新能源車全球普及加速，功率密度標準持續提升為SiC產業落地提供契機。歐盟方面，在民眾訴求的推動下，歐盟的碳排放標準日趨嚴格，現行的碳排放標準要求2021年生產的乘用車碳排放量滿足95g/km，我們認為在此嚴苛要求下，新能源汽車或將替代燃油車。

美國方面，拜登上臺帶來美國新能源政策轉向，并計劃于2050年實現碳中和，我們認為政府方面也希望借助特斯拉等頭部企業助力美國汽車制造業在新趨勢下保持領先地位。

中國方面，2019年中國石油對外依存度超過70%，我們認為電動車對保障能源安全至關重要，且中國憑借市場空間、工程師紅利等優勢，有望借助汽車電動化實現汽車產業發展彎道超車的目標。

我們看到，在各國制定的電動車發展路線圖中，功率密度標準逼近主流Si基器件的性能極限，SiC器件成為理想替代。我們認為SiC有望在電動汽車產業加速發展及滲透率提升的雙重推動下迎來需求快速成長。

SiC解決電動車三大需求痛點，規模普及即將到來。我們認為，SiC有望從以下三個方面解決Si基器件的痛點問題：

1）續航里程是電動車的一大痛點，根據英飛凌數據，SiC器件整體損耗相比Si基器件降低80%以上，導通及開關損耗減小，有助于增加電動車續航里程；

2）輕量化的實現。SiC器件具備高飽和速率、高電流密度、高熱導率的特點，有利于實現電控模塊小型化、周邊系統小型化、冷卻系統簡單化，從而減輕整車重量；

3）滿足800V高電平要求。為配合快充應用，車內電平向更高的800V提高是大勢所趨，在1200V IGBT車規產品難以普及的背景下，使用SiC MOSFET是良好的解決方案。我們認為，目前SiC無法大規模商用的主要矛盾在于成本高昂，但根據我們的測算，在新能源車平價目標成本假設下（三電成本與傳統動力總成價格相當），若SiC的器件成本下降至硅基器件的2倍時，其經濟效益有望助推SiC在全系列車型全面普及。

目前電動汽車主要采用硅基器件，但受自身性能極限限制，硅基器件的功率密度難以進一步提高。在電動汽車的動力單元和控制單元中，變換器和逆變器多采用Si基IGBT或MOSFET作為功率器件。但Si材料在高開關頻率及高壓下損耗大幅提升，功率密度已經接近了其性能極限。我們看到，早期的主流混動車型中，其逆變器功率密度基本在20kW/L以下，而采用了第三代化合物半導體SiC材料的逆變器，由于SiC具有效率高、尺寸更小和重量更低的優勢，可以將功率密度大幅提升，我們認為其是Si材料未來的理想替代。

性能優勢助推碳化硅器件快速發展，規模普及即將到來SiC提升電能轉換效率，增加續航里程續航里程是電動車的一大痛點。結合英飛凌的研究數據，我們認為SiC器件可以從導通/開關兩個維度降低損耗，整體損耗相比Si基器件降低80%以上，實現增加電動車續航里程的目的。

SiC助力新能源車實現輕量化

輕量化是整車廠的不懈追求。我們認為SiC器件具備高飽和速率、高電流密度、高熱導率的特點，有利于新能源汽車零部件輕量化的實現。

SiC材料具備更高的電流密度，相同功率等級下封裝尺寸更小。SiC具備較高的載流子遷移率，能夠提供較高的電流密度。在相同功率等級下，碳化硅功率模塊的體積顯著小于硅基模塊，有助于提升系統的功率密度。以IPM為例，碳化硅功率模塊體積可縮小至硅功率模塊的2/3-1/3。

SiC能夠實現高頻開關，減少無源器件的體積和成本。

SiC材料的電子飽和速率是Si的2倍，有助于提升器件的工作頻率；此外，如上文所述，高臨界擊穿電場（10倍于Si）的特性使其能夠將MOSFET帶入高壓領域，克服IGBT開關過程中的拖尾電流問題，開關損耗低，提升實際應用中的開關頻率，減少濾波器和無源器件如變壓器、電容、電感等的使用，從而減少系統體系和重量。在實現相同電感電流的情況下，開關頻率越高，可以適當降低電感值。

SiC禁帶寬且具有良好的熱導率，可以減小散熱器的體積和成本。由于SiC材料具有寬禁帶寬度且熱導率高的特點，更容易散熱，器件可以在更高的環境溫度下工作。理論上，SiC功率器件可在175℃結溫下工作。主流電動汽車一般包含兩套水冷系統——引擎冷卻系統和電力電子設備的冷卻系統，冷卻溫度分別為105和70℃。如果采用SiC功率器件，可以使器件工作于較高的環境溫度中，有望實現兩套水冷系統合二為一，甚至采用風冷系統，減少散熱器體積及成本。

快充使得整車電平提高，IGBT工作電壓恐難滿足需求

實現快充的關鍵是通過增大電流或提升電壓提升充電功率，由于電流提升存在可預見的上限，高電壓是實現快充的必然趨勢。根據e-technology的研究，受到充電插頭及電芯的溫度限制，即使采用液冷充電插頭，電動車充電也存在500A的電流上限，要實現200kW以上的快充功率，電動車必然會從400V系統轉向800V系統。同時，達到相同功率的情況下，提升電壓則可以相應降低電流，減少散熱及導線橫截面。根據e-technology的估算，以100kWh的電池為例，從400V電車系統提升為800V電車系統，由于電池散熱減重及導線質量降低可以推動電池實現25kg的重量降低，降低電車能耗，提升電車續航里程。

我們認為，若系統電壓（總線電壓）從400V提高至800V，需要同時提高半導體器件的耐壓的水平，650V IGBT將無法工作，Si MOSFET的耐壓極限也會明顯被超越，若采用Si基器件，必須使用1200V IGBT。受限于體積、功耗、散熱等因素，通常情況下1200V的IGBT模塊一般服務于工業場景，很難通過車規認證，2018年英飛凌才推出第七代IGBT技術，使1200V模塊車用成為可能。但我們認為，SiC的材料特性優勢有望使其在800V系統部署中更受整車廠青睞，同時，輸出功率的提升也使SiC材料成為800V系統的理想選擇。

SiC產業鏈主要包含以下四個環節：襯底生長、外延生長、器件設計及制造（或分工完成，采用一體化的IDM模式）。中國本土目前企業已經實現了對產業鏈的全覆蓋布局，但在較大尺寸導電型襯底（6寸及以上）、MOSFET器件設計制造上與海外同業者相比仍存在較大進步空間。

審核編輯：劉清