第三代半导体未来之星——碳化硅

1. 大尺寸SiC单晶衬底制备技术仍不成熟。

目前国际上已经开发出了8英寸SiC单晶样品，单晶衬底尺寸仍然偏小、缺陷水平仍然偏高。并且缺乏更高效的SiC单晶衬底加工技术；p型衬底技术的研发较为滞后。

2.n型SiC外延生长技术有待进一步提高。

3.SiC功率器件的市场优势尚未完全形成，尚不能撼动目前硅功率半导体器件市场上的主体地位。

国际SiC器件领域：SiC功率器件向大容量方向发展受限制；SiC器件工艺技术水平比较低；缺乏统一的测试评价标准。

4.目前SiC功率模块存在的主要问题：

（1）采用多芯片并联的SiC功率模块，会产生较严重的电磁干扰和额外损耗，无法发挥SiC器件的优良性能；SiC功率模块杂散参数较大，可靠性不高。

（2）SiC功率高温封装技术发展滞后。

5.SiC功率器件的驱动技术尚不成熟。

6.SiC器件的应用模型尚不能全面反映SiC器件的物理特性。一般只适合于对精度要求较低的常规工业场合。

电源/大型服务器：用于电源及功率因数校正器内部，减积减重、提高效率、降低损耗。

光伏：用于光伏逆变器中，光伏发电产生的电流为直流电，需要通过逆变器转换为交流电以实现并网。采用SiC功率器件可以减积减重；提高逆变转化效率2%左右，综合转换效率达到98%；降低损耗，提高光伏发电站经济效益；SiC材料特性，降低故障率。

风电：用于风电整流器、逆变器、变压器，风力发电产生的交流电易受风力影响使得电压、电流不稳定，先要经过整流为直流电后再逆变成交流电实现并网，提高效率、降低损耗，同时成本和质量分别减少50%和25%。

新能源汽车车载充电机（OBC）：减积减重、提高效率、降低损耗。

新能源汽车电机驱动系统：利用SiC功率模块体积比硅基模块缩小1/3~2/3，减积减重；电力损耗减少47%，开关损耗85%，提升电力使用效率；开关频率可达硅基IGBT10倍以上，提高开关频率将显著减小电感器、电容器等周边部件的体积和成本。减积减重；发热量也只有硅器件的1/2，有非常优异的高温稳定性，散热处理更容易，散热体积减小，可使得车辆冷却系统的体积减少60%，甚至消除了二次液体的冷却系统，减积减重；可实现逆变器与马达一体化，减积减重。可综合提高新能源汽车5%~10%左右的续航里程。

新能源汽车直流充电桩：减积减重；提高充电效率至少1%，达到96%以上的转化效率；由于SiC功率器件对温度依赖性较低，提高夏季高温时段电能转化效率；降低电能损耗，提升大型充电站的经济效益；充电桩系统成本与硅基基本持平，性价比较高。

空调：用于变频空调前端的功率因数校正（PFC）电源内部，体积和质量大幅减少1/2以上，功耗降低15%，综合成本降低10%。

轨道交通：采用SiC逆变器，可使车辆系统电力损耗降低30%以上，零部件体积及质量减少40%，效率及速度提升。

电磁感应加热：减积减重、提高效率、降低损耗。

军工领域：各种车载、机载、船载、弹载等电源装置，减积减重、提高效率、降低损耗。

碳化硅凭借其优良的物理化学性质获得了广泛的应用，迅速占领了半导体材料市场的半壁江山。随着生产成本的不断下降，优异的性能让碳化硅在功率器件的行业中实现了对硅单质半导体的逐步取代。而面对世界范围内发展空间巨大的碳化硅半导体市场，我国需要尽快提升研发实力，完善碳化硅半导体的发展体系。