功率器(qì)件(jiàn)使用的半導體材料分爲三代：

第一(yī)代半導體材料爲矽（Si）、鍺（Ge）等單質材料。由于工(gōng)藝成熟及生(shēng)産成本低(dī)，矽占據95%以上(shàng)的半導體器(qì)件(jiàn)，是當今半導體材料的主體；

第二代半導體材料爲砷化镓(GaAs)等化合物(wù)材料。砷化镓半導體的電子遷移率高(gāo)、禁帶寬度比矽大，具備高(gāo)耐壓、高(gāo)頻率等優勢，但也有機械強度弱、高(gāo)溫下(xià)易分解、生(shēng)長速度慢(màn)、價格昂貴等劣勢，目前主要應用于LED等光(guāng)電子領域；

第三代半導體材料爲碳化矽(SiC)、氮化镓(GaN)等寬禁帶材料。

提高(gāo)能(néng)源利用效率（減少能(néng)量消耗和損耗）是功率半導體技(jì)術進步的主要方向。理想目标是，功率半導體在導通(tōng)狀态下(xià)沒有任何功率消耗，在關斷狀态下(xià)也沒有漏電流。現今，根據IEA的報告，世界電能(néng)損耗占總電能(néng)量的20%，無論從經濟效益還是環境保護的角度來看(kàn)，都是極大的浪費。然而，以傳統矽材料制作的功率半導體器(qì)件(jiàn)，電能(néng)變換效率已達理論極限。

以碳化矽、氮化镓爲代表的第三代半導體材料應用而生(shēng)，已成爲功率半導體下(xià)一(yī)代技(jì)術演進方向。根據中國第三代半導體産業技(jì)術創新戰略聯盟，第三代半導體材料的性能(néng)優勢包括：高(gāo)電子漂移速度，可減少電能(néng)轉換功耗，提高(gāo)能(néng)源利用效率；禁帶寬度高(gāo)，臨界擊穿電壓大，減少高(gāo)壓運行條件(jiàn)系統所需器(qì)件(jiàn)數量，促進系統小(xiǎo)型化、輕量化；高(gāo)熱導率，減少所需冷卻系統。

與氮化镓相(xiàng)比，碳化矽更适合在1,000V以上(shàng)的電力系統中應用，包括電動汽車、充電樁、新能(néng)源發電裝置、高(gāo)鐵動力牽引等中高(gāo)壓場景。氮化镓器(qì)件(jiàn)使用矽材料襯底的技(jì)術成熟後，相(xiàng)對使用同質襯底的碳化矽器(qì)件(jiàn)，更具成本優勢。未來在中低(dī)壓場景，碳化矽與氮化镓材料制作的器(qì)件(jiàn)會有所競争。

目前，碳化矽器(qì)件(jiàn)主要用于電源供應和光(guāng)伏逆變器(qì)，以及有限的電動汽車行業應用。主要潛在應用市(shì)場尚未打開。

2017-2019年(nián)間，全球碳化矽功率器(qì)件(jiàn)市(shì)場平均複合增長率39.7%，2019年(nián)市(shì)場規模爲5.07億美元，市(shì)場滲透率仍僅1.27%，尖角初露。

各方渠道的公開信息都對碳化矽器(qì)件(jiàn)市(shì)場增長較爲樂觀。據估計，2025年(nián)，全球碳化矽器(qì)件(jiàn)市(shì)場将超過30億美元，未來5年(nián)平均複合增長率高(gāo)達34.5%，此後繼續保持增長。

從增長來源/下(xià)遊需求端來看(kàn)，可預見的未來内，新能(néng)源汽車（包括配套充電樁）将是碳化矽器(qì)件(jiàn)最大的應用場景，占總需求至少50%，增長速度遠超其他市(shì)場.

細分來看(kàn)，目前，碳化矽器(qì)件(jiàn)在電動汽車上(shàng)主要用于OBC車載充電器(qì)和DC-DC轉換器(qì)，有助于提高(gāo)汽車充電速度。2018年(nián)底，全球已有超過20家汽車廠商在OBC中使用碳化矽器(qì)件(jiàn)。然而，其市(shì)場價值空間較爲有限。

在電動汽車的驅動電機/逆變器(qì)（即其動力系統）上(shàng)應用碳化矽器(qì)件(jiàn)，可顯著提升行駛裏程，潛在應用規模遠大于其他應用。将碳化矽器(qì)件(jiàn)用于驅動電機，既可降低(dī)電能(néng)損耗、提高(gāo)電力可控性，也可使設備體積更小(xiǎo)（減少約50%）、重量更輕，從而使汽車行駛裏程增加5~10%，或相(xiàng)應降低(dī)5%~10%的電池成本（約合每輛車200-600美元）。再者，使用碳化矽器(qì)件(jiàn)還可縮減制冷系統成本、延長動力電池使用壽命，可謂有利無害。粗略估計，每輛電動車驅動電機上(shàng)使用的碳化矽器(qì)件(jiàn)潛在價值金額或超現有應用價值的10倍以上(shàng)。

驅動電機的碳化矽器(qì)件(jiàn)應用趨勢已明确。目前，多(duō)數車企都打算(suàn)在未來幾年(nián)在主逆變器(qì)中使用碳化矽器(qì)件(jiàn)。出于成本因素，碳化矽器(qì)件(jiàn)首先配置于高(gāo)端電動車，特斯拉是碳化矽器(qì)件(jiàn)應用先驅，其Model3驅動電機搭載了24個650V/100A碳化矽MOSFET模塊。比亞迪在2020年(nián)新推出的漢（高(gāo)性能(néng)版）使用碳化矽MOSFET電機控制模塊。國外零部件(jiàn)供應商博世、采埃孚、德爾福亦皆推出了碳化矽電驅動系統研發計劃。此外，電力系統電壓的提升意味著(zhe)充電速度加快，以保時捷Taycan爲始，随著(zhe)高(gāo)端電動汽車電池包電壓平台從400v升級到(dào)800v，碳化矽模塊的需求将從650v轉移至1200v。

此外，碳化矽器(qì)件(jiàn)在充電樁市(shì)場的應用亦将快速增長。新能(néng)源汽車的普及将帶動充電樁建設需求，目前國内外缺口很大。由于其性能(néng)優勢，碳化矽器(qì)件(jiàn)在大功率直流（快充）充電樁的應用較多(duō)。

新能(néng)源汽車之外，針對軌道交通(tōng)、特高(gāo)壓電網等特定需求的高(gāo)耐壓器(qì)件(jiàn)目前還在開發階段，預計在2025年(nián)以後存在商用可能(néng)。

不過，由于碳化矽的工(gōng)藝比矽更複雜，附加值更高(gāo)，下(xià)遊客戶主要将其用于高(gāo)效益比的應用中，預計不會取代矽在低(dī)端領域的應用。

如上(shàng)所述，碳化矽器(qì)件(jiàn)性能(néng)優勢突出、應用場景明确、又(yòu)有産業鏈上(shàng)下(xià)遊龍頭企業積極投入，可目前市(shì)場滲透率仍低(dī)。究其原因，即爲受制于高(gāo)制造成本、低(dī)技(jì)術成熟度兩大屏障。破此二障，是技(jì)術發展方向的核心。碳化矽器(qì)件(jiàn)制造的四個環節（襯底制作，外延制作、芯片制程、封裝測試）各有發力。

1）碳化矽器(qì)件(jiàn)制造成本高(gāo)昂。目前碳化矽二極管、MOSFET的成本大概是同類矽産品的2-3倍、5-10倍，而下(xià)遊客戶認爲大規模應用碳化矽器(qì)件(jiàn)的普遍價格區間應是同類矽器(qì)件(jiàn)1.5倍左右。成本高(gāo)企的主要因素是原材料價格高(gāo)，尤其是占标準碳化矽器(qì)件(jiàn)成本50%的襯底晶圓。

碳化矽原材料的特性決定了高(gāo)于矽晶圓的制備難度和成本。制備溫度方面，碳化矽襯底需要在2500度高(gāo)溫設備下(xià)進行生(shēng)産，而矽晶隻需1500度；生(shēng)産周期方面，碳化矽晶圓約需要7至10天，而矽晶棒隻需要2天半；商業化晶圓尺寸方面，目前碳化矽晶圓主要是4英寸與6英寸，而用于功率器(qì)件(jiàn)的矽晶圓以8英寸爲主，這意味著(zhe)碳化矽單晶片所産芯片數量較少、碳化矽芯片制造成本較高(gāo)。

技(jì)術演進方向：襯底方面，國外龍頭企業預計将在2022年(nián)左右開始批量生(shēng)産8寸晶片；外延及器(qì)件(jiàn)方面，将繼續提高(gāo)産能(néng)及制造良品率。

2）碳化矽産業發展時間不長，有待更多(duō)應用驗證。碳化矽不像矽産業，已在幾十年(nián)的研究中積累了一(yī)套很完整的數據。碳化矽的很多(duō)性能(néng)結論都是由矽的性質推導而來，不少特性數據有待進一(yī)步實證。

此外，碳化矽功率器(qì)件(jiàn)的産品組合尚未完善。從整個功率半導體市(shì)場來看(kàn)，功率器(qì)件(jiàn)種類多(duō)樣，主要包括二極管、MOSFET、IGBT等，分别适用于不同的領域。但是目前，碳化矽器(qì)件(jiàn)市(shì)場還以二極管爲主，MOSFET尚未大規模推廣，IGBT仍在研發。碳化矽二極管主要用于替代矽二極管，結構複雜度較低(dī)，現已大規模商用化，2019年(nián)碳化矽二極管的碳化矽器(qì)件(jiàn)市(shì)場占比達到(dào)85%，可謂是目前最主要的碳化矽器(qì)件(jiàn)。碳化矽MOSFET可替代矽基IGBT，大規模應用仍受限于産品性能(néng)穩定性及器(qì)件(jiàn)成熟性。碳化矽IGBT尚在研發，預計将在5-10年(nián)後才能(néng)看(kàn)到(dào)相(xiàng)關器(qì)件(jiàn)原型。

技(jì)術演進方向：器(qì)件(jiàn)方面，正在發展3.3kv以上(shàng)的高(gāo)耐壓器(qì)件(jiàn)、并引入溝槽式設計以提高(gāo)器(qì)件(jiàn)性能(néng)和可靠性；封裝方面，将優化封裝工(gōng)藝以發揮碳化矽耐高(gāo)溫優勢。

加強頂層設計，制定規劃、集中力量、發展技(jì)術、夯實基礎

· 制定戰略規劃、規劃技(jì)術發展路(lù)線、探索可彙聚各方資源的路(lù)徑方法

· 調動政府和資本，促進産業集群，集中并優化創新資源，集中力量以攻破設備、材料和器(qì)件(jiàn)上(shàng)的技(jì)術短闆

· 加強基礎研究、鼓勵原始創新，爲産業提供人才、技(jì)術、與創意供給

完善産業鏈公共研發、服務、及生(shēng)産應用等基礎平台

· 建設開放(fàng)的國家創新技(jì)術中心、國際化的公共研發和服務平台，攻堅核心技(jì)術、豐富創新資源

· 建設測試驗證和應用示範平台，完善産品測試流程、協助企業創新應用、加強以應用爲核心的體系化能(néng)力

完善産業生(shēng)态環境，抓住人才、技(jì)術、應用、國際合作等關鍵點

· 完善人才體系，培養創業創新、工(gōng)程技(jì)術等方面的領軍人才

· 建設開放(fàng)、有序的技(jì)術标準體系，加強專利運營，積極參與國際技(jì)術标準制定

· 推動國際合作，增加與國外産學研界的科研交流，并推動設立海外技(jì)術研發和創新中心