自2017年特斯拉推出首款基于SiC主驅的汽車以來，SiC技術在新能源汽車的應用取得了顯著突破，如今已廣泛覆蓋10萬至150萬元價格區間的車型，功率等級跨度從150kW至645kW。

SiC的廣泛應用主要依賴于以下幾點因素：器件性能、質量、價格和產能。

相比傳統的硅基IGBT方案，SiC MOSFET因其低導通電阻和低開關損耗，大幅降低了電機控制系統的損耗，帶來約5%的行駛里程提升，有效緩解新能源汽車用戶里程焦慮；為了獲得更大的車內空間和更低的車身重量，應用碳化硅基器件能夠有效節省電控系統空間，降低系統成本；新能源汽車常處于高溫、高壓、高頻的復雜工況，而碳化硅功率器件在這種環境下的效率遠高于傳統硅基功率器件；在追求極致補能效率的趨勢下，高電壓大電流的電力輸入需要碳化硅功率器件的支持。

在新能源汽車中，SiC功率器件主要聚焦于三大核心能量轉換樞紐：主驅逆變器、車載充電機、DC-DC轉換器。此外還涵蓋汽車周邊生態，如充電樁。

使用碳化硅的最大頭是新能源汽車的電驅逆變器。電驅逆變器負責將電池的直流電轉換為交流電以驅動電機。與傳統硅基IGBT相比，碳化硅器件（如SiC MOSFET，即金屬氧化物半導體場效應管）的開關損耗降低75%，效率提升 3%-5%，體積可縮小至原來的1/10，同時能夠支持更高頻率的工作。

在價格方面，隨著襯底制造技術成熟、良率提升、產能擴張以及模塊封裝優化，SiC器件的成本正以每年10%-15%的速度下降，加速其在更廣泛車型上的滲透，2023年以來搭載800V高壓平臺車型明顯增多。

在產業研究上，SiC的功率器件研究很早就開始了，但是由于襯底質量的限制，直到2001年才開始逐漸商業化，目前SiC功率器件的主要生產廠商有Cree、Rohm、Infineon、STMicroelectronics、GeneSiC 和 Microsemi公司，國內生產廠商主要有泰科天潤、三安光電、基本半導體等公司，目前國內廠商受限于溝槽型SiC MOSFET專利壁壘較高、生產制造水平仍有差距，研究重點著眼于平面型SiC MOSFET。

從產業格局看，目前全球SiC產業格局呈現美國、歐洲、日本三足鼎立態勢，其中美國全球獨大，占有全球SiC產量的70%-80%；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應用產業鏈，在全球電力電子市場擁有強大的話語權；日本是設備和模塊開發方面的絕對領先者,目前SiC器件在EV/HEV上應用發展最快的是日本企業。

近日，Yole公布了對碳化硅（SiC）功率器件市場的最新預測。預測顯示，該市場在2024年至2030年期間將以20%的復合年增長率（CAGR）增長，到2030年將擴大到103億美元。

碳化硅器件產能預測；來源: Yole Group

報告中顯示，2023年全球功率SiC器件市場上，電動汽車領域占到77%，工業應用占21%，兩大市場幾乎包攬了整個SiC產業的需求。從2024年全球電動汽車市場的狀況來看，根據Rho Motion的數據，全球純電動和插混汽車銷量同比增長25.6%，但其中不同地區呈現分化。

目前碳化硅“上車”趨勢明顯，但在其發展過程中仍然面臨一些挑戰：

1）制造成本：目前，SiC器件的生產成本仍然高于硅器件，限制了其在某些低功率應用中的普及。因此，降低SiC器件的生產成本是未來發展的關鍵。

2）技術成熟度：SiC材料的制備和器件設計仍在不斷進步，一些新技術的成熟和標準化需要時間。

3）市場接受度：盡管SiC功率器件的優勢明顯，但市場對其接受度還需進一步提高，特別是在傳統行業中。

2025年8月21日，中國粉體網將在蘇州舉辦第三代半導體SiC晶體生長及晶圓加工技術研討會。屆時，來自安徽芯塔電子科技有限公司高級市場經理周駿峰將帶來《車用SiC功率器件技術與市場前景探討》的報告。

吳煒杰

等：碳化硅功率器件技術發展綜述

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