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    碳化硅,半導體行業發展新契機
    作者:admin    發布日期:2020/8/4     關注次數:     二維碼分享

    碳化硅材料是功率半導體行業主要進步發展方向,用于制作功率器件,可顯著提高電能利用率??深A見的未來內,新能源汽車是碳化硅功率器件的主要應用場景。特斯拉作為技術先驅,已率先在Model 3中集成全碳化硅模塊,其他一線車企亦皆計劃擴大碳化硅的應用。隨著大同碳化硅器件制造成本的日漸降低、工藝技術的逐步成熟,碳化硅功率器件行業未來可期。

    行業介紹及市場現狀:碳化硅半導體的技術優勢突出,目前滲透率尚低。

    功率半導體(又稱電力電子器件)用于電能轉換、控制電流控制,是電力電子系統的關鍵部件,應用于電源、電機控制、可再生能源、電力傳輸、動力牽引等輸變電和用電場景。

    2019年,全球功率器件市場規模約為400億美元,過去5年平均復合增長率5.1%。其中,中國是的市場,占比近40%。

    數據來源:IHS Markit


    碳化硅選擇

    功率器件使用的半導體材料分為三代:

    一代半導體材料為硅(Si)、鍺(Ge)等單質材料。由于工藝成熟及生產成本低,硅占據95%以上的半導體器件,是當今半導體材料的主體;

    二代半導體材料為砷化鎵(GaAs)等化合物材料。砷化鎵半導體的電子遷移率高、禁帶寬度比硅大,具備高耐壓、高頻率等優勢,但也有機械強度弱、高溫下易分解、生長速度慢、價格昂貴等劣勢,目前主要應用于LED等光電子領域;

    三代半導體材料為碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等寬禁帶材料。

    提高能源利用效率(減少能量消耗和損耗)是功率半導體技術進步的主要方向。理想目標是,功率半導體在導通狀態下沒有任何功率消耗,在關斷狀態下也沒有漏電流?,F今,根據IEA的報告,世界電能損耗占總電能量的20%,無論從經濟效益還是環境保護的角度來看,都是了浪費。然而,以傳統硅材料制作的功率半導體器件,電能變換效率已達理論限制。

    以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體材料應用而生,已成為功率半導體下一代技術演進方向。根據中國第三代半導體產業技術創新戰略聯盟,第三代半導體材料的性能優勢包括:高電子漂移速度,可減少電能轉換功耗,提高能源利用效率;禁帶寬度高,臨界擊穿電壓大,減少高壓運行條件系統所需器件數量,促進系統小型化、輕量化;高熱導率,減少所需冷卻系統。

    數據來源:第三代半導體產業技術創新戰略聯盟《第三代半導體電力電子技術路線圖》

    與氮化鎵相比,碳化硅更適合在1,000V以上的電力系統中應用,包括電動汽車、充電樁、新能源發電裝置、高鐵動力牽引等中高壓場景。氮化鎵器件使用硅材料襯底的技術成熟后,相對使用同質襯底的碳化硅器件,更具成本優勢。未來在中低壓場景,碳化硅與氮化鎵材料制作的器件會有所競爭。

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