中國粉體網訊  碳化硅具有高禁帶寬度、高擊穿電場、高熱導率、高電子飽和漂移速率等顯著特征，可以滿足科技發展對高溫、高功率、高壓、高頻等復雜場景的器件要求，在電力電子、新能源汽車、能源存儲、智能制造、光伏、軌道交通等多個領域有廣泛應用，可謂“萬物皆可碳化硅”。

碳化硅在新能源汽車中的應用

在新能源汽車領域，碳化硅技術的應用正成為提升電動汽車和混合動力汽車性能的關鍵。碳化硅器件以其高熱導率、高擊穿電場強度和優異機械性能，顯著提升了電力驅動系統、充電系統和能源管理系統的效率和可靠性。

在汽車電力驅動系統中，碳化硅器件的應用極為顯著，特別是在電機控制器中。這些器件極大提升了功率密度和轉換效率，使得功率密度增加超過30%，效率接近99%。這對于提高電動汽車的續航能力和動力性能至關重要。碳化硅器件的耐高溫特性也確保了電力驅動系統在高溫環境下的穩定性。

碳化硅在智能駕駛與車聯網中的應用

在智能駕駛與車聯網的快速發展中，碳化硅技術憑借其卓越性能，正逐步滲透到傳感器系統、數據處理單元和通信模塊等關鍵領域，顯著提升系統性能和可靠性。

傳感器系統作為智能駕駛的“眼睛”和“耳朵”，碳化硅材料的高熱導率和低熱膨脹系數，確保了傳感器在極端溫度條件下的穩定性，增強了其可靠性并延長了使用期限。某知名汽車制造商在其智能駕駛車型中采用碳化硅基激光雷達傳感器，探測距離提升20%，高溫環境下誤差率降低30%。

研究指出，使用碳化硅MOSFET的數據處理單元（DPU）在能耗上減少了大約40%，并且在處理速度上提升了約15%，從而增強了系統的即時反應能力和穩定性。而DPU正是智能駕駛系統的“核心”。

有實驗數據表明，在5G網絡環境下，采用碳化硅二極管的通信模塊能夠將信號傳輸速度提高25%，同時將信號衰減率減少18%，從而顯著提升了車輛與云端之間的數據交換能力。

碳化硅在光伏系統中的應用

在光伏系統中，核心設備如逆變器、MPPT控制器和儲能變換模塊對功率器件提出了高效率、高耐壓、高溫工作能力以及小型化等多重要求。傳統硅器件在高壓、高溫環境下效率下降明顯，難以支撐光伏電站日益增長的功率密度需求。碳化硅功率器件具備更高的擊穿電壓、更低的導通電阻和更快的開關速度，可顯著提升功率轉換效率并減少系統發熱，從而簡化散熱設計，降低系統能耗。尤其是在1500V組串、光儲融合、高溫或高頻工況下，其系統級優勢尤為明顯。

舉例來說，據數據顯示，采用SiC MOSFET的組串式逆變器，轉換效率可從約97.5%提升至98.7%以上，且使整機體積縮小30%；而在高頻DC-DC轉換中，磁性元件尺寸顯著減小，提升了模塊集成度；在高溫地區部署的電站中，碳化硅器件的高熱穩定性帶來了更長的系統運行壽命。

碳化硅在5G通信中的應用

在無線通信、雷達系統等應用中，射頻器件作為信號傳輸與處理的核心，其性能對系統穩定性至關重要。以半絕緣型碳化硅為基礎的射頻器件因其寬禁帶特性，具有低損耗、高頻寬、高功率密度等優勢，成為下一代5G及軍工通信系統的重要支撐。

碳化硅在軌道交通中的應用

碳化硅能夠適應更高的電壓及溫度，同時降低能量損耗，從而可開發更有效、更小型的電力轉換系統，例如列車所用的牽引變流器。可提高功率密度，減輕總重量，有助于降低能耗，提高列車的速度及可靠性。通過采用碳化硅，軌道交通系統可實現更高的效率及更佳的運行性能，從而促進更經濟及可持續的軌道運營。

碳化硅在電網中的應用

碳化硅可通過提高輸配電的效率及容量顯著增強電網。碳化硅襯底能夠在更高的溫度、電壓及頻率下運行，使轉換器、開關設備及變壓器等器件更小型、更高效，從而減少能源損耗，提高電力質量。例如，在相同的電壓及轉換頻率下，采用碳化硅的MOSFET逆變器與硅基IGBT逆變器相比，能量損耗顯著降低。碳化硅的高導熱性減少了散熱及維護需求，降低了運行成本，提高了可靠性。

碳化硅在家電中的應用

在PFC電路、升壓電路、電機驅動及高壓電源中使用碳化硅可提高家電的能源轉換效率，從而提升其能源性能和效率并減少家庭用電量。碳化硅襯底使功率半導體器件能夠提高電源的功率密度，并減小散熱器的尺寸，從而降低家電磁性元件和熱管理部件的體積和成本，促進家電產品的小型化。

碳化硅在低空飛行器中的應用

以eVTOL（電動垂直起降飛行器）為代表的新型航空器成為全球低空經濟角逐的焦點，有望成為萬億級產業新賽道。SiC MOSFET器件通過效率躍升與輕量化革新，正推動eVTOL從實驗階段邁向商業化運營。SiC MOSFET器件已成為eVTOL電力系統的核心組件，其性能提升與成本下降將推動行業進入規模化應用階段。未來3-5年，隨著8吋晶圓量產、車規級認證普及及國產供應鏈成熟，SiC器件在eVTOL中的滲透率或將大幅提升。

碳化硅在人工智能（AI）中的應用

電力正在成為威脅人工智能（AI）進步的最新瓶頸，而人工智能迅猛增長的算力背后，攀升的能源占用也正在大量擠占正常的社會用能需求。以美國的數據中心為例，到2030年可能會消耗高達9%的全美發電量，大致相當于40座中等規模核電廠的年發電量。

如此規模的用電量，如果能降低哪怕0.1%的能耗都是一個巨大的數字。為了幫助解決迫在眉睫的電力壓力，全球業界都在產業生態鏈積極探索所有可能，例如安森美開發了一系列新的硅溝槽功率MOSFET和SiC MOSFET。其Si和SiC MOSFET的組合可以將困擾數據中心電源的功率損耗減少多達1%，僅僅用于數據中心，每年可以節省高達10 TWh的電力，而且可以使其在更小的面積內具有更高的效率和更好的熱性能。

碳化硅在AR眼鏡中的應用

AR眼鏡成為SiC新興應用市場。采用SiC材料制備的光波導片通過高折射率和熱導率兩大特性，有效解決了AR眼鏡視場角窄、彩虹偽影及散熱難題。有機構預計2030年AR眼鏡銷量將達4000萬臺，其中85%采用光波導方案，而光波導中64%將使用SiC材料，經測算2030年AR眼鏡領域8英寸SiC襯底需求將達520萬片。

碳化硅在機器人產業中的應用

晶能微電子CEO潘運濱認為，碳化硅技術的爆發性增長源于新能源汽車的充電革命，而機器人產業有望成為第三代功率半導體下一個關鍵應用場景。機器人與新能源汽車在技術架構上具有高度相似性。汽車芯片可遷移至機器人場景，但需適配差異化的性能要求。以功率半導體為例，除汽車系統外，其技術能力同樣適用于機器人關節的電機驅動控制器。機器人這一新興市場對高效電能控制的需求正在快速增長。

展望

盡管碳化硅耐高壓、耐高頻、耐高溫，且低損耗，但在目前市場上，碳化硅的滲透率遠低于硅。碳化硅性能如此優秀，為什么滲透率這么低？業內人士指出：“在未來很長的一段時間內，碳化硅都只能攫取半導體材料中一塊不是很大的市場空間。我們在分析碳化硅時，切不可盲目樂觀。”關于碳化硅，我們有以下幾點需要明確。

首先，未來碳化硅并不能全面替代硅。碳化硅的優勢是耐高壓、耐高溫、低損耗，但這些優勢在消費電子產品中完全體現不出來。成本方面，碳化硅晶圓制備困難，成本過高，且刻蝕困難，因此無法全面替代硅材料。

其次，第三代導體材料包括碳化硅、氮化鎵等，二者的性能各有側重，碳化硅側重高壓，氮化鎵側重于高頻。兩種材料的競爭屬性不大，應用場景也不盡相同。

參考來源：

天岳先進招股說明書

陳雯：第三代半導體：能源轉換鏈中的革命

陳雯：新能源車拉動碳化硅產業落地迎機遇

安森美、桑德斯

本文圖片來源pixabay

（中國粉體網編輯整理/平安）

注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除！