功(gong)率(lv)器(qi)件使(shi)用(yong)的半(ban)导体(ti)材料分(fen)为三代：

第一(yi)代半(ban)导(dao)体材(cai)料(liao)为(wei)硅（Si）、锗(zhe)（Ge）等单(dan)质(zhi)材料。由(you)于(yu)工(gong)艺成熟及(ji)生产(chan)成(cheng)本(ben)低，硅(gui)占(zhan)据95%以(yi)上(shang)的半(ban)导体器(qi)件(jian)，是当今半(ban)导(dao)体(ti)材料的(de)主(zhu)体；

第二代半(ban)导体材料为砷化镓(jia)(GaAs)等化(hua)合(he)物(wu)材(cai)料(liao)。砷(shen)化镓半(ban)导(dao)体的电子(zi)迁移率高、禁带宽度比硅大(da)，具备高耐压、高(gao)频(pin)率(lv)等优(you)势(shi)，但也(ye)有(you)机(ji)械(xie)强度弱、高(gao)温(wen)下(xia)易分(fen)解、生(sheng)长(zhang)速(su)度(du)慢(man)、价格(ge)昂(ang)贵等(deng)劣(lie)势，目(mu)前主要(yao)应用(yong)于LED等光电(dian)子(zi)领(ling)域；

第(di)三(san)代(dai)半导(dao)体(ti)材料(liao)为(wei)碳化硅(gui)(SiC)、氮(dan)化镓(jia)(GaN)等(deng)宽(kuan)禁(jin)带(dai)材料。

提(ti)高(gao)能(neng)源利用(yong)效率（减少(shao)能(neng)量(liang)消耗和损耗(hao)）是(shi)功(gong)率半导体技(ji)术(shu)进(jin)步的主要(yao)方向。理想(xiang)目(mu)标(biao)是，功率半(ban)导体(ti)在(zai)导通状态(tai)下没有任(ren)何功(gong)率(lv)消(xiao)耗，在关(guan)断(duan)状态下(xia)也(ye)没(mei)有(you)漏(lou)电(dian)流。现(xian)今(jin)，根(gen)据IEA的报告(gao)，世界(jie)电能损(sun)耗占(zhan)总(zong)电能(neng)量(liang)的(de)20%，无(wu)论从经济效益(yi)还是(shi)环境保护(hu)的角(jiao)度来看，都(dou)是极大(da)的浪(lang)费。然而(er)，以传(chuan)统硅(gui)材(cai)料制(zhi)作(zuo)的功(gong)率半导体(ti)器(qi)件(jian)，电能(neng)变换(huan)效率已(yi)达(da)理论(lun)极限。

以碳化硅、氮化(hua)镓(jia)为(wei)代(dai)表(biao)的第三代(dai)半(ban)导体(ti)材料应用而(er)生(sheng)，已(yi)成(cheng)为功(gong)率半导体下一(yi)代技(ji)术(shu)演(yan)进方向(xiang)。根(gen)据(ju)中(zhong)国第三代(dai)半(ban)导(dao)体(ti)产业技(ji)术(shu)创(chuang)新(xin)战略(lve)联盟，第三(san)代(dai)半(ban)导(dao)体材料(liao)的性能(neng)优(you)势包括(kuo)：高(gao)电(dian)子漂移速度，可减少(shao)电能转换(huan)功耗，提(ti)高(gao)能(neng)源(yuan)利(li)用(yong)效(xiao)率(lv)；禁(jin)带(dai)宽度(du)高，临界(jie)击(ji)穿电压(ya)大(da)，减少(shao)高压运(yun)行条件系(xi)统所需器(qi)件(jian)数(shu)量(liang)，促进(jin)系(xi)统小型化(hua)、轻(qing)量化；高(gao)热导率，减(jian)少(shao)所需(xu)冷(leng)却系(xi)统。

与氮化(hua)镓(jia)相比(bi)，碳(tan)化硅更(geng)适(shi)合(he)在1,000V以(yi)上的电力(li)系(xi)统(tong)中应(ying)用，包括(kuo)电(dian)动汽(qi)车(che)、充(chong)电桩、新(xin)能(neng)源发(fa)电(dian)装(zhuang)置(zhi)、高铁动(dong)力牵(qian)引(yin)等(deng)中(zhong)高压场(chang)景(jing)。氮(dan)化(hua)镓器(qi)件(jian)使用硅(gui)材(cai)料(liao)衬(chen)底(di)的技术(shu)成熟(shu)后(hou)，相(xiang)对使(shi)用(yong)同(tong)质衬(chen)底(di)的碳化硅器(qi)件(jian)，更(geng)具(ju)成(cheng)本优势。未(wei)来在中低压场(chang)景(jing)，碳化(hua)硅(gui)与(yu)氮化镓材料制(zhi)作的器件会有(you)所竞争(zheng)。

目(mu)前(qian)，碳化(hua)硅器(qi)件主(zhu)要用于(yu)电源(yuan)供(gong)应和光(guang)伏(fu)逆(ni)变(bian)器(qi)，以及(ji)有(you)限(xian)的(de)电动(dong)汽(qi)车行业(ye)应(ying)用。主要(yao)潜在(zai)应(ying)用市(shi)场尚未(wei)打(da)开。

2017-2019年间，全(quan)球碳(tan)化硅功(gong)率器(qi)件市场平均复(fu)合增长率(lv)39.7%，2019年(nian)市场(chang)规模为5.07亿美元(yuan)，市(shi)场(chang)渗(shen)透率仍仅(jin)1.27%，尖角(jiao)初露(lu)。

各(ge)方(fang)渠(qu)道的(de)公开信(xin)息(xi)都对(dui)碳化硅器(qi)件(jian)市场(chang)增(zeng)长较为乐观(guan)。据估(gu)计(ji)，2025年(nian)，全(quan)球(qiu)碳化(hua)硅器件市(shi)场将超过(guo)30亿美元，未来(lai)5年平(ping)均(jun)复(fu)合(he)增(zeng)长(zhang)率高(gao)达(da)34.5%，此后继续保持(chi)增(zeng)长。

从增长(zhang)来(lai)源(yuan)/下游需求端(duan)来(lai)看，可(ke)预见(jian)的(de)未(wei)来内，新(xin)能源(yuan)汽(qi)车（包(bao)括(kuo)配套(tao)充(chong)电(dian)桩(zhuang)）将是(shi)碳(tan)化硅(gui)器件最大(da)的应(ying)用(yong)场景(jing)，占总(zong)需(xu)求至少(shao)50%，增长速度远超(chao)其他(ta)市场.

细(xi)分来看(kan)，目(mu)前，碳(tan)化硅(gui)器件(jian)在电(dian)动(dong)汽(qi)车(che)上(shang)主要用于OBC车(che)载(zai)充(chong)电器(qi)和DC-DC转换(huan)器(qi)，有助(zhu)于(yu)提高汽车充电(dian)速度。2018年底，全(quan)球(qiu)已(yi)有(you)超过20家(jia)汽车(che)厂商(shang)在(zai)OBC中(zhong)使用(yong)碳(tan)化(hua)硅器件(jian)。然而，其市场(chang)价(jia)值(zhi)空(kong)间(jian)较(jiao)为(wei)有(you)限。

在电动汽(qi)车(che)的驱动电(dian)机(ji)/逆(ni)变(bian)器(qi)（即(ji)其动(dong)力系统）上应用碳化(hua)硅器件，可(ke)显著提升行(xing)驶里(li)程(cheng)，潜(qian)在应(ying)用(yong)规(gui)模远(yuan)大(da)于其他应用(yong)。将(jiang)碳化(hua)硅(gui)器件(jian)用于驱动电(dian)机(ji)，既可(ke)降(jiang)低(di)电能(neng)损(sun)耗、提高电(dian)力可控(kong)性(xing)，也(ye)可使(shi)设(she)备(bei)体积(ji)更(geng)小（减少(shao)约(yue)50%）、重量更(geng)轻(qing)，从而使汽(qi)车行驶(shi)里程(cheng)增(zeng)加5~10%，或(huo)相(xiang)应(ying)降(jiang)低(di)5%~10%的电池(chi)成本(ben)（约合(he)每辆(liang)车200-600美(mei)元(yuan)）。再者(zhe)，使用(yong)碳化(hua)硅(gui)器件(jian)还可缩减制(zhi)冷系(xi)统(tong)成本、延(yan)长(zhang)动力电池使(shi)用(yong)寿(shou)命，可(ke)谓有利无(wu)害(hai)。粗(cu)略(lve)估(gu)计，每(mei)辆(liang)电(dian)动(dong)车(che)驱动电机上(shang)使用(yong)的(de)碳(tan)化硅器件潜在价(jia)值金额或超现(xian)有应用(yong)价值(zhi)的10倍(bei)以上(shang)。

驱动(dong)电(dian)机的(de)碳化(hua)硅器(qi)件(jian)应(ying)用(yong)趋势已(yi)明(ming)确(que)。目(mu)前(qian)，多(duo)数车企都(dou)打算在(zai)未来(lai)几(ji)年(nian)在主逆变(bian)器(qi)中(zhong)使(shi)用碳(tan)化(hua)硅(gui)器件。出于(yu)成(cheng)本因素(su)，碳化(hua)硅器(qi)件首先配置于(yu)高端(duan)电(dian)动(dong)车，特(te)斯(si)拉(la)是碳(tan)化(hua)硅器(qi)件应(ying)用(yong)先(xian)驱(qu)，其(qi)Model3驱动(dong)电机搭载了(le)24个(ge)650V/100A碳化硅MOSFET模块。比亚迪(di)在(zai)2020年新(xin)推出(chu)的(de)汉（高(gao)性(xing)能(neng)版(ban)）使用(yong)碳(tan)化硅(gui)MOSFET电(dian)机控(kong)制模块(kuai)。国外(wai)零部件供应商(shang)博(bo)世(shi)、采(cai)埃(ai)孚、德尔福亦皆(jie)推(tui)出了碳化(hua)硅电(dian)驱动(dong)系统研发(fa)计(ji)划。此外，电(dian)力系(xi)统电压(ya)的(de)提升(sheng)意(yi)味着充电(dian)速(su)度加快(kuai)，以保时(shi)捷(jie)Taycan为(wei)始(shi)，随着(zhe)高(gao)端电(dian)动汽车(che)电池(chi)包(bao)电(dian)压(ya)平(ping)台(tai)从400v升级(ji)到800v，碳(tan)化硅模(mo)块(kuai)的(de)需求(qiu)将(jiang)从(cong)650v转移至(zhi)1200v。

此外，碳化硅(gui)器(qi)件(jian)在(zai)充电(dian)桩市(shi)场(chang)的(de)应用(yong)亦(yi)将快(kuai)速增(zeng)长。新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)车的(de)普(pu)及(ji)将带(dai)动充电(dian)桩(zhuang)建设(she)需(xu)求(qiu)，目前(qian)国内(nei)外缺口(kou)很(hen)大。由(you)于其性(xing)能(neng)优(you)势(shi)，碳(tan)化(hua)硅器件(jian)在(zai)大(da)功率直流（快充(chong)）充电(dian)桩(zhuang)的(de)应(ying)用较(jiao)多。

新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)车之(zhi)外，针(zhen)对(dui)轨(gui)道(dao)交通、特高压电网(wang)等(deng)特定(ding)需(xu)求(qiu)的(de)高耐压器件(jian)目(mu)前还(hai)在(zai)开发(fa)阶(jie)段，预(yu)计(ji)在(zai)2025年(nian)以(yi)后存(cun)在(zai)商用可能(neng)。

不(bu)过(guo)，由(you)于(yu)碳(tan)化硅(gui)的(de)工艺比(bi)硅(gui)更复(fu)杂，附(fu)加(jia)值(zhi)更高，下游客(ke)户(hu)主要将(jiang)其用于高(gao)效(xiao)益比(bi)的(de)应用中(zhong)，预计(ji)不(bu)会(hui)取代(dai)硅(gui)在低(di)端(duan)领(ling)域(yu)的(de)应用。

如(ru)上所(suo)述，碳化(hua)硅器(qi)件性能优势突出(chu)、应用(yong)场景(jing)明(ming)确(que)、又(you)有(you)产业链(lian)上(shang)下(xia)游龙(long)头(tou)企业积(ji)极投入(ru)，可(ke)目(mu)前市(shi)场(chang)渗(shen)透(tou)率(lv)仍低。究其原(yuan)因，即为(wei)受(shou)制(zhi)于高(gao)制造成(cheng)本(ben)、低技(ji)术成(cheng)熟度(du)两(liang)大(da)屏(ping)障(zhang)。破此二障，是技(ji)术发(fa)展(zhan)方向的核(he)心(xin)。碳化(hua)硅(gui)器件(jian)制造的四个(ge)环(huan)节（衬(chen)底制作(zuo)，外延(yan)制作、芯(xin)片(pian)制程(cheng)、封装(zhuang)测(ce)试）各有发力(li)。

1）碳(tan)化硅器件(jian)制造(zao)成(cheng)本高昂。目前(qian)碳化(hua)硅二(er)极(ji)管(guan)、MOSFET的(de)成(cheng)本(ben)大(da)概是(shi)同类(lei)硅(gui)产品(pin)的2-3倍(bei)、5-10倍，而(er)下(xia)游客户(hu)认为大规模(mo)应(ying)用碳(tan)化硅(gui)器(qi)件的(de)普遍价(jia)格区间(jian)应(ying)是同类(lei)硅(gui)器件1.5倍(bei)左(zuo)右(you)。成本(ben)高(gao)企(qi)的(de)主(zhu)要(yao)因素是原(yuan)材(cai)料价(jia)格(ge)高，尤(you)其(qi)是(shi)占(zhan)标准碳化硅(gui)器件(jian)成(cheng)本(ben)50%的(de)衬(chen)底晶圆(yuan)。

碳化硅(gui)原(yuan)材(cai)料(liao)的(de)特性(xing)决(jue)定了(le)高于硅(gui)晶圆(yuan)的(de)制备难度(du)和成本(ben)。制备(bei)温度(du)方面(mian)，碳化(hua)硅(gui)衬(chen)底需(xu)要在2500度(du)高(gao)温(wen)设备下(xia)进行生(sheng)产(chan)，而(er)硅(gui)晶(jing)只需1500度(du)；生(sheng)产周(zhou)期(qi)方(fang)面，碳(tan)化(hua)硅晶圆约需(xu)要7至10天，而硅(gui)晶棒(bang)只需要2天半；商业(ye)化晶圆(yuan)尺寸(cun)方(fang)面，目(mu)前碳(tan)化(hua)硅(gui)晶(jing)圆(yuan)主要是(shi)4英寸与6英寸，而用(yong)于(yu)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)硅(gui)晶圆(yuan)以(yi)8英(ying)寸(cun)为(wei)主，这意(yi)味着(zhe)碳化(hua)硅单(dan)晶(jing)片(pian)所产芯(xin)片(pian)数量较(jiao)少(shao)、碳化硅芯(xin)片(pian)制造成本较高(gao)。

技(ji)术(shu)演进(jin)方向：衬底方面(mian)，国(guo)外龙(long)头(tou)企业预(yu)计将在2022年(nian)左(zuo)右(you)开始批量生(sheng)产(chan)8寸晶片；外(wai)延及(ji)器件(jian)方面，将(jiang)继(ji)续提(ti)高(gao)产(chan)能(neng)及(ji)制造(zao)良(liang)品率。

2）碳(tan)化(hua)硅产业(ye)发展时间不(bu)长(zhang)，有(you)待更(geng)多(duo)应用(yong)验证(zheng)。碳化硅(gui)不像硅(gui)产业(ye)，已(yi)在几十年(nian)的研究(jiu)中(zhong)积(ji)累了(le)一(yi)套很完整的(de)数(shu)据。碳化(hua)硅(gui)的(de)很多(duo)性能(neng)结论(lun)都(dou)是(shi)由硅(gui)的(de)性质推导而(er)来，不少(shao)特(te)性(xing)数(shu)据(ju)有(you)待(dai)进(jin)一(yi)步实(shi)证(zheng)。

此外，碳化(hua)硅功率器件(jian)的产品组合尚未完(wan)善(shan)。从(cong)整(zheng)个功率半导(dao)体市场来看(kan)，功(gong)率(lv)器件(jian)种(zhong)类(lei)多样(yang)，主要(yao)包(bao)括(kuo)二极(ji)管、MOSFET、IGBT等(deng)，分(fen)别适用于(yu)不同(tong)的领(ling)域(yu)。但是目前(qian)，碳化硅(gui)器(qi)件(jian)市(shi)场还(hai)以二(er)极管为主(zhu)，MOSFET尚(shang)未(wei)大规(gui)模(mo)推(tui)广(guang)，IGBT仍在研(yan)发(fa)。碳化(hua)硅(gui)二极管主(zhu)要用于替(ti)代(dai)硅二极(ji)管(guan)，结构(gou)复杂(za)度较低(di)，现已大(da)规(gui)模(mo)商用化，2019年碳化硅二(er)极(ji)管(guan)的(de)碳(tan)化硅器(qi)件市(shi)场(chang)占(zhan)比达(da)到(dao)85%，可(ke)谓(wei)是目前最主(zhu)要(yao)的(de)碳(tan)化硅器件(jian)。碳(tan)化硅(gui)MOSFET可(ke)替代(dai)硅基IGBT，大规(gui)模(mo)应用(yong)仍受(shou)限(xian)于产品性(xing)能(neng)稳定性(xing)及器件成熟(shu)性。碳(tan)化硅IGBT尚(shang)在(zai)研(yan)发，预(yu)计(ji)将(jiang)在5-10年后才能看(kan)到(dao)相(xiang)关器件原型(xing)。

技(ji)术演进方(fang)向(xiang)：器(qi)件方(fang)面(mian)，正(zheng)在发(fa)展(zhan)3.3kv以上的高(gao)耐(nai)压器(qi)件、并(bing)引(yin)入沟槽式设(she)计以提(ti)高(gao)器(qi)件(jian)性(xing)能和可(ke)靠(kao)性；封(feng)装方(fang)面，将(jiang)优(you)化封(feng)装工(gong)艺以(yi)发(fa)挥碳化硅耐(nai)高(gao)温(wen)优势。

加(jia)强顶(ding)层(ceng)设计(ji)，制(zhi)定规划(hua)、集中力量(liang)、发展技术、夯实(shi)基(ji)础(chu)

· 制(zhi)定(ding)战略(lve)规划(hua)、规划技术(shu)发展路(lu)线(xian)、探索(suo)可汇(hui)聚各(ge)方(fang)资(zi)源(yuan)的(de)路径(jing)方(fang)法

· 调(diao)动政(zheng)府和资本(ben)，促(cu)进(jin)产(chan)业(ye)集(ji)群(qun)，集中并(bing)优化创新资源(yuan)，集中力(li)量(liang)以(yi)攻(gong)破设(she)备、材(cai)料(liao)和(he)器(qi)件上(shang)的技(ji)术(shu)短板(ban)

· 加(jia)强基(ji)础(chu)研究、鼓励原(yuan)始(shi)创新，为(wei)产(chan)业(ye)提(ti)供人(ren)才、技术(shu)、与(yu)创(chuang)意供(gong)给

完善(shan)产(chan)业链公(gong)共研发、服(fu)务(wu)、及生(sheng)产应(ying)用(yong)等(deng)基础(chu)平(ping)台

· 建(jian)设开(kai)放(fang)的国家创(chuang)新(xin)技术(shu)中心(xin)、国际化的公共研发(fa)和(he)服务(wu)平(ping)台，攻(gong)坚(jian)核心(xin)技术、丰富创(chuang)新(xin)资(zi)源

· 建(jian)设测试(shi)验证(zheng)和应(ying)用(yong)示(shi)范(fan)平台，完(wan)善(shan)产(chan)品测(ce)试(shi)流程、协助企(qi)业创新应用、加强(qiang)以应(ying)用为(wei)核心(xin)的(de)体系(xi)化(hua)能(neng)力(li)

完善(shan)产业生态环境(jing)，抓(zhua)住(zhu)人(ren)才(cai)、技术、应用、国(guo)际合作(zuo)等(deng)关键点

· 完(wan)善人才体(ti)系，培(pei)养(yang)创业(ye)创新、工程(cheng)技(ji)术等方面的领军人才(cai)

· 建设开(kai)放(fang)、有(you)序的技术标(biao)准(zhun)体(ti)系(xi)，加强专(zhuan)利运营，积极(ji)参与国(guo)际技术标准制(zhi)定(ding)

· 推(tui)动国(guo)际(ji)合作，增(zeng)加与(yu)国外(wai)产(chan)学(xue)研界的(de)科研交流(liu)，并推(tui)动(dong)设立(li)海(hai)外(wai)技(ji)术(shu)研发(fa)和创新(xin)中(zhong)心(xin)