要的。

面對日益嚴苛的能效要求，發達國家都非常重視碳化硅功率器件，很早就進行了布局，加大研發力度。2014年伊始，當時的美國總統奧巴馬親自主導成立了以碳化硅為代表的第三代寬禁帶半導體產業聯盟。這一舉措的背后，是美國對以碳化硅半導體為代表的第三代寬禁帶半導體產業的強力支持。據了解，這個產業已經獲得美國聯邦和地方政府總計1.4億美元的合力支持。而早在2013年日本政府就將碳化硅納入“首相戰略”，認為未來50%的節能要通過它來實現，創造清潔能源的新時代。

國內對碳化硅（SiC）功率器件的研究始于20世紀末，直到2014年，國內的碳化硅（SiC）二極管實現了量產化，但還沒有形成完整的產業，與國外的產業規模相比有很大差距。

國內碳化硅（SiC）功率器件方面，西安電子科技大學、中電科技集團13所和55所、清華大學、中國科學院、中車株洲時代電氣股份有限公司和國網智能電網研究院等都有一些此類器件的課題研究，但主要是理論研究以及器件結構的計算機仿真及實驗室的一些研究成果。目前，國內實現碳化硅（SiC）功率器件量產的只有泰科天潤半導體科技（北京）有限公司，其量產的肖特基二極管600～1700V系列各項指標均已達到國際先進水平。

2014年1月15日，國內首款商業化碳化硅（SiC）肖特基二極管在泰科天潤通過了中國電力電子協會主持的產品鑒定。

目前成熟量產的碳化硅（SiC）功率器件更多是SBD，商用的碳化硅基MOSFET國際幾大廠如Cree、Infineon、RoHM等廠家也有量產器件，國內應該尚未走通整個SiC MOSFET的量產工藝。

國際廠商已經在宣傳全碳化硅（SiC）功率模塊，用于PFC/UPS/PV/EV等應用場景，國內廠家由于僅有少數能量產碳化硅器件，而且還僅僅是SBD，開關器件國內尚無人能量產，所以國內的全碳化硅（SiC）功率模塊目前大部分是采用國外的功率器件，或者至少是MOSFET采用的是國外產品。

從2010年1月1日- 2015年10月底，美國碳化硅功率器件相關技術（含襯底晶體、外延、器件、模塊和系統等）的專利申請情況看，碳化硅功率器件經歷了較大的發展，從產業上呈現了與前期不同的面貌。主要反映在2個方面：

1. 二極管技術不斷趨于成熟，除了軍用之外，在一些典型領域（服務器和光伏微逆變器等）開始了大規模應用，三極管也開始進入市場，并且與一些重要的下游應用產業領域（電動汽車，軌道交通）結合，一定程度上確立了產業界的普遍認同，一些公司有了自己具體的產業發展方向和時間表。

2. 各個產業鏈條環節都出現競爭，導致質量不斷提高，成本迅速持續下降，呈現典型的產業良性發展特征。

目前阻礙碳化硅（SiC）功率器件大規模進入市場的主要原因是制造成本和產品良率。雖說碳化硅基器件仍不便宜，但是被動元件的節省以及散熱壓力的減小是的碳化硅基的功率模塊已然能做到接近0.25USD/瓦的價格，而且是在當前終端市場很不成熟的條件下做到的，碳化硅外延片的尺寸的突破以及位錯密度的持續降低，將會促進成本的進一步降低。

另外碳化硅功率器件的制約因素，其工藝本身的一些技術特性也有待攻關，因為硅功率材料較傳統硅材料硬度要大，晶圓尺寸進一步擴大時工藝技術目前還很難控制，因此目前硅功率產品的晶圓尺寸只能做到6英寸，相對于目前大部分硅功率器件都已經向12英寸晶圓遷移的進度，硅功率功率器件有些落后了，而這也將限制其成本控制的步伐。

總結：作為一種全新材料，碳化硅功率器件存在顯著的技術/成本瓶頸。同時，在其產業發展規劃中，缺乏行業標準和公認的技術發展路線。不同的產品/技術路線，對材料和工藝的要求、驅動、可靠性都不相同，誰能最后脫穎而出，占據主流地位，對業者的生存發展是非常現實的問題。