SiC未来五年内的市场应用趋势如何？限制瓶颈有多少？

1、SiC未来五年内的市场应用趋势如何？

根据预测，2021年全球功率半导体市场规模将达441亿美元，年化增速为4.1%。其中，中国市场预计约159亿美元，占全球市场的36.1%。功率半导体在超高压输电、大数据中心、工业互联网、城际高铁以及新能源汽车和充电桩等行业被采用。

在终端需求大幅增加的情况下，IGBT、SiC等功率器件的市场机遇有多少？对此，业界一直有不同的几种声音：

1、期待SiC的颠覆性作用不现实，将与IGBT长期并存

近年来，随着下游应用需求的不断提升，IGBT技术在进一步提升性能方面遇到了一些困难。开关损耗与导通饱和压降降低相互制约，降低损耗和提升效率的空间越来越小，于是业界开始希望SiC能够成为颠覆性的技术。

但这样的看法显然不是很全面，以国际龙头企业的硅基IGBT产品为例，伴随着封装技术的进步，IGBT器件的性能和功率密度越来越高。同时，他们也在针对不同的应用而配套开发产品，可以针对性做一些特别的优化处理，提高硅器件在系统中的表现，进而提升系统性能和性价比。

所以，有声音称，第三代半导体的发展进程必然与硅器件相伴而行。他们认为除了技术发展之外，还有针对不同应用的大规模商业化价值因素的考量，期望第三代半导体器件能在所有应用场景中快速替代硅器件是不现实的。

2、长远来看,SiC将战胜IGBT

我们可以看到SiC正在变得更有竞争力，特别是在汽车领域正在逐渐散发出光芒，自从2018年特斯拉Model3首次采用SiC MOSFET逆变器以来，国内外诸多车企将SiC电驱的研发提上日程。

所有行业有一部分声音认为，SiC将逐步抢占原先被IGBT占有的领域。特别是在电动汽车正在往800V电压平台转型的当下。目前，传统IGBT通常适应的高压平台在600-700V左右，如果直流母线电压提升到800V以上，那么对应的功率器件耐压则需要提高到1200V左右，以电压为参考标准，当电压为650 V时，SiC的性能会更有优势。不过他们也同时表示，当然在某些价格敏感型应用中，IGBT会被优先考虑。

3、产能、价格等限制较多，少部分企业优先采用SiC，IGBT仍是主流

与硅（Si）相比，碳化硅（SiC）是一种介电击穿强度更大、饱和电子漂移速度更快且热导率更高的半导体材料。SiC器件在用于半导体器件中时，可提供高耐压、高速开关和低导通电阻。SiC被视为功率器件的新一代材料，有助于降低能耗和缩小系统尺寸的器件的出现。

但碳化硅产业上下游供应商和各器件厂家仍待完善，供应链不完善带来的成本和良率等问题将会持续相当长的时间。

碳化硅衬底价差逐渐缩小

在600V-1700V电压应用领域中，与Si MOSFET和IGBT相比，SiC MOSFET具有更大的性能优势。随着产业链企业不断新建SiC制造产线，SiC功率器件的价格会持续下降，但Si技术也会更加成熟，SiC器件与Si器件会长期存在价格差。当然，市场对SiC MOSFET的高需求将促使用户接受这种价格差。

所以在这期间，Si和SiC器件将会互补共存，一部分对开关频率、耐压、功率损耗有较高要求，且成本相对宽松的产品，将会优先采用SiC器件，IGBT仍是主流应用。

2、SiC等宽禁带半导体应用瓶颈有多少？

当前SiC衬底晶片的成本是同尺寸Si衬底晶片成本的的4至5倍，预计未来3至5年内，SiC衬底晶片的价格会逐渐降到Si的2倍左右。在这个过程中，短期内SiC器件产能和供货吃紧可能在所难免。无论是SiC还是GaN，虽然在很多应用场景中，它们拥有更优越的性能，但是在大规模商用化路径上，它们还面临一些制约因素的困扰。

首先，就当前情况来看，最核心的瓶颈还是在于产能问题，如今SiC器件的交期普遍超过6个月。虽然随着新工厂的增加，供应紧张的情况会有所改善。但与此同时，需求将会蓬勃发展，尤其是电动汽车行业的需求。在价格与需求实现平衡匹配之前，仍可预期市场会有好几年的动荡。

其次，宽禁带半导体的产业发展时间相对较短，当前SiC器件、模块的寿命和市场增长，一直受产品可靠性问题的阻碍。所以在产品标准化、成熟度等方面还有很长的路要走，尤其是在品质与长期可靠性方面，还有大量的研究和验证工作要做。

另外，材料端的问题也不容忽视，第一，仍旧缺乏大尺寸、低缺陷衬底。由于电力电子芯片面积非常大，而大芯片需要大尺寸衬底。目前，6英寸基本满足现阶段要求，希望后续积极推进8英寸衬底产业化。同时，对于高压器件来说，双极性器件是不可避免的。现在市场上缺乏P+衬底，限制了高压大功率n沟道IGBT器件的产业化。

第二，外延层质量问题。缺乏高质量低缺陷密度超厚处延层。外延层中深能级缺陷影响少数载流子寿命，进而影响双极性器件特性。同时，基平面位错在导通过程中发生转化，导致双极性器件正向退化。这些对于双极性高压器件研制都是很大的阻碍。

未来五年，是中国乃至全球产业升级转型的关键时期，从功率器件需求来看，未来增长强劲的领域包括：新能源汽车及其配套产业、大数据（数据中心）、通信基础设施、光伏发电、智能电网、工业设备、智能家居等。基于这些应用对更高功率密度器件的需求不断上升，SiC等宽禁带半导体产业也将迎来强劲的增长期。