mg冰球突破 碳化硅半导体的性质与优势！

　　随着全球特别是中国新能源汽车市场渗透率的快速提升，强劲的上车需求叠加巨大的产能缺口，碳化硅这条“赛道”愈发呈现出欣欣向荣之势。不管是汽车产业链上游的芯片企业和一级零部件供应商，还是下游传统车企和造车新势力，都在疯狂押    注碳化硅，合资建厂、扩大产能、签署供货协议等等消息接踵而至。那么如此疯狂的碳化硅半导体究竟有什么魔力，这就需要从其材料本身的性能来看。

　　碳化硅（SiC）是第三代半导体产业发展的重要基础材料。与Si相比，SiC在耐高压、耐高温、高频等方面具备碾压优势，是材料端革命性的突破。SiC击穿场强是Si的10倍，这意味着同样电压等级的SiC MOSFET外延层厚度只需要Si的十分之一，对应漂移区阻抗大大降低；且SiC禁带宽度（~3.2 eV）是Si的3倍，导电能力更强。导热率为硅的4-5倍电子饱和速度是Si的2-3倍，能够实现10倍的工作频率。

　　叠加第三代半导体在我国被赋予的战略意义，碳化硅产业发展被列入十四五规划后以来，就一直走在“风口”之上。SiC适合高功率和高频率应用场景，如储能、风电、光伏、轨道交通、新能源汽车等行业。

　　以新能源汽车应用场景为例，目前市售电动车所搭载的功率半导体多数为硅基器件，采用Si IGBT技术的功率模块仍在电动汽车应用中占主导地位。然而，经过数十年的发展，硅基功率器件正在接近材料极限，要进一步提高其功率密度非常困难。由于电动车电压平台正在从400V向800V以上的高电压发展，相较于Si IGBT，SiC MOSFET凭借“耐高压”、“耐高温”、和“高频”特点，在高压系统中有望快速替代Si IGBT，从而大幅提高汽车性能并优化整车架构，使新能源汽车具有更低的成本、更长的续航里程、更紧凑的空间设计以及更高的功率密度。

　　SiC器件在新能源汽车上的主要应用场景

　　1、SiC MOSFET在主驱逆变器中的应用：降低损耗和系统成本主驱逆变器将电池中的直流电转换为三相交流电输送至电机，是电动汽车的心脏，决定了驾驶行为和车辆的能源效率，也是SiC功率器件用量最大、价值最高的部分。

　　直流充电桩又称快充充电桩，内部包含电源模块、计费系统、通信及控制系统、读卡及授权系统等，其中电源模块是核心部件，占设备总成本的50%，可将电网中的交流电转换为直流电为汽车动力电池充电。因SiC基晶体管可以实现比硅基功率器件更高的开关频繁，因此可以提供高功率密度、超小的体积，将在直流充电桩应用领域加速市场渗透。

　　轨道交通

　　碳化硅功率器件相较传统硅基IGBT能够有效提升开关频率，降低开关损耗，其高频化可以进一步降低无源器件的噪声、温度、体积与重量，提升装置应用的机动性、灵活性，是新一代牵引逆变器技术的主流发展方向。在“碳中和、碳达峰”目标指引下，碳化硅功率器件将加速在轨道交通领域的渗透。目前株洲中车时代联合深圳地铁集团基于3300V等级高压大功率SiC MOSFET的高频化应用自主开发了地铁列车全碳化硅牵引逆变器，在节能方面表现优异，经装车试验测试，同比传统硅基IGBT牵引逆变器的传动系统，综合能耗降低10%以上，牵引电机在中低速段噪声同比下降5分贝以上，温升同比降低40℃以上。

　　光伏与风电

　　太阳能和风能发电系统是分别利用光伏电池板和风力带动发电机，直接将太阳能或风能转换成电能的发电系统，都需要以逆变器作为接口连接电网从而实现发电。为实现发电系统高效、稳定地运行，对逆变器提出了更为严苛的要求，需要相关半导体器件具有较大的击穿场强、耐高温、耐高压并能够工作在更高的开关频率下。传统硅基器件由于材料固有特性限制了其在高温、高压、高效率场景的应用。SiC基功率器件是其完美替代者，其中SiC MOSFET是高速低损耗功率开关中最有前景的器件之一。

　　目前阳光电源应用SiC器件的组串逆变器已广泛应用于全球市场；国家能源集团北京低碳清洁能源研究院自主开发了全球首个超薄全碳化硅高频隔离光伏逆变器，与现有光伏逆变器相比具有体积小、重量轻等优点，既降低了系统成本，又提高了系统效率和系统安全性，可以以此构建低成本高效率的光伏建筑一体化电气系统。

　　智能电网

　　传统电网正在向智能电网转变，智能化电网设备及更优良器件的应用是实现其集智能、灵活、互动、兼容、高效等多功能于一体的关键。传统硅基电力电子变压器已在小功率电网领域实现了部分应用，但由于损耗大、体积大等缺陷尚无法在高压大功率的输电领域展开应用。比如目前商用硅基IGBT的最大击穿电压仅为6.5kV，所有的硅基器件都无法在200℃以上正常工作，很大程度上降低了功率器件的工作效率。而碳化硅基功率器件能很好地解决这些问题，碳化硅功率器件关断电压最高达200kV和工作温度高达600℃。碳化硅基功率开关由于具有极低的开启态电阻，并且能应用于高压、高温、高频场合，是硅基器件的理想替代者，另如果使用碳化硅功率模块，与使用硅功率电源装置相比，由开关损失引起的功率损耗可降低5倍以上，体积与重量减少40%，将对未来电网形态和能源战略调整产生重大影响。

　　碳化硅在大功率LED方面具有非常大的优势，基于碳化硅的LED能够实现亮度更高、能耗更低、使用周期更长、单位芯片面积更小。碳化硅LED照明设备能将原LED灯使用数量下降1/3，成本下降40～50%，而亮度却提高两倍，导热能力提高10倍以上。如果大规模使用碳化硅LED照明替代白炽灯及荧光灯，对于我国节约用电，减少煤炭的消耗与CO2的排放具有重大意义。

　　无锡国晶微半导体技术有限公司是宽禁带第三代半导体碳化硅SiC功率器件、氮化镓GaN光电器件以及常规集成电路研发及产业化的高科技创新型企业，从事碳化硅场效应管，碳化硅肖特基二极管、GaN光电唐人游棋牌官网、单片机集成电路等产品芯片设计、生产与销售并提供相关产品整体方案设计配套服务，总部位于江苏省无锡市高新技术开发区内，并在杭州、深圳和香港设有研发中心和销售服务支持中心及办事处。

　　公司具有国内领先的研发实力，专注于为客户提供高效能、低功耗、低阻值、品质稳定的碳化硅高低功率器件及光电集成电路产品，同时提供一站式的应用解决方案和现场技术支持服务，使客户的系统性能优异、灵活可靠，并具有成本竞争力。

　　公司的碳化硅功率器件涵盖650V/2A-100A，1200V/2A-90A，1700V/5A-80A等系列，产品已经投入批量生产，产品完全可以对标国际品牌同行的先进品质及水平。先后推出全电流电压等级碳化硅肖特基二极管、通过工业级、车规级可靠性测试的碳化硅MOSFET系列产品，性能达到国际先进水平，应用于太阳能逆变电源、新能源电动汽车及充电桩、智能电网、高频电焊、轨道交通、工业控制特种电源、国防军工等领域。由于其具有高速开关和低导通电阻的特性，即使在高温条件下也能体现优异的电气特性，大幅降低开关损耗，使元器件更小型化及轻量化，效能更高效，提高系统整体可靠性，可使电动汽车在续航里程提升10%，整车重量降低5%左右，并实现设计用充电桩的高温环境下安全、稳定运行。

　　特别在高低压光耦半导体技术方面更是拥有业内领先的研发团队。在国内创先设计开发了28nm光敏光栅开关PVG芯片技术，并成功量产应用于60V、400V、600V高低压、低内阻、低电容的光电耦合继电器芯片、涵盖1500kVrms SOP超小封装及3750kVrms隔离增强型常规SMD、DIP等不同封装，单路、双路、混合双路、常开常闭等电路产品，另包括200V SOI MOS/LIGBT集成芯片、100V CMOS/LDMOS集成芯片、8bit及32bit单片机等集成电路产品，均获得市场及各重点科研单位、检测机构的新产品认定。

　　公司核心研发团队中大部分工程师拥有硕士及以上学位，并有多名博士主持项目的开发。公司建立了科技创新和知识产权管理的规范体系，在电路设计、半导体器件及工艺设计、可靠性设计、器件模型提取等方面积累了众多核心技术，拥有多项国际、国内自主发明专利。

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