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以碳化硅為代表的第三代半導體具有出色的性能，例如高頻、高效率、高輸出、耐高壓、耐高溫和強抗輻射性，眾多特點切合節(jié)能減排、智能制造、信息安全等國家重大戰(zhàn)略需求，它們支撐新一代移動通信、新能源汽車、高速軌道列車等產業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展和轉型升級的中心核心材料和電子元器件，已成為全球半導體技術和產業(yè)競爭焦點。

碳化硅性能優(yōu)勢明顯

由于碳化硅的禁止寬度是硅的三倍，所以碳化硅器件的泄漏電流明顯小于硅器件的泄漏電流，從而降低了功率損耗。其次，碳化硅能耐高壓，并且其擊穿電場強度是硅的十倍以上。最后，碳化硅能耐高溫。 碳化硅的熱導率比硅更高，這使其更易于散發(fā)器件的熱量。 但是，目前各種碳化硅器件的成本是硅基器件的2.4-8倍，其中襯底成本和外延成本最高，分別占47%和23%。

從全球碳化硅襯底市場格局來看，美國的CREE在2018年以62%的市場份額領先，其次是美國的II-VI，市場份額約為16%。 總體而言，美國制造商主導著碳化硅市場。

電動汽車推動碳化硅市場爆發(fā)

第三代半導體另一個重要產品碳化硅，則將受益于電動汽車行業(yè)的快速成長而迎來爆發(fā)機會。

隨著新能源汽車的發(fā)展，對功率半導體器件的需求日益增長。數據顯示，傳統(tǒng)燃料汽車中，半導體器件的平均價值為355美元，而新能源汽車中，半導體器件的價值為695美元，幾乎翻了一番，其中，功率器件的增長最為顯著，從17美元增加到265美元，增長幅度近15倍。目前市場上，用于新能源汽車的大多數功率半導體都是硅基器件，例如硅基IGBT和硅基MOSFET。隨著技術和產品的成熟，第三代半導體將逐漸取代大多數硅基產品，市場對碳化硅的需求量越來越大。

在2019年，以碳化硅為代表的第三代半導體電力電子設備應用在電動汽車領域取得了快速進展。全球有20多家汽車制造商在其車載充電器中使用碳化硅器件。特斯拉Model 3逆變器使用ST Microelectronics的全碳化硅功率模塊。各汽車制造商都計劃于未來幾年內將碳化硅電力電子器件用于主逆變器中。在充電基礎設施方面，臺達聯手通用等合作開發(fā)，將碳化硅功率半導體器件應用于400KW的拆快讀充電器中。在電驅動方面，Cree聯手，雙方都已達成戰(zhàn)略合作協(xié)議，促進使用基于碳化硅的逆變器開發(fā)電驅動動力總成。

碳化硅在光伏產業(yè)中的應用

在太陽能應用中，基于硅器件的傳統(tǒng)逆變器的成本約占系統(tǒng)的10%，但卻是導致系統(tǒng)能量損耗的主要原因之一。將碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET與碳化硅SBD結合的功率模塊的光伏逆變器可將轉換效率從96%提高到99%以上，能源消耗有50%以上的降幅，并且設備使用壽命能夠提升50%，達到減少系統(tǒng)體積、增加功率密度、延長設備壽命和降低制造成本的效果。高效率、高功率密度，高可靠性和低成本是太陽能逆變器的未來發(fā)展趨勢。在組串式和集中式光伏逆變器中，碳化硅產品有望逐步取代硅基器件。

碳化硅產業(yè)鏈依次為上游襯底，中游外延晶片制造，下游器件制造。從整個碳化硅產業(yè)來看，美國、日本和歐洲是產業(yè)內部的三老巨頭。其中，美國全球獨大，占世界碳化硅產量的70%至80%。CREE在碳化硅晶片市場中的市場份額高達60%；歐洲擁有完整的碳化硅襯底、外延、器件和應用程序的產業(yè)鏈，并且在全球電力電子市場中擁有較強的影響力。日本是設備和模塊開發(fā)方面的絕對領導者。自上世紀八十年代以來，美國、日本和歐洲等發(fā)達國家一直將寬禁帶半導體技術置于極其重要的戰(zhàn)略地位，以保持在航空航天、軍事和技術上的領先地位。這些國家和地區(qū)在碳化硅半導體領域，已走在世界前列。碳化硅半導體器件產業(yè)化主要以英飛凌、Cree公司、GE和羅姆公司、豐田公司等為代表。

國內碳化硅半導體企業(yè)正全力趕超

與美日歐相比之下，我國碳化硅企業(yè)在技術、產能等方面雖然仍有欠缺，國內擁有全球最大的消費市場，增長速度高于世界平均水平。國第三代半導體產業(yè)從 2015 年開始高速增長，從終端市場看未來應用將廣泛擴展到人工智能、新能源汽車、自動駕駛、5G 技術、車聯網等領域。第三代半導體器件在新興應用領域的滲透迅猛，國內市場化進度顯著快于國外。當前我國碳化硅產業(yè)鏈已初具規(guī)模，具備將碳化硅產業(yè)化的基礎，國內企業(yè)有望在本土市場應用中實現彎道超車，一些代表性的企業(yè)如天科合達、山東天岳、河北同光等競爭力不斷提高。

碳化硅半導體具有廣泛的潛在應用，在新能源汽車、太陽能發(fā)電和其他電力相關領域均具有潛在價值。隨著下游行業(yè)對具有輕量化、高轉換效率和低發(fā)熱特性的半導體功率器件的需求不斷增長，工業(yè)發(fā)展不可避免地要用碳化硅代替功率器件中的硅。然而，碳化硅單晶和外延材料的高成本、材料缺陷等問題尚未完全解決，制造難度高，不成熟的器件封裝無法滿足高頻和高溫應用的需求，全球碳化硅技術與產業(yè)距離成熟尚有一定的差距，因此碳化硅器件市場的擴張步伐在一定程度上受到限制。

碳化硅材料具有出色的耐熱性、耐腐蝕性和導熱性，應用前景非常廣闊。作為第三代半導體材料，碳化硅得到外界越來越多的關注和重視，現已成為國內外研究熱點。未來發(fā)展空間不可限量。在各國加緊布置的同時，國內也需要加快碳化硅半導體的整體研究與開發(fā)，創(chuàng)建一個獨立且具有國際競爭力的碳化硅材料和器件產業(yè)。

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