5 月 17 日，深圳市森国科科技股份有限公司董事长杨承晋在 2023 第四届产业高质量发展高峰论坛中，作了《的应用机会及未来》的主题演讲。

　　相对于第一代（硅基）半导体，第三代半导体禁带宽度大，电导率高、热导率高。第三代半导体的禁带宽度是第一代和第二代半导体禁带宽度的近 3 倍，具有更强的耐高压、高功率能力。

　　碳化硅更适合作为衬底材料。在高压和高可靠性领域选择碳化硅外延，在高频领域选择氮化镓外延。

　　碳化硅衬底器件体积小。由于碳化硅具有较高的禁带宽度，碳化硅功率器件可承受较高的电压和功率，其器件体积可变得更小，约为硅基器件的 1/10。碳化硅器件电阻更小。同样由于碳化硅较高的禁带宽度，碳化硅器件可进行重掺杂，碳化硅器件的电阻将变得更低，约为硅基器件的 1/100。

　　碳化硅衬底材料能量损失更小。在相同的电压和转换频率下，400V 电压时，碳化硅 MOSFET 逆变器的能量损失约为硅基 IGBT 能量损失的 29%-60% 之间；800V 时，碳化硅 MOSFET 逆变器的能量损失约为硅基 IGBT 能量损失的 30%-50% 之间。

　　碳化硅器件在具体应用场景中表现出的特性是:1、耐高温:硅基材料 120°C 场景需要散热，使用 SiC 在 175°C 结温不需要散热，可承受 600°C 以上高温环境。2、高压大功率:二极管 600-1700V，MOS 管 800-3300V，如新能源车直流快充仅 15 分钟可完成 80%。3、高频率:能量损耗减少了四分之三，转化率高，如提升了新能源车 5%-10% 续航能力。4、小体积:因为阻抗小，同性能的碳化硅器件尺寸缩小到硅基的十分之一，模组尺寸更大幅缩小。未来在高压、高频、大功率、环境恶劣的场景下，碳化硅器件将逐渐替代硅基器件。

　　为了突破功率半导体器件性能天花板，需要发力的几个点是：高耐压:在大功率应用中，耐压能力是一个重要的硬指标；高频率:更高的开关频率不仅仅可以提升功率器件自身的性能，还能带来一个明显的优势，就是允许使用更小的外围元件，进而减小系统整体的尺寸；高可靠:由于要承载更高的功率密度，所以功率器件需要耐高温，具有更高的耐热性，以及对抗过流过压等瞬变的能力。低功耗:影响功率器件功耗的因素有很多，以一个功率二极管为例，其功耗最重要的包含与反向恢复过程相关的开关损耗、与正向压降 VF 相关的正向导通损耗，以及反向漏电流带来的反向损耗。

　　根据 Yole 预测，预计到 2027 年,SiC 器件市场将从 2021 年的 10 亿美元业务增长到 60 亿美元以上，最重要的包含新能源汽车、泛新能源市场。

　　新能源汽车从 400V 平台向 800V 平台跃迁已是业内共识，可使汽车电池在 10 分钟内充满 80% 电量，解决「里程焦虑」和「充电焦虑」。SiC 逆变器使得电源频率增加，电机转速增加，相同功率下转矩减小，体积减小。800V 架构时代来临，SiC 在高压下较 IGBT 性能优势更明显，损耗降低度更大。SiC 在新能源车主逆变器及 OBC 中渗透率将快速提升。

　　2018 年特斯拉从 Moldel 3 开始大规模采用 SiC 功率器件。2019 年，保时捷率先量产 800V 高电压平台电动车 Taycan，其最大充电功率可达 270kW。2020 年，现代集团发布 E-GMP 平台，搭载 400V/800V 超高压充电系统，可实现充电 5 分钟续航 100km。2021 年，奥迪发布 PPE 平台的 A6e-tron 概念车，搭载 800V 高压电气系统。2021 年，比亚迪发布 e 平台 3.0，该平台具备 800V 高压闪充技术，最高可实现充电 5 分钟续航 150km。2021 年，北汽极狐发布极狐 aSHi 版，具备 800V 充电架构，实现 10 分钟补充 196 公里续航的电量。2021 年 10 月，小鹏汽车公布首个量产的 800V 高压 SiC 平台，充电 5 分钟最高可补充续航 200 公里。

　　预计到 2025 年时，全球光伏新增装机量有望增加至 287GW，2019-2025 年间复合增长率为 16.40%。其中逆变器市场需求将大幅增长。

　　2020 年，全球充电桩市场规模达到了 1925.32 百万美元，预计 2027 年将达到 5923.22 百万美元，年复合增长率 (CAGR) 为 16.84%。中国 2020 年市场规模为 1131.52 百万美元，预计 2027 年将达到 3247.44 百万美元，年复合增长率 (CAGR) 为 15.63%。中国电动汽车充电基础设施促进联盟统计，载至 2022 年 3 月，联盟内成员单位总计上报公共类充电桩 123.2 万台，其中直流充电桩 50.2 万台。从 2021 年 4 月到 2022 年 3 月，月均新增公共类充电桩约 3.2 万台。

　　随着新能源汽车从 400V 向 800V 跃迁，直流充电采用的是高电压大功率充电，电压从 1000V 向 1400V 演进，并开始采用 SiC MOS 模块，功率达到 30-40KW。

　　1、提高材料的品质和工艺稳定性:碳化硅功率器件生产的全部过程中需要控制材料的品质和工艺稳定性，尤其是在制造高质量晶体时。此外，还需要使用先进的微细加工技术，提高器件的精度和一致性，从而提升器件的可靠性和效率。

　　2、优化设计和结构: 在碳化硅功率器件设计方面，需要仔细考虑材料的特性和应用场景的要求，选择最优的结构和参数。同时，还一定要通过设计优化减少能量损失和热效应，优化器件的电热特性和稳定性。

　　3、改进封装技术:碳化硅功率器件的封装方式对器件的性能和可靠性影响很大。因此，需要优化封装材料和结构，提高温度承受能力和抗电气应力能力。此外，还需要使用先进的封装工艺，提高封装可靠性和耐久性。

　　碳化硅功率器件的未来趋势是朝着尺寸缩小的方向发展。针对此趋势，可以从以下方面做更深入的探讨：

　　碳化硅器件尺寸的缩小，能够最终靠采用更先进的制造工艺来实现，目标是在不增加器件大小的情况下提高芯片功率密度和效率。随着尺寸的缩小，碳化硅器件的电路集成度逐步的提升。高集成度的器件能带来更低的损耗和更小的体积，同时也能轻松实现更高的性能。

　　碳化硅器件的尺寸缩小还能够更好的降低器件的热阻，使得器件能够在更高的温度下正常工作。这对于一些高温工作条件下的应用非常有益，例如航空航天、军事和汽车行业等。

　　碳化硅功率器件随市场规模的迅速增加，减少相关成本是未来大趋势，可以从以下方面做更深入的探讨：

　　更大尺寸的衬底，比如 6 寸到 8 寸；更高效的村底长晶效率，大幅度提升良率;更低损耗的水冷激光切割;更高效的外延生长效率;逐步扩大晶圆代工的生产规模，以规模化降低生产所带来的成本。