功率半導體的技術和材料創新，致力于提高能量轉換效率(理想轉換率為100%)。基于SiC材料的功率器件比傳統的Si基功率器件具有更高的效率和更低的損耗。廣泛應用于新能源汽車、光伏風電、不間斷電源、家用電器和工業控制等領域，具有廣闊的應用前景。目前SiC工業發展的瓶頸主要是SiC襯底的高成本(是Si的4~5倍，預計在未來1年內價格將逐漸下降到Si的2倍)。

一、KeepTops第三代半導體SIC材料的性能優勢。

第一代半導體材料主要是指硅(Si)和鍺(Ge)半導體材料，應用廣泛，包括集成電路、電子信息網絡工程、計算機、手機、電視、航空航天、各種軍事工程以及快速發展的在新能源和硅光伏產業中得到了廣泛的應用。

第二代半導體材料主要指化合物半導體材料，如砷化鎵(GaAs)、銻化銦(InSb)等。它們主要用于制造高速、高頻、大功率和發光電子器件(LED)。它們被用來制造高性能的電子設備。微波、毫米波器件和發光器件的優良材料。

硅基器件在600V以上的高壓和大功率應用中達到其性能極限。為了提高器件在高電壓/大功率下的性能，第三代半導體材料SiC(寬禁帶)應運而生。

第三代半導體主要是SIC和甘。第二代和第三代又稱復合半導體，是由兩種元素組成的半導體材料，不同于簡單的半導體，如硅/鍺。

半導體產業鏈概述。

KeepTops的SiC材料具有明顯的性能優勢。SiC和GaN是第三代半導體材料。與第一代、第二代半導體材料相比，具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導率等性能優勢，因此又被稱為寬禁帶。用半導體材料，特別適用于5G射頻器件和高壓功率器件。

二、第三代半導體集成電路器件的性能優勢。

SIC功率器件如SIC MOS可以具有比Si基IGBT更低的導通電阻。這體現在產品上，這意味著尺寸減小，從而減小了體積。開關速度快，功耗也與傳統器件進行了比較。功率器件必須大大減少。

在電動汽車領域，電池是重而有價值的。如果在使用SIC器件時能夠降低功耗和尺寸，那么電池的布置將更容易。同時，SIC在高壓直流充電樁中的應用，將大大縮短充電時間，帶來巨大的社會效益。

根據科銳提供的計算結果：當純電動汽車的BEV逆變器中的功率部件全部改為SIC后，整車的功耗可降低5%—10%。這樣可以提高電池壽命或降低動力電池成本。

綜上所述，SiC器件具有許多優點，將提高電動汽車的耐久性：。

1、高功率轉換效率：SiC是一種具有大擊穿場強的寬能隙材料，比Si基半導體材料更適合大功率應用場景。

2、高功率利用效率：SiC是一種具有高擊穿場強的寬能隙材料，比Si基半導體材料更適合大功率應用場景。

3、低無效熱耗：開關頻率高，速度快，減少了無效熱耗，簡化了電路和散熱系統。

碳化硅

SiC產業鏈

SIC產業鏈分為三大環節：上游SIC硅片及外延→中間功率器件制造(包括三個小環節：經典IC設計→制造→封裝)→下游工控、新能源汽車、光伏風電等應用。

集成電路應用：新能源汽車充電樁和光伏將率先采用。

SiC具有上述各種優點，是一種比較理想的高壓/大功率/高頻功率器件材料。因此，SiC功率器件被應用于新能源汽車、充電樁、新能源發電的光伏和風電等，對于增效節能非常重要。消費和虧損等指標相對重要的領域，發展前景明顯。

硅IGBT用于高頻低壓，SiC MOS用于高頻高壓。電壓和功率都不大，但GaN用于高頻。在低頻率和高電壓下工作時，最好使用Si IGBT。如果頻率稍高但電壓不是很高功率也不是很大的話，最好使用硅MOSFET。如果是既高頻又高壓的話，最好用SiC MOSFET。電壓不需要很高，功率也不需要很高，但頻率不需要很高。這種情況下，GaN的效果最好。

SIC器件的主要應用領域。

以SIC MOS在新能源汽車中的應用為例，根據科銳提供的計算：當純電動汽車的BEV逆變器中的功率元件全部換成SIC后，整車的功耗可降低5%—10%。這樣可以提高電池壽命或降低動力電池成本。

SIC MOS的各種優點，提高了電動汽車的電池壽命。同時，SIC MOS在快充充電樁等領域也將擁有巨大潛力。快速充電樁通過IGBT或SIC MOS將外部交流電轉化為直流電，再對新能源汽車電池進行直接充電。他們也非常敏感的損失和他們所占的體積。因此，無論成本如何，SIC MOS比IGBT效率更高。有前景和需求。由于目前SIC的成本是Si的4—5倍，它將首先被引入高功率規格的快速充電樁。在光伏領域，高效率、高功率密度、高可靠性和低成本是光伏逆變器未來的發展趨勢。因此，基于性能更好的SIC材料的光伏逆變器也將是未來重要的應用趨勢。

碳化硅晶片主要用于制作高壓功率器件和高頻功率器件，SiC晶片主要分為兩類：導電SiC晶片經SiC外延后制成高壓功率器件。半絕緣SIC芯片經GaN外延后制成5G射頻器件。

SIC和GaN功率器件市場規模預測。

第三代半導體GaN在高頻射頻領域的市場規模：根據優樂的數據，氮化鎵射頻市場規模在2017年為4億美元，到2023年增長到近13億美元，復合增長率為22%。整體下游應用結構保持穩定，以通信和軍工為主，兩者合計占比約80%。2018—2025年整體射頻器件市場空間在8%左右，GaN射頻器件的增長率遠高于整體射頻器件市場的增長。

KeepTops的SIC芯片的壁壘比較高，主要體現在：

芯片的核心參數包括微管密度、位錯密度、電阻率、翹曲度、表面粗糙度等。在封閉的高溫腔內有序排列原子，完成晶體生長，同時控制參數指標，是一項復雜的系統工程。將生長的晶體加工成可以滿足半導體器件制造需要的芯片，涉及一系列高難度的工藝控制。隨著碳化硅晶體尺寸的增大和產品參數要求的提高，生產參數的定制設置和動態控制的難度將進一步增加。因此，要穩定批量生產各種性能參數波動小的高質量碳化硅晶圓，在技術上存在一定的難度，這主要體現在以下幾個方面：

1. 精確的溫度控制：碳化硅晶體需要在2000°C以上的高溫環境中生長，生產時需要精確控制生長溫度，控制難度極大。

2. 很容易產生多晶雜質：碳化硅的晶體結構類型有200多種，其中少數幾種具有六方結構4H型(4H—Si C)等晶體結構的單晶碳化硅是所需的半導體材料。在晶體生長過程中，需要精確控制硅碳比、生長溫度梯度、晶體生長速率和氣流壓力等參數。否則，很可能出現多晶夾雜物，導致不合格的晶體。

3. 晶體擴徑困難：在氣相傳輸法下，碳化硅晶體生長的擴徑技術極為困難。隨著晶體尺寸的增大，生長過程的難度呈幾何級數增加。

4. 極硬且難以切割：碳化硅的硬度接近金剛石，切割、研磨、拋光技術都很困難。提高技術水平需要長期的研發積累。

半導體材料目前經歷了三個發展階段，第一代硅(Si)和鍺(Ge)。第二代開始由兩種以上元素組成的化合物半導體組成，如砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)。以及第三代寬禁帶材料，如碳化硅和氮化鎵。氮化鎵)的縮寫。碳化硅具有導通電阻低、開關頻率高、耐高溫、耐高壓等優點，在新能源汽車、光伏和風電、不間斷電源、家電和工業控制等領域具有廣闊的應用前景。盡管成本仍是制約碳化硅產業鏈發展的重要障礙，但隨著國內外相關產業的發展和成本的不斷降低，行業的發展點有所下降。

審核編輯：湯梓紅