第三代半導體材料充電10分鐘，行駛400公里，能耗降低50%

以碳化矽為代表的第三代半導體被稱為“綠色”半導體。而第三代半導體材料，已廣泛運用在5G基站、新能源汽車等數字經濟領域。

碳化矽器件已在新能源車載充電裝置上實現了批量應用，有了它們，新能源汽車的充電速度和整車性能都會大幅提高。

核“芯”技術跑出加速度

這十年，以中國電科為代表的企業，已完成從材料、裝備、芯片、器件到應用的體系化佈局，推動了第三代半導體產業快速發展。

中國電子科技集團首席專家柏松表示：新能源汽車如果用傳統的第一代半導體器件，充電時間需要半個小時以上，而採用了第三代半導體碳化矽器件以後，可以實現充電10分鐘行駛400公里。

全球碳化矽材料龍頭Wolfspeed中國區銷售與市場副總裁張三嶺也曾舉例道，以電動汽車的22kW OBC（車載充電器）應用為例，碳化矽器件有助於減少30%的功率損耗、縮短充電時間，並將功率密度提升50%。

柏松從事碳化矽器件的開發和應用研究已有近20年。他指出，這是新能源汽車車載充電裝置所需的關鍵元器件，2020年以前，這類器件完全依賴進口，而現在，中國電科的碳化矽器件，裝車量已經達到100萬台。

柏松稱：“尤其從2021年春節開始，國產器件有機會跟國外的知名企業同台競技，實現了一個零的突破。”

碳化矽加速“上車”

近年來第三代半導體風起，2022年投資、整合、擴產不斷。目前，碳化矽和氮化鎵是第三代半導體中應用最廣的兩類材料，其中碳化矽商用更加成熟。

經過十多年的發展，隨著全球低碳化趨勢，以及新能源汽車的崛起，碳化矽乘上了新東風，尤其是在汽車領域，按下了上車的加速度。

根據TrendForce集邦諮詢報告《2022第三代半導體功率應用市場報告》顯示，隨著越來越多車企開始在電驅系統中導入SiC（碳化矽）技術，預估2022年車用SiC功率元件市場規模將達到10.7億美元，至2026年將攀升至39.4億美元。

面對電動汽車等市場機遇，全球廠商們不斷擴大碳化矽產能、投入研發。

今年4月，Wolfspeed全球最大的首座8英寸（200mm）SiC工廠正式開業，該工廠預計2024年達產，屆時產能將達2017年的30倍。除了Wolfspeed，今年英飛凌計劃斥資逾20億歐元，在馬來西亞居林工廠建造第三個廠區，新廠區將用於生產碳化矽和氮化鎵功率半導體產品。同時，更多的企業在8英寸領域進行突破，比如法國企業Soitec發布了首款8英寸碳化矽晶圓、中國電科材料爍科公司研製出8英寸碳化矽晶體。

當前，中國的碳化矽項目也層出不窮，並且汽車領域競爭激烈，除了國外大廠，上汽、北汽、廣汽、吉利等大型汽車集團正在加大本土碳化矽產業鏈的投資力度。

碳化矽晶片“芯”成本下降

碳化矽器件市場增長背後，是十年來中國半導體企業從材料到裝備到芯片、器件的全鏈條佈局。

在中國最大的碳化矽材料產業基地，一張張薄薄的碳化矽晶片一字排開，這些晶片厚度不足0.5毫米，直徑從2英寸、4英寸到8英寸，是先進的第三代半導體材料。

晶片的尺寸和質量，直接影響著下游的碳化矽器件的成本和性能。尺寸越大，成本就越低。十年前，中國電科旗下的這家企業對2英寸碳化矽晶片還處在研製階段，現在，已經實現了6英寸晶片的規模化生產，年產能達到15萬片，處於中國前列。今年3月，這家企業還率先發布了新一代8英寸碳化矽晶片產品。

電科材料山西爍科晶體有限公司常務副總經理魏省汝表示：“2009年，我們已經研製出了2英寸的碳化矽襯底（晶片），當我們把襯底（晶片）的尺寸從2英寸擴展到4英寸，單個芯片的成本可以降到原來的1/4。現在再做到8英寸，相當於在4英寸基礎上又可以再降低70%到80%的成本。研製大尺寸、高性能的晶片，碳化矽晶體生長裝備是關鍵。十年前，中國電科研發的碳化矽長晶裝備，僅能生產2英寸或4英寸的小尺寸晶體，工藝水平和生產效率都不高。目前，這些晶體生長以及產業鏈配套相關裝備，已經完成了多輪迭代升級。”

產業規模有望達數千億

以碳化矽為代表的第三代半導體被稱為“綠色”半導體，十年來，中國電科的第三代半導體器件實現了從研發到商用的轉型，兩億隻產品有力支撐了新基建和“雙碳”戰略需求。

數據顯示，它的器件節能性是矽器件的4倍，可以使新能源汽車能耗降低50%，特高壓電網損耗降低60%，軌道交通功率器件系統損耗降低20％以上。

“第三代半導體是戰略新興產業，從裝備、材料、芯片、器件到應用，這一全產業鏈的整體視角來看，未來產業規模將高達數千億元人民幣。”（21財匯聞）