第三代半導體，距離頂流差了什么

潮流就是即便你放棄了我，也不妨礙我越來越火。

距離特斯拉宣布放棄碳化硅已經過去了一年，這個市場非但沒有被拋棄，反而以 GaN、SiC 為代表的第三代半導體發(fā)展備受關注：Yole 數(shù)據(jù)顯示，2026 年 GaN 市場規(guī)模預計可達 6.72 億美元。SiC 碳化硅 2027 年全球 SiC 功率半導體市場規(guī)模有望突破 60 億美元。

預測是人算不如天算，第三代半導體優(yōu)勢已經被講的翻來覆去了，市場的反饋是最真實和殘酷的—很火但不是主流。

碳化硅與新能源車能不能齊飛？

新能源是第三代半導體應用的重要驅動力。新能源車的最大特點和「顧慮」就是充電。車企自建超充樁引領行業(yè)進入快充時代，大功率充電樁占比逐步提升。

量有多大呢？2023 年中國新能源汽車產銷分別完成 958.7 萬輛和 949.5 萬輛，同比分別增長 35.8% 和 37.9%，而據(jù)預測 2024 年新能源汽車產銷將達到 1150 萬輛車左右的規(guī)模，增長約 20%。

這個數(shù)字占到汽車市場的三分之一。

碳化硅的應用就是在直流充電樁上。電動汽車消費者最關注的問題就是續(xù)航里程與充電時間，基于此，提高充電樁的充電速度迫在眉睫。

根據(jù)華為測算，要實現(xiàn) 5min 以內快充，充電樁功率須向 480kw 演進。為適應未來大功率高壓快充發(fā)展趨勢，主流車企及充電運營商已經開始布局大功率快充樁。如：國網快充樁招標中，80kw 充電樁占比已從 2020 年的 63% 下降至 2022 年的 37%，而 160kw 和 240kw 分別從 35% 和 1% 上升至 57% 和 4%，并已開始布局 480kW 的大功率快充樁，此外廣汽埃安的 A480 超級充電樁最大充電功率亦是達到 480kW。

碳化硅是可以解決這個問題的。在高壓快充的趨勢下，碳化硅器件的運用能有效解決充電樁設備目前亟需采用更耐高壓、耐高溫、安全的新型器件的痛點，降本增效實現(xiàn)電動車快速充電。從效率角度來看，SiC MOSFET 和二極管產品依賴其耐高壓、耐高溫、開關頻率快的特性，可以很好地用于充電樁模塊。與傳統(tǒng)硅基器件相比，碳化硅模塊可以增加充電樁近 30% 的輸出功率，并且減少損耗高達 50% 左右。同時，碳化硅器件的抗輻射特性還能夠增強充電樁的穩(wěn)定性。從成本角度來看：碳化硅的優(yōu)秀特性能夠有效提高單位功率密度，減小模塊體積并簡化電路設計，對降低充電樁產品成本起到至關重要的作用。

我國新能源上險乘用車中碳化硅應用逐步向 25 萬以下車型滲透，除特斯拉外碳化硅車型以比亞迪、吉利、蔚來、小鵬為主, 據(jù) NE 時代數(shù)據(jù)，新增智己、問界 M9、理想等車型;比亞迪車型包括漢、唐 EV、海豹、仰望 U8、騰勢 D9、騰勢 N8、騰勢 N7 的 800V 架構為主，大部分為雙電機電控車型;吉利車型與價位段分布較廣，車型包括極氪 001/X/007、極星 2、沃爾沃 XC40/C40、smart 精靈 #1#3、路特斯 ELETRE 等;蔚來大部分車型使用碳化硅，目前主要為 400V 平臺;小鵬 G6G9X9 車型使用碳化硅。

飛锃半導體副總監(jiān)袁建在做碳化硅市場分析時提到，800V 平臺市場滲透率將穩(wěn)步提升，預計在 2025 年占比達到 13%，這將進一步增加碳化硅的應用規(guī)模;當前 OBC 市場以 6.6KW 為主，預計到 2025 年 6.6KW 仍然占比在 57.2%;11KWOBC 市場占比將逐年提升，市場古比將從 9% 增加到 18%。2027 年全球市場預計將超過 60 億美元，其中下游汽車應用占比將超過 75%。全球碳化硅廠商行業(yè)集中度較高，前五大廠商占有 70% 的市場份額。國內碳化硅產業(yè)崛起，上游襯底行業(yè)競爭優(yōu)勢相對明顯。

另外，在光伏儲能市場方面，功率密度需求提升，MPPT 開關管有由 IGBT 切換成 SiC 的機會。儲能系統(tǒng)有雙向功率變換需求，SiC 機會增加。逆變側混合模塊（IGBT+SIC Diode）占比逐步提升。新能源汽車市場方面，800V 平臺市場滲透率將穩(wěn)步提升，預計在 2025 年占比達到 13%，這將進一步增加碳化硅的應用規(guī)模；當前 OBC 市場以 6.6KW 為主，預計到 2025 年 6.6KW 仍然占比在 57.2%；11KW OBC 市場占比將逐年提升，市場占比將從 9% 增加到 18%；新能源汽車市場是碳化硅應用的主要增量市場，預計占比在 75% 以上，并在未來進一步提升。報告分享了飛锃半導體碳化硅 MOSFET 產品方案，以及第三代 750V/55mohm 碳化硅 MOSFET、第三代 1200V/40mohm 碳化硅 MOSFET，以及 Gen4 1200V 單芯大電流碳化硅二極管、Gen3+ 1200V 20/30A 碳化硅二極管等。

新能源車能飛，那碳化硅也行。

真正帶飛的，還得是領頭雁

意法半導體是全球知名的 IDM 模擬芯片廠商，一直在積極推進碳化硅業(yè)務。中國是碳化硅的主要市場，并且與三安光電展開合作推動碳化硅業(yè)務，并將擴大 SiC 器件制造能力。6 月 4 日，意法半導體官方宣布，公司與吉利汽車集團雙方簽署碳化硅（SiC）器件長期供應協(xié)議，在原有合作基礎上進一步加速碳化硅器件的合作。按照協(xié)議規(guī)定，意法半導體將為吉利汽車旗下多個品牌的中高端純電動汽車提供 SiC 功率器件，幫助吉利提高電動車性能，加快充電速度，延長續(xù)航里程，深化新能源汽車轉型。

吉利汽車集團電驅逆變器已采用意法半導體第三代 SiC MOSFET 器件。電驅逆變器是電驅系統(tǒng)的核心, 而碳化硅 MOSFET 可以全面提高電驅逆變器的能效。將先進的逆變器設計與 SiC 等高效功率半導體相結合，實現(xiàn)電動汽車卓越性能。

同時，意法半導體具備先進的 SiC 生產技術和完全垂直整合的供應鏈。在汽車領域，意法半導體 SiC 產品廣泛應用于牽引逆變器、車載充電器機（OBC）、直流-直流變換器 (DC-DC)、充電樁及電動壓縮機應用，可以極大提高新能源汽車的性能、能效和續(xù)航里程。。同時，意法半導體正在與更多中國知名汽車制造商、工業(yè)客戶和解決方案供應商在 SiC 領域展開合作，攜手加速中國電氣化產業(yè)進程。

英飛凌科技中國有限公司技術總監(jiān)郝欣說「英飛凌的 SiC MOSFET 技術創(chuàng)新，加速應用領域變革」。英飛凌在 2017 年正式推出了第一代溝槽柵 SiC MOSFET，即 CoolSiC MOSFET G1。在 CoolSiC MOSFET G1 中，英飛凌采用溝槽柵的設計解決了 SiC MOSFET 中柵極氧化物的可靠性問題，并克服了常見的 SiC MOSFET 在控制和驅動方面的限制，這加速了 SiC MOSFET 上車的節(jié)奏。

在第二代產品上，英飛凌則在保持第一代產品高可靠性的同時，確保性價比的提升。同時在 G2 產品上增加了新的魯棒性功能，最大程度提高對于 SiC 功率系統(tǒng)的投資利用率。根據(jù)英飛凌提供的產品組合，目前基于 G2 已經推出工業(yè)級的 650V、1200V 分立 SiC MOSFET 產品，以及車規(guī)級 750V、1200V 的功率模塊產品。另外基于 G2 的 400V 的工業(yè)級分立 SiC MOSFET、650V 和 1200V 的車規(guī)級功率模塊也即將推出。

還英飛凌完成收購 GaN Systems 公司，未來在氮化鎵、碳化硅等領域將有更多發(fā)展。英飛凌科技于 2023 年 10 月 24 日宣布完成收購氮化鎵系統(tǒng)公司（GaN Systems），并號稱「成為領先的氮化鎵龍頭企業(yè)」。

目前，英飛凌共有 450 名氮化鎵技術專家和超過 350 個氮化鎵技術專利族。英飛凌表示，公司和 GaN Systems 在知識產權、對應用的深刻理解以及成熟的客戶項目規(guī)劃方面優(yōu)勢互補，這為英飛凌滿足各種快速增長的應用需求創(chuàng)造了極為有利的條件。

安世半導體SiC 產品市場戰(zhàn)略副總監(jiān)王駿躍也說中國 SiC 器件市場增長快速，市場機會在中國。對于碳化硅分立器件市場而言，對性能、可靠性，價格、供應鏈都有相應的需求。

打打更健康

目前，相對于碳化硅，氮化鎵的應用好像更少一些。但如今借由快充進入大眾視野的氮化鎵，也再跟碳化硅「宣戰(zhàn)」。

在技術升級的推動下，GaN 已經超越了僅適用于快充等消費電子市場的限制，在汽車、數(shù)據(jù)中心、高速發(fā)展的熱門領域持續(xù)取得突破。

與傳統(tǒng) Si 材料相比，基于 GaN 材料制備的功率器件擁有更高的功率密度輸出，以及更高的能量轉換效率，并可以使系統(tǒng)小型化、輕量化，有效降低電力電子裝置的體積和重量，從而極大降低系統(tǒng)制作及生產成本。

對于射頻和開關電源設備而言，顯然 SiC 和 GaN 兩種材料的性能都優(yōu)于單質硅的，他們的高臨界場允許這些器件能在更高的電壓和更低的漏電流中操作。高電子遷移率和電子飽和速度允許更高的工作頻率。然而 SiC 電子遷移率高于 Si，GaN 的電子遷移率又高于 SiC，這意味著氮化鎵應該最終成為極高頻率的最佳設備材料。

另外，高導熱系數(shù)意味著材料在更有效地傳導熱量方面占優(yōu)勢。SiC 比 GaN 和 Si 具有更高的熱導率，意味著 SiC 器件比 GaN 或 Si 從理論上可以在更高的功率密度下操作。當高功率是一個關鍵的理想設備特點時，高導熱系數(shù)結合寬帶隙、高臨界場的 SiC 半導體具有一定優(yōu)勢。GaN 相對較差的導熱性，使系統(tǒng)設計人員處理氮化鎵器件的熱量管理面臨一個挑戰(zhàn)。

第三代半導體之間的競爭和互補，步伐不停讓舞臺更靠近。