中國(guó)粉體網(wǎng)訊  作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，碳化硅因其出色的高功率密度、耐高壓高溫、低能耗及抗輻射性能，在新能源汽車、5G通信、光伏儲(chǔ)能、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的市場(chǎng)潛力。

來源：天岳先進(jìn)

新能源汽車：電動(dòng)車性能升級(jí)核心

新能源汽車是目前碳化硅器件的最大應(yīng)用陣地，其技術(shù)應(yīng)用已成為提升電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力汽車性能的核心突破口。依托高熱導(dǎo)率、高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度及優(yōu)異機(jī)械性能，碳化硅器件顯著優(yōu)化了車輛電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、充電系統(tǒng)與能源管理系統(tǒng)的效率與可靠性。

在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，碳化硅器件的應(yīng)用極為顯著，特別是在電機(jī)控制器中。這些器件，如MOSFET和IGBT，極大提升了功率密度和轉(zhuǎn)換效率。這意味著在相同的能量輸入下，車輪能夠獲得更多的動(dòng)力，從而提高了車輛的加速性能和續(xù)航能力。此外，高效的電機(jī)控制器還能減少能量在轉(zhuǎn)換過程中的損失，降低車輛的能耗，這對(duì)于延長(zhǎng)續(xù)航里程、減少充電次數(shù)至關(guān)重要。

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在充電系統(tǒng)中，DC/DC電源變換器在新能源汽車中負(fù)責(zé)將高壓電池組的直流電轉(zhuǎn)化為低壓直流電，以供車內(nèi)各種電子設(shè)備使用。碳化硅器件可以使DC/DC電源變換器的效率更高，損耗更低。這不僅有助于延長(zhǎng)電池壽命，還能確保車輛在各種情況下都能穩(wěn)定地為電子設(shè)備供電。

不過，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，碳化硅芯片雖長(zhǎng)期處于高速增長(zhǎng)區(qū)間，即便在汽車芯片市場(chǎng)整體承壓時(shí)仍保持相對(duì)堅(jiān)挺，但也吸引了大量廠商入局。近兩年，全球6英寸SiC片產(chǎn)能快速釋放，疊加電動(dòng)汽車市場(chǎng)需求階段性放緩，市場(chǎng)出現(xiàn)供過于求現(xiàn)象，直接對(duì)SiC晶圓價(jià)格形成下行壓力。此外，海外碳化硅芯片巨頭積極與中國(guó)廠商合作布局本土市場(chǎng)，進(jìn)一步加劇了行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。

光伏新能源：逆變器提效關(guān)鍵推手

光伏逆變器作為太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，承擔(dān)著將光伏面板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電的關(guān)鍵任務(wù)，其轉(zhuǎn)換效率直接決定整個(gè)光伏系統(tǒng)的發(fā)電效益。相較于傳統(tǒng)硅基逆變器，碳化硅逆變器憑借更高的開關(guān)頻率，能更快速、精準(zhǔn)地控制電流轉(zhuǎn)換，大幅減少能量損耗，顯著提升電能轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，更低的運(yùn)行損耗進(jìn)一步優(yōu)化了光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體發(fā)電表現(xiàn)。

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隨著全球新能源裝機(jī)量的快速增長(zhǎng)，光伏+儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)�SiC的需求持續(xù)攀升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2024年光伏儲(chǔ)能相關(guān)應(yīng)用已占據(jù)SiC功率器件市場(chǎng)的兩位數(shù)份額，未來有望進(jìn)一步提升。Yole研報(bào)預(yù)測(cè)，到2025年，碳化硅在光伏發(fā)電及儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)3.14億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)17%，成為拉動(dòng)SiC市場(chǎng)增長(zhǎng)的重要引擎。

軌道交通：列車節(jié)能減重助力者

軌道交通車輛對(duì)功率半導(dǎo)體器件需求旺盛，其牽引變流器、輔助變流器、主輔一體變流器、電力電子變壓器、電源充電機(jī)都有使用碳化硅器件的需求。其中，牽引變流器是機(jī)車大功率交流傳動(dòng)系統(tǒng)的核心裝備，將碳化硅器件應(yīng)用于軌道交通牽引變流器，能極大發(fā)揮碳化硅器件高溫、高頻和低損耗特性，提高牽引變流器裝置效率，符合軌道交通大容量、輕量化和節(jié)能型牽引變流裝置的應(yīng)用需求，提升系統(tǒng)的整體效能。

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目前，我國(guó)新一代高速列車的牽引系統(tǒng)已在測(cè)試碳化硅模塊方案，期望通過效率提升降低列車能耗，并借助減輕冷卻系統(tǒng)重量增加載客量。此外，在激光器電源、半導(dǎo)體制造設(shè)備電源等高端制造裝備中，SiC器件也開始投入應(yīng)用，以滿足這些裝備對(duì)潔凈電源與緊湊體積的嚴(yán)苛要求。整體來看，工業(yè)與交通電氣化趨勢(shì)為碳化硅在工控和運(yùn)載領(lǐng)域開辟了廣闊空間。

智能電網(wǎng)：電力系統(tǒng)變革核心

相比其他電力電子裝置，電力系統(tǒng)要求更高的電壓、更大的功率容量和更高的可靠性，碳化硅器件突破了硅基功率半導(dǎo)體器件在大電壓、高功率和高溫度方面的限制所導(dǎo)致的系統(tǒng)局限性，并具有高頻、高可靠性、高效率、低損耗等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在固態(tài)變壓器、柔性交流輸電、柔性直流輸電、高壓直流輸電及配電系統(tǒng)等應(yīng)用方面推動(dòng)智能電網(wǎng)的發(fā)展和變革。

5G 通信：信號(hào)傳輸提速關(guān)鍵

在5G技術(shù)體系中，無線通信是核心應(yīng)用方向，碳化硅材料為實(shí)現(xiàn)高速、穩(wěn)定、遠(yuǎn)距離的無線通信提供了關(guān)鍵支撐。其可用于制造高性能微波和毫米波器件（如功率放大器、頻率轉(zhuǎn)換器），依托高飽和漂移速度與高電子遷移率的特性，實(shí)現(xiàn)高功率放大與高頻率轉(zhuǎn)換，大幅提升信號(hào)傳輸能力與數(shù)據(jù)傳輸速率。

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同時(shí)，射頻器件作為5G通信系統(tǒng)的重要組成部分，碳化硅材料在該領(lǐng)域的應(yīng)用正迎來廣泛研究與開發(fā)。憑借優(yōu)異的電學(xué)性能，碳化硅成為高頻率、高功率射頻應(yīng)用的理想選擇。無論是宏基站還是小基站，碳化硅器件都能發(fā)揮獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：宏基站可延長(zhǎng)信號(hào)覆蓋距離，小基站則能實(shí)現(xiàn)更高功率密度與更低功耗。據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，碳化硅在5G通信領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)數(shù)億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率超25%。

數(shù)據(jù)中心：能耗降低核心力量

超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算的興起，使得電能消耗成為關(guān)鍵挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)中心含有大量服務(wù)器和通信設(shè)備，需要將市電轉(zhuǎn)換為服務(wù)器所用的低壓直流電，多重變換環(huán)節(jié)造成相當(dāng)?shù)哪芰繐p耗和發(fā)熱。碳化硅器件因其低損耗特性，被越來越多地采用在數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)中。例如高效PFC（功率因數(shù)校正）電路、服務(wù)器電源模塊、不間斷電源(UPS)等，都開始用SiCMOSFET和SiC二極管來替代硅器件，從而顯著提高電源轉(zhuǎn)換效率、減少發(fā)熱。

據(jù)估計(jì)，到2025年數(shù)據(jù)中心及通信電源相關(guān)應(yīng)用將占SiC器件市場(chǎng)的約10%，成為繼新能源汽車、光伏之后又一重要板塊。

AR 眼鏡：輕量化突破關(guān)鍵材料

目前的AR技術(shù)主要采用波導(dǎo)材料來實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)和虛擬信息疊加，而碳化硅正是制造波導(dǎo)鏡片的理想材料之一。

當(dāng)前，AR眼鏡逐漸受到資本市場(chǎng)的青睞，輕量化、高性能已成為行業(yè)明確的發(fā)展方向。而碳化硅憑借高折射率、高熱導(dǎo)率、高透光性、低損耗、高硬度等核心優(yōu)勢(shì)，能有效破解傳統(tǒng)材料的性能瓶頸，為AR眼鏡的技術(shù)升級(jí)與消費(fèi)級(jí)普及提供關(guān)鍵支撐。

來源：雷鳥創(chuàng)新

隨著人工智能技術(shù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，碳化硅的應(yīng)用邊界持續(xù)拓展，如今正式踏入全新賽道——成為下一代人機(jī)交互入口“AI+AR”眼鏡的核心材料，正加速推動(dòng)AR眼鏡向消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)邁進(jìn)，開啟人機(jī)交互的全新篇章。從市場(chǎng)層面看，SiC成本約占AR眼鏡總成本的20%以上，是規(guī)模化普及的核心受益環(huán)節(jié)。業(yè)內(nèi)預(yù)測(cè)，若單副SiC鏡片成本下降至約1000元，并實(shí)現(xiàn)2000萬副銷量，將撬動(dòng)一個(gè)200億元級(jí)別的市場(chǎng)。

人工智能：芯片散熱難題解法

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，AI服務(wù)器用GPU芯片等的性能持續(xù)提升，芯片功率不斷提高。與此同時(shí)，為了減少芯片體積、面積，先進(jìn)封裝選擇了將多個(gè)芯片高密度堆疊的方式，帶來的結(jié)果就是芯片封裝的散熱問題愈發(fā)嚴(yán)峻。傳統(tǒng)的陶瓷基板熱導(dǎo)率約在200—230W/mK，已難以滿足日益增長(zhǎng)的散熱需求。

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碳化硅材料恰好具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能。公開資料顯示，碳化硅的熱導(dǎo)率僅次于鉆石，可達(dá)400W/mK，甚至接近500W/mK，幾乎是陶瓷基板的兩倍，是數(shù)據(jù)中心與AI高算力芯片的良好封裝材料。

近期行業(yè)動(dòng)態(tài)顯示，英偉達(dá)計(jì)劃在新一代GPU芯片的先進(jìn)封裝環(huán)節(jié)采用碳化硅襯底作為中介層材料；臺(tái)積電也在規(guī)劃將12英寸單晶碳化硅應(yīng)用于散熱載板，替代傳統(tǒng)的氧化鋁、藍(lán)寶石基板及陶瓷基板。碳化硅正成為突破AI算力瓶頸的關(guān)鍵材料，有望為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈帶來顛覆性變革。

隨著8英寸碳化硅技術(shù)逐步成熟、成本持續(xù)下降，碳化硅正從“高端可選”材料向“主流必選”材料轉(zhuǎn)變。從新能源汽車的性能升級(jí)到光伏儲(chǔ)能的效率提升，從5G通信的高速傳輸?shù)紸I芯片的散熱突破，碳化硅在多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深化，未來將持續(xù)作為支撐科技發(fā)展的核心材料，在全球產(chǎn)業(yè)變革中占據(jù)重要地位。

參考來源：

宋也男.構(gòu)建虛擬“實(shí)鏡”的超級(jí)材料碳化硅

耿志剛.汽車電子行業(yè)的碳化硅市場(chǎng)分析

中國(guó)電子報(bào).碳化硅“備戰(zhàn)”光伏市場(chǎng)

張冬云.碳化硅材料在5G通信中的應(yīng)用展望

黃凌云.碳化硅材料在高頻半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用與性能優(yōu)化分析

韋仕貢.碳化硅功率器件的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

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（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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