特斯拉在2018年的Model 3 電驅(qū)主逆變器上，率先采用了意法半導(dǎo)體供應(yīng)的650V SiC MOSFET器件，被視為碳化硅上車的風(fēng)向標(biāo)事件。
碳化硅SiC作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，也是目前晶體生產(chǎn)技術(shù)和器件制造水平最成熟，應(yīng)用最廣泛的寬禁帶半導(dǎo)體材料之一，目前在已經(jīng)形成了全球的材料、器件和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈。
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碳化硅SiC是高溫、高頻、抗輻射、大功率應(yīng)用場合下極為理想的半導(dǎo)體材料。由于碳化硅功率器件可顯著降低電子設(shè)備的能耗，因此碳化硅器件也被譽(yù)為帶動(dòng)“新能源革命”的“綠色能源器件”。
第一代半導(dǎo)體主要有硅和鍺，廣泛應(yīng)用于集成電路等低壓、低頻、低功率場景;第二代半導(dǎo)體材料主要以砷化鎵為代表，是制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管和通信器件的核心材料。第三代半導(dǎo)體材料以碳化硅、氮化鎵為代表，與前兩代半導(dǎo)體材料相比最大的優(yōu)勢是較寬的禁帶寬度，保證了其可擊穿更高的電場強(qiáng)度，適合制備耐高壓、高頻的功率器件，是電動(dòng)汽車、5G 基站、衛(wèi)星等新興領(lǐng)域的理想材料。
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碳化硅的禁帶寬度大約為 3.2eV，硅的寬帶寬度為 1.12eV，碳化硅的禁帶寬度大約為硅的3倍數(shù)，這說明碳化硅的耐高壓性能顯著好于硅材料。此外，導(dǎo)熱率為硅的4-5倍；電子飽和漂移速率為硅的2倍。這些特性將使得碳化硅特別適于制造耐高溫、耐高壓，耐大電流的高頻大功率的器件。
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在 SiC 器件的產(chǎn)業(yè)鏈中，主要價(jià)值量集中于上游碳化硅襯底，約占比 50%左右。碳化硅襯底根據(jù)電阻率劃分：半絕緣型碳化硅襯底和導(dǎo)電型碳化硅襯底。半絕緣型碳化硅襯底主要用于制造氮化鎵微波射頻器件，導(dǎo)電型碳化硅襯底廣泛應(yīng)用于新能源汽車、光伏、智能電網(wǎng)、軌道交通等領(lǐng)域。
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當(dāng)前，電動(dòng)汽車是拉動(dòng)碳化硅持續(xù)火熱的主要原因。至2018年，特斯拉采用SiC MOSFET器件之后，碳化硅器件上車便一發(fā)不可收拾，上升數(shù)量迅速攀升。碳化硅模塊的使用使得整車的能耗更低、尺寸更小、行駛里程更長，受到消費(fèi)市場的認(rèn)可，一定程度上緩解里程焦慮問題。此外，隨著碳化硅功率器件的生產(chǎn)成本降低，碳化硅在充電樁領(lǐng)域的應(yīng)用也將逐步深入。據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)Yole的報(bào)告指出，碳化硅晶圓到2023年時(shí)市場規(guī)?？蛇_(dá)15億美金，年復(fù)合成長率逾31%;預(yù)計(jì)至2025年全球SiC功率器件市場規(guī)模為25.6億美元，2019-2025年CAGR為30%。
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：特斯拉率先嘗到甜頭的碳化硅為什么這么火
