日前，E维智库在深圳成功举办第12届中国硬科技产业链创新趋势峰会暨百家媒体论坛，吸引了众多知名企业和百家媒体参与。峰会上，清纯半导体（宁波）有限公司市场经理詹旭标从企业视角分析了对车载电驱&供电电源用碳化硅（SiC）技术最新发展趋势的洞察。

新能源汽车大卖，碳化硅上车趋之若鹜
新能源汽车无疑是近年来最耀眼的行业之一。回望过去5至10年，新能源汽车的迅猛发展远远超出了人们的预期。2023年，中国新能源汽车销量达到了950万辆，市场占有率高达31.6%。这意味着，每卖出10台汽车，其中就有3台是新能源汽车。2024年，预计年销量可能达到1200至1300万辆，市场占有率有望超过45%，并占据全球年产销量的60%。
詹旭标说，提及这一数据，不禁让人联想到十几年前的光伏行业。如今，新能源汽车的发展历程似乎正在重蹈光伏行业的覆辙。比如，今年中国新能源汽车已占据全球年产销量的60%，那么明年是否有可能增长至65%，乃至未来的75%、80%呢？这个市场无疑充满了无限的机遇与挑战。
那么，有多少新能源汽车已经开始采用碳化硅技术了呢？自2017年特斯拉发布第一款基于SiC主驱的汽车以来，2020年前后，以比亚迪为代表的中国企业也推出了首款基于SiC主驱的汽车。随后的几年里，各大主驱厂或车厂纷纷投身于SiC平台的研发。
据统计，2023年公开的国产SiC车型合计达到了142款，其中乘用车76款，仅在2023年新增的款式就约有45款。由此可见，新能源汽车采用SiC的市场已经完全打开。目前，主驱应用的主流器件仍以1200V SiC MOSFET为主，而400V的平台也开始采用750V的SiC进行替代。



SiC主驱乘用车型号逐年增加

碳化硅的好处在于
那么，碳化硅究竟能给新能源汽车带来哪些好处呢？詹旭标认为，首先，碳化硅能够显著提升新能源汽车的续航里程。得益于SiC MOSFETS的低导通电阻和低开关损耗，相较于传统的硅IGBT方案，整个电机控制器系统的损耗有望降低70%，从而增加5%的行驶里程。
其次，碳化硅有助于解决补能焦虑的问题。对于新能源汽车用户来说，如何快速补电是一个重要关注点。目前，整个行业正在通过提升充电功率来解决这一问题。预计在2025年，我们可以体验到15分钟补电80%的便捷。


SiC是实现高压快充，解决补能焦虑的关键

他说，充电桩行业同样活跃，是除新能源汽车主驱外最活跃的市场之一。目前，该市场已进入充分竞争的时代。据统计，2024年整个市场规模将达到25亿人民币。而我国整体的汽车充电桩保有量目前约为900至1000万。按照2030年的规划，汽车保有量将达到6000万辆，同时车桩比达到1:1，这意味着在未来4至5年内，我们还需要增加约5000万个充电桩。目前，充电模块已经开始采用SiC，并在DC-DC和PFC应用中，使用的数量至少是8个以上，因此整体市场规模非常巨大。

SiC产业存在隐忧
谈到SiC产业及技术的现状，詹旭标表示，目前，整个SiC市场仍由国外企业占主导地位。据Yole预测，2025年全球SiC市场规模将接近60亿美元，年复合增长率预计达到36.7%左右。目前，市场头部5家企业的市场份额合计高达91.9%。如果把第六、第七名也加进去统计，整个市场份额可能会达到95%至98%。这些企业主要以国外为主，国内占比非常小。


车规级 SiC 器件主要依赖进口

国外企业除了目前占主导地位外，还在积极扩展产能。前五大主要供应商扩张产能的数据显示，如Wolfspeed整个规划投入约65亿美元，英飞凌的总投资也达到了50亿欧元。相比之下，国内厂商的投入仍然较为有限。虽然有一些数据统计显示，目前国产的产能规划大约是1000亿，但特点是过于分散，目前尚未形成头部企业。


跨国企业产能规划

根据预测，2026年国内整个SiC衬底的规划产能约为460万片。这460万片如果能顺利进行量产，将能满足大约3000万辆新能源汽车的需求。而按照中国新能源汽车的生产计划，大约是2800万至2900万辆。因此，整个行业现在已经进入内卷和产能过剩的阶段。
随着全球SiC材料产能的快速扩展，中国SiC器件设计与制造也得到了快速发展，并且产能持续扩展。除了在主驱上的应用外，目前在光伏、储能以及充电模块等市场竞争也非常激烈。由于市场竞争激烈或产能过剩，主流器件的价格也在快速下降。
从长远来看，只有提高企业竞争力和技术迭代才能实现技术降本，这是SiC企业赖以生存的唯一途径。从去年9月到2024年4月，市场热卖料1200V/40mΩ的平均价格已从35元跌到了23元，下降幅度达到35%。与硅基IGBT价格相比，目前SiC的价格大约是1.5至2倍。据预测，如果SiC的价格降至1.5至2倍区间，整个市场将发生巨大的变革。


产能过剩、充分竞争导致的价格快速下降

詹旭标提出一个值得思考的问题：如果按照Yole的数据，2024年全球功率半导体市场规模约为500亿美元，那么两三年后，SiC的价格下降到1.2倍至1.5倍时，这500亿美元是否会全部转向SiC呢？因为SiC相较于硅基器件的特点是提高频率、提高功率密度，同时降低损耗。

主流SiC MOSFET技术水平如何？
关于目前主流SiC MOSFET技术的水平，詹旭标对主流的两种设计方案做了一个分析。第一种是平面栅结构的器件，以Wolfspeed、ST、安森美为代表。平面栅结构MOSFET目前在国内或汽车领域，包括光伏储能中的出货量最大，可靠性最好，且工艺非常成熟。
另一种是沟槽栅结构，以罗姆、英飞凌、博世为代表。沟槽栅与平面栅各有优缺点。平面栅工艺成熟，在高温下导通电阻相对较低；而沟槽栅具有较低的Rsp（比导通电阻），但在高温下的热性能没有平面栅结构好。


主流SiC MOSFET比导通电阻发展趋势

从近十年来国际主流SiC厂家的技术迭代路线可以看到，大约每过3至6年，国际厂商就会进行一次迭代，并且每次迭代大约能降低20%至25%的Rsp水平。主流SiC，尤其是国外的技术水平，如1200V SiC的Rsp能达到2.3至2.8mΩ。而目前国内1200V SiC MOSFET的Rsp可能在2.8至3.3mΩ之间。

国内SiC器件技术与国际厂商的对比
再来看国内SiC器件技术的进展和发展趋势。随着主驱、光伏、储能以及充电行业的快速发展，目前整个国内SiC产业链也日趋完善。从材料到辅材、衬底、外延、加工设备，到设计、代工，现在基本上都非常完善。每个细分行业都出现了非常典型的代表。与国际头部企业相比，国内整体技术水平差距非常小。詹旭标认为，目前国内已经没有很大的差距。如果说有差距，那么这个差距肯定是可以接受的。
他还分享了国内目前最新技术与国外主流技术的对标情况。以清纯半导体的技术路线为例，与两家头部企业进行了详细对比。清纯半导体基本上是以一年一代的节奏快速迭代。从第一代产品Rsp为3.3mΩ左右，到去年发布的第二代产品Rsp为2.8mΩ，目前已经与国际巨头最先进的技术水平持平。
2022年，ST 1200V的MOSFET Rsp也达到了2.8mΩ，与清纯半导体目前第二代的技术水平完全持平。今年，清纯半导体将发布第三代产品，整个Rsp可以做到2.4mΩ，与国际巨头明年的产品也可能完全对齐。


SiC MOSFET技术现状及迭代趋势（1200V）

清纯半导体针对主驱领域也出了多款产品，如24mm²、25mm²、27mm²以及30mm²尺寸的产品。而主流的国外厂家针对主驱的芯片型号相对较少。当时清纯半导体秉着一种较卷的态度，与行业进行对标。其1200V产品系列的核心参数完全对标国际一流水平，并且在某些参数或可靠性方面可能更好。
詹旭标介绍说，清纯半导体发布了全球最低导通电阻的SiC MOSFET，约为3.5mΩ，整体尺寸是10×10mm²。虽然目前其应用产能较少，但具有非常重要的意义。因为对其进行了非常详细的良率分析，可以指引清纯半导体的下一代产品。在不同的材料、不同的工艺下，清纯半导体很清楚且准确地了解针每一个器件的良率。清纯半导体正按照一年一代的技术路线推进，目前处于第二代产品阶段，今年将推出第三代产品，2025年将推出第四代产品。目前第三代产品的目标比导通电阻是2.4mΩ･cm²，但实际上做出来可能会更低。


超低导通电阻芯片1200V 3.5mΩ

清纯半导体还与国际头部企业在新能源汽车中用得最多、最成熟的器件进行了相同的驱动、相同的参数、相同的板子上的详细对比。在电驱或桥式电路拓扑结构中，在相同参数下，串扰抑制能力、耐受能力包括振荡等方面，清纯半导体的表现都比国际一流水平的厂家更好。
针对栅极串扰电压的比较，清纯半导体的产品从-4V会串扰到0.8V左右，而对比的厂家已经超过了4V。目前平面栅的SiC MOSFET的阈值相对较低，一般都在2.6V左右。如果串扰到4V，有可能会出现直通现象或增加整个损耗。因此，清纯半导体的表现更优。
在忍受串扰能力包括振荡能力方面，在相同的dv/dt条件下，清纯半导体的参数包括动态参数表现更优，这也有助于在同样的参数下降低开关损耗。与竞品相比，清纯半导体大概能降低35%至40%的开关损耗，同时提升产品的效率。

碳化硅的可靠性要求越来越高
詹旭标表示，近年来，在工业级应用领域，尤其是光储充领域，客户对产品的可靠性要求极为严苛，普遍采用车规级标准进行考量。为应对这一高标准，行业内已普遍依据车规级规范，执行更为严格的测试流程，特别是在主驱动系统中的应用更为显著。


更卓越的可靠性

针对可靠性方面所做的深入研究和大量可靠性测试表明，清纯半导体不仅在双应力测试（如高压H³TRB）上远超80%的行业标准，按照90%或100%的更高标准执行，还针对器件在极端温度（如结温高达175℃）下的表现进行了考核，测试温度高达200℃。
在可靠性测试时长上也直接翻倍，以确保产品的持久稳定。此外，还进行了多项补充性测试，包括动态栅应力DHTGB试验、负栅偏压体二极管重复浪涌测试、关断能力测试、脉冲电流测试、短路测试以及串扰测试等，以全面评估产品的可靠性。
他补充说，目前，整个行业都在向着更加严苛的测试标准迈进。得益于严格的测试标准，清纯半导体目前已在市场上成功销售了约400万颗MOSFET，且产品失效率低于1PPM。

动态变化的碳化硅技术发展趋势
最后，詹旭标从三个方面分享了碳化硅技术的发展趋势。首先，从材料角度看，目前晶圆的主流尺寸仍为6英寸。为了降低成本并提升良率，需要向大尺寸、低缺陷的SiC衬底及外延制备方向发展。
从器件角度看，设计的主要方向是降低比导通电阻，同时提升可靠性或鲁棒性，以接近硅基IGBT的水平。
从工艺角度来看，主要是沟道迁移率的问题（注：沟道迁移率是半导体材料中电子在电场作用下沿着沟道方向移动的速度，它是表征半导体材料导电性能的重要参数。）。由于这一领域的基础研究相对较少，因此需要大家共同努力，加强研究。
詹旭标指出，产业的发展趋势是动态变化的。他认为，第一阶段，国际芯片供应商主导供应链，而国内SiC材料开始实现部分替代；第二阶段，国内市场将实现全面的国产替代，国际芯片与终端企业、国内企业将展开全面的合作。

六点总结：国产替代加速，技术与产能并进
詹旭标总结道，首先，SiC半导体产业发展势头强劲，国内在SiC材料和器件量产方面已进入快速内卷和洗牌阶段。
第二，SiC功率器件在光储充领域的国产替代已取得显著成果，已成功推进2-3年，规模持续扩大，部分企业已率先完成100%的国产替代。
第三，国产车规级SiC MOSFET的技术与产能已与国际水平相当。尽管目前SiC MOSFET在乘用车主驱动系统中的应用仍依赖进口，但相信未来2-3年内这一局面将大幅改善。
第四，由于市场竞争激烈和应用场景复杂，车规级SiC MOSFET的可靠性标准逐年提高，这将进一步推动设计和制造技术的进步。
第五，激烈的竞争促使国内SiC半导体产品价格快速下降、质量不断提高、产能持续扩大。主驱动芯片国产替代已经起步，并将逐步上量，最终主导全球供应链。