作為新材料的SiC與傳統(tǒng)硅材料相比，從物理特性來(lái)看，電子遷移率相差不大，但其介電擊穿場(chǎng)強(qiáng)、電子飽和速度、能帶隙和熱導(dǎo)率分別是硅材料的10倍、2倍、3倍和3倍。

這意味著基于SiC材料的功率半導(dǎo)體具有高耐壓、低導(dǎo)通電阻、寄生參數(shù)小等優(yōu)異特性，當(dāng)應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域中時(shí)，具有損耗小、工作頻率高、散熱性等優(yōu)點(diǎn)，可以大大提升開(kāi)關(guān)電源的效率、功率密度和可靠性，也更容易滿足器件輕薄短小的要求。

Si、SiC和GaN關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比

Omdia《2020年SiC和GaN功率半導(dǎo)體報(bào)告》顯示，得益于混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)、電源和光伏(PV)逆變器的需求，新興的碳化硅和氮化鎵功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的銷(xiāo)售收入預(yù)計(jì)將從2018年的5.71億美元增至2020年底的8.54億美元，并在2021年突破10億美元大關(guān)。未來(lái)十年內(nèi)，該市場(chǎng)的規(guī)模將以年均兩位數(shù)的增長(zhǎng)率，并一路攀升至2029年的50億美元。

GaN和SiC功率半導(dǎo)體的全球市場(chǎng)收入預(yù)測(cè)(百萬(wàn)美元)

SiC器件領(lǐng)域玩家眾多，作為一家相對(duì)較新的SiC器件供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體于2017年進(jìn)入該市場(chǎng)，技術(shù)來(lái)自2016年末收購(gòu)的飛兆(Fairchild)半導(dǎo)體。

安森美半導(dǎo)體電源方案部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理王利民日前在接受采訪時(shí)表示，電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)充電樁、可再生能源、和電源將是公司SiC戰(zhàn)略重點(diǎn)關(guān)注的四大市場(chǎng)。

安森美半導(dǎo)體電源方案部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理王利民

電動(dòng)汽車(chē)(EV)/混動(dòng)汽車(chē)(HEV)

其實(shí)，SiC最初的應(yīng)用場(chǎng)景主要集中在光伏儲(chǔ)能逆變器、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器UPS電源和智能電網(wǎng)充電站等需要轉(zhuǎn)換效率較高的領(lǐng)域。

但人們很快發(fā)現(xiàn)，碳化硅的電氣(更低阻抗/更高頻率)、機(jī)械(更小尺寸)和熱性質(zhì)(更高溫度的運(yùn)行)也非常適合制造很多大功率汽車(chē)電子器件。

根據(jù)Yole在《功率碳化硅(SiC)：材料、器件及應(yīng)用-2019版》報(bào)告中的預(yù)計(jì)，到2024年，碳化硅功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)至20億美元，2018-2024年期間的復(fù)合年增長(zhǎng)率將高達(dá)29%。

其中，汽車(chē)市場(chǎng)無(wú)疑是最重要的驅(qū)動(dòng)因素，其碳化硅功率半導(dǎo)體市場(chǎng)份額到2024年預(yù)計(jì)將達(dá)到50%。

“EV是未來(lái)幾年SiC的主要驅(qū)動(dòng)力，約占SiC總體市場(chǎng)容量的60%，因?yàn)镾iC每年可增加多達(dá)750美元的電池續(xù)航力，目前幾乎所有做主驅(qū)逆變器的廠家都將SiC作為主攻方向?！蓖趵裾f(shuō)除了主驅(qū)市場(chǎng)外，在車(chē)載充電器(OBC)/非車(chē)載充電樁和電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(車(chē)載DC/DC)領(lǐng)域中，受到全球多國(guó)利好政策，

例如美國(guó)加利福尼亞州已簽署行政命令，到2030年實(shí)現(xiàn)500萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)上路的目標(biāo);2019年歐洲的電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量增長(zhǎng)67%;電動(dòng)汽車(chē)在中國(guó)各大一線城市可以零費(fèi)用上牌等的影響，絕大部分廠家正在將SiC作為高效、高壓和高頻的功率器件使用，市場(chǎng)需求急速攀升。

5G電源和開(kāi)關(guān)電源

電源是碳化硅器件最傳統(tǒng)，也是目前市場(chǎng)份額相對(duì)較大的應(yīng)用市場(chǎng)。從最早通信電源的金標(biāo)、銀標(biāo)、到現(xiàn)在的5G通信電源、數(shù)據(jù)中心電源，都對(duì)功率密度和高能效提出了非常高的要求，而碳化硅器件由于沒(méi)有反向恢復(fù)，電源能效通常能夠達(dá)到98%，受到追捧并不令人感到意外。

電動(dòng)汽車(chē)充電器/樁

現(xiàn)有充電樁多數(shù)為1級(jí)/2級(jí)，但消費(fèi)者要求等效于在加油站加滿油(直流充電)，這就需要更高的充電功率和充電效率，因此隨著功率和速度的提高，對(duì)SiC MOSFET的需求越來(lái)越強(qiáng)。

太陽(yáng)能逆變器

無(wú)論是歐盟20-20-20目標(biāo)(到2020年，能效提高20%，二氧化碳排放量降低20%，可再生能源要達(dá)到20%)，還是NEA設(shè)定了清潔能源目標(biāo)，到2030年要滿足中國(guó)20%的能源需求，以太陽(yáng)能為代表的清潔能源始在各國(guó)能源計(jì)劃中終占據(jù)重要地位。

而在目前的太陽(yáng)能逆變器領(lǐng)域中，碳化硅二極管的使用量也非常巨大，安裝量持續(xù)增長(zhǎng)，主要用于替換原來(lái)的三電平逆變器復(fù)雜控制電路。

王利民認(rèn)為，目前SiC行業(yè)廠商提供的產(chǎn)品或服務(wù)大致相同，因此，各大廠家主要還是依靠差異化競(jìng)爭(zhēng)策略。

而安森美半導(dǎo)體的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在領(lǐng)先的可靠性、高性?xún)r(jià)比、能夠提供從單管到模塊的完整產(chǎn)品線、所有產(chǎn)品都符合車(chē)規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)等方面。

例如在H3TRB測(cè)試(高溫度/濕度/高偏置電壓)中，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)試中則會(huì)延長(zhǎng)到2000小時(shí);1200V 15A的碳化硅二極管在毫秒級(jí)有10倍過(guò)濾，在微秒級(jí)有50倍過(guò)濾。

此外，為了實(shí)現(xiàn)高性?xún)r(jià)比，安森美半導(dǎo)體的做法

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英寸晶圓的制造工藝與良率來(lái)實(shí)現(xiàn)好的成本;

三是通過(guò)不斷地?cái)U(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模以降低成本。

“整個(gè)SiC市場(chǎng)會(huì)一直呈現(xiàn)分立器件和模塊兩者共存的局面，但模塊絕對(duì)是SiC器件的一個(gè)重要發(fā)展方向?！蓖趵癖硎荆妱?dòng)汽車(chē)領(lǐng)域SiC MOSFET或二極管市場(chǎng)確實(shí)是以模塊為主，之所以叫模塊是因?yàn)橛脩魰?huì)將SiC分立器件的成品封裝到模塊之中，所以它既是模塊，也是一個(gè)單管的分立器件成品。

目前來(lái)看，模塊化設(shè)計(jì)主要集中在較大型功率器件上，比如幾十千瓦或幾百千瓦級(jí)別的車(chē)載逆變器，但電動(dòng)汽車(chē)的OBC和DC-DC設(shè)計(jì)卻都以單管為主，因此在汽車(chē)領(lǐng)域，可以認(rèn)為一大半的趨勢(shì)是模塊，一小半是單管。

而在非汽車(chē)領(lǐng)域，諸如太陽(yáng)能逆變器、5G及通信電源、電動(dòng)汽車(chē)充電樁，市場(chǎng)上還沒(méi)有客戶采用模塊化的方案，基本都是單管方案。按照數(shù)量，市場(chǎng)是以單管為主;按照金額，或許更多市場(chǎng)將會(huì)是模塊方向。

晶圓短缺一直以來(lái)被認(rèn)為是制約碳化硅市場(chǎng)發(fā)展的重要原因之一，與其它仍采用4英寸SiC晶圓的廠商不同，

安森美半導(dǎo)體從入局開(kāi)始就選擇了6英寸晶圓，并已簽署兩個(gè)長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議(LTSA)，不斷評(píng)估新的基板制造商并在內(nèi)部開(kāi)發(fā)基板，確保晶圓供應(yīng)。

王利民強(qiáng)調(diào)說(shuō)，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)而進(jìn)行批量生產(chǎn)。