碳化硅行业分析：搭乘新能源发展东风

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由于SiC 的击穿电场强度是第一代硅片的10+倍，因此，使用SiC 器件可以显著地提高产品最大工作压强、工作频率和电流密度，同时大大减少导通能量损耗。

SiC 的禁带宽度是硅片的3+倍，保证了SiC 器件在高温条件下的工作稳定性，减少因高温造成的器件故障现象。理论上一般硅片的极限工作温度为300°C，而SiC 器件的极限工作温度可达600°C以上。同时，由于SiC 的热导率比硅更高，在相同的输出功率下SiC 能保持更低的器件温度，因此对散热设计要求更低，有助于实现设备的小型化。

SiC 的饱和电子漂移速率是硅片的2+倍，因此SiC 器件能实现更高的工作频率和功率密度。

开关/恢复损耗低：由于SiC 的宽带隙特性，使得SiC 器件的导通电阻约为硅件的1/200，导通损耗更低。

在Si FRDs 和Si MOSFETs 中，当从正向偏置切换到反向偏置时，会产生大量的瞬态电流，造成大量的能量损耗（switching loss）。而SiC SBDs 和SiC MOSFETs 是多子载流器件，切换反向偏置时只会流过少量电流，且不受温度和正向电流大小的影响，在任何工作环境都可实现快速稳定的反向恢复，大大减少能量损耗。

高压稳定性& 热稳定性：一般来说Si MOSFETs 的正常工作电压可以达到900v。而由SiC 制成的器件，最大工作电压能轻松超过1700v，且能保持极低的漂移层电阻，减少能量损耗。同时，SiMOSFETs在温度升高至150°C时，漂移层电阻将会提高1倍，而SiC MOSFETs 在同等条件下漂移层电阻仍能保持较好的稳定性，电阻提升幅度远小于Si MOSFETs。

高能量密度& 设备小型化能力：SiC 器件的设备小型化能力主要体现在几个方面：

▪ 1）SiC 高禁带宽度决定了它能承受更高的杂质浓度并降低漂移层膜厚，缩小芯片体积；

▪ 2）SiC 优良的散热性与热稳定性对芯片散热系统的要求更低。

SiC 的饱和电子漂移速率更大，在实现高工作频率的同时提高了功率密度，减少了变压器、电感器等外围组件的体积，降低整体器件成本并缩减了器件大小。

SiC vs Si 器件综合能力比较：与传统硅片器件相比，SiC 系统可以有效减少约50%的电导通损耗，如运用在新能源车中，能提升约4%的车辆续航能力，且降低约20%的电能转换系统成本。同时，SiC 器件散热能力强、封装尺寸小，能更好助力于器械小型化。

未来随着技术与产量的提升，SiC 器件价格有望持续下降，从而扩大下游市场应用规模，提高产品渗透率。

全球SiC 功率半导体市场规模有望于2027年突破60亿美元：据Yole 预测，全球SiC 功率半导体市场将从2021年的11亿美元增长至2027年的63亿美元，CAGR将超过34%。从应用领域看，未来新能源汽车领域的应用将会主导SiC 市场。至2027年，SiC 新能源车应用市场份额将占全球SiC市场的79%。

虽然Si 仍是主流半导体材料，但第三代半导体渗透率仍将逐年攀升：据Yole 预测，Si 材料器件未来仍将占据半导体市场的主导地位，预计未来市场渗透率仍超过80%。第三代半导体材料渗透率将会逐年攀升，整体渗透率预计于2024年超过10%，其中SiC 的市场渗透率有望接近10%，而GaN 渗透率将达到3%。

SiC 功率器件降低新能源车电力损耗：SiC 在新能源车中主要应用在牵引逆变器、电源转换系统（DC/DC转换器）、电源驱动系统、车载充电系统和非车载充电桩中。据统计，B级以上新能源车SiC 器件需求量约为66-150颗之间（Tesla Model S 仅SiC SBD 使用量已超过60颗），而直流充电桩大概需要150多颗SiC 器件。

SiC 渗透率提升四大驱动力：1）各国“碳达峰、碳中和”目标；2）新能源车里程与功率的提升；3）车载电池的小型化；4）SiC 器件价格持续下降搭载SiC 器件能使新能源车辆损耗将降低50%以上、充电速度可提升2倍、功率密度提升50%以上，同时器件体积能减小50%。

传统Si 器件是光伏系统能量损耗主要来源之一：在光伏发电中，传统Si 逆变器成本约占10%，但却是系统能量损耗的主要来源之一。使用SiC 器件的光伏逆变器可以将能量损耗降低50%以上，将能量转换效率从96%提升至99%，且能提高设备循环寿命50倍并缩小设备体积。预计未来第三代半导体将在光伏发电领域逐步替代传统硅基器件。

据SolarPower Europe 数据，在中性预期下，全球光伏新增装机量将以15.6% CAGR 从2021年的168GW增长至2026年的346GW，而光伏逆变器中SiC 器件的市场渗透率将在同年提升至50%左右。

第三代芯片的市场占有率将随着装机量与渗透率的提升而持续扩大。