近年來，在高端應用領域，碳化硅MOSFET已經逐漸取代硅基IGBT。以碳化硅、氮化鎵領銜的寬禁帶半導體發展迅猛，被認為是有可能實現換道超車的領域。

　　6月25日，2022中國·南沙國際集成電路產業論壇在廣州南沙召開。本次峰會由廣州南沙經濟技術開發區管理委員會、廣州市工業和信息化局主辦；支持單位為廣州灣區半導體產業集團有限公司、廣東省集成電路行業協會、廣州市半導體協會；廣東省半導體及集成電路集群智庫機構芯謀研究承辦。廣東省委常委、廣州市委書記林克慶，廣東省委常委、副省長王曦出席并致辭。

　　近年來，在高端應用領域，碳化硅MOSFET已經逐漸取代硅基IGBT。以碳化硅、氮化鎵領銜的寬禁帶半導體發展迅猛，被認為是有可能實現換道超車的領域。國內碳化硅企業基本半導體董事長汪之涵發表了題為《未來已來：功率半導體的碳化硅時代》的主題演講，認為功率半導體領域碳化硅對硅基的取代趨勢比業界此前的判斷來得更早更快。

　　基本半導體成立于2016年，總部位于深圳，是一家碳化硅功率半導體創新企業。其產品系列有四個方向：碳化硅二極管和MOSFET、車規級碳化硅模塊、碳化硅及IGBT驅動芯片和驅動模塊、功率半導體測試設備。目前，基本半導體在深圳和無錫建設了碳化硅生產基地，其在無錫的碳化硅功率模塊封裝產線將于今年第四季度量產，產能到2025年可達到400萬只。截至目前，基本半導體的碳化硅功率器件產品累計出貨超過2000萬顆，在光伏儲能、通信電源、工業電源等領域有600多家全球客戶。

　　在國家“雙碳”戰略的推動下，碳化硅器件在光伏發電、新能源汽車等領域的滲透率越來越高。

　　新能源汽車未來十年，仍將是碳化硅最大的應用市場。在一輛電動汽車里，有三個場景用到碳化硅器件。其中車載充電器OBC和車載DC/DC變換器，功率較低，對整車性能和安全性影響也較小，目前車企已在大批量使用碳化硅SBD和MOSFET。電動汽車的主逆變器DC/AC，也即電機控制器，所需功率較大，一般在100-300千瓦，對整車性能和安全性影響比較大。近幾年，特斯拉、比亞迪開始在主驅上大規模使用碳化硅器件。目前，國內很多車企都宣布在即將量產的車型上使用碳化硅功率器件作為下一代電控平臺的核心器件。采用碳化硅器件可以讓電機控制器的功率密度和效率得到大幅提升，體積可以減少30%-40%，重量隨之減輕，轉換效率平均約有5%的提升。這意味著同樣續航里程下，電池容量可以減少5%。從全生命周期成本來看，采用碳化硅器件已具備成本優勢。

　　隨著碳化硅器件的耐壓進一步提升，智能電網將會成為非常重要的應用。目前國際上已有10kV的碳化硅MOSFET產品，一般認為當電壓超過12kV，通過設計雙極型碳化硅器件，會比單極型器件性能更好。智能電網設備，比如直流輸電換流閥、直流斷路器等，可以通過使用高耐壓的碳化硅器件，達到更高的性能和效率。2030年之后，高壓大功率的碳化硅器件會逐步在電網上得到應用，將為碳化硅產業打開新的應用領域。

　　法國Yole公司預測，2027年全球碳化硅市場規模超過60億美元。其中約80%的市場來自于新能源汽車，即有約300億人民幣的碳化硅市場來自于新能源汽車，這意味著2027年全球將有超過1000萬輛車使用碳化硅器件。基本半導體判斷，到2027年使用碳化硅的電動汽車數量應該比這個數字更大，部分車企的碳化硅滲透率將達30%-40%，有些比較激進的車企將全部使用碳化硅器件。

　　碳化硅產業鏈包括最上游的碳化硅粉末，到晶錠、襯底、外延，再到晶圓，以及封裝后的單管和模塊。從產業鏈環節上看，碳化硅產業有很多創新點。

　　目前制約碳化硅成本和產能的重要因素是碳化硅單晶生長的成本高、速度慢。現在主流技術路線為PVT法，1小時只能生長200-400微米，速度非常慢。此外，還有缺陷率更低，但成本更高的CVD法，以及LPE溶液生長法。

　　單晶生長之后需要進行切割，金剛線切割是最常見的方法，目前也有激光切割、微射流激光切割等方式。英飛凌在研究冷切割技術，加賀電子等企業也推出了新的鍵合剝離技術。

　　碳化硅襯底材料尺寸的進展和當年硅晶圓的發展路徑類似。國際上走在最前的是Wolfspeed。國外的碳化硅企業已經完成了4-6吋的升級。國內從6吋研發起步，目前也有了較好的技術積累。8吋碳化硅襯底進入大規模產業化的時點，Wolfspeed的目標是2024年，預計國內企業會在2026、2027年達到產業化階段。

　　碳化硅外延生長方面，目前主流方法還是CVD，未來業界追求的目標是進一步降低缺陷率，提高良品率。

　　在碳化硅功率器件的設計方面，與其他材料類似，都可以設計出不同的結構，二極管、三極管、MOSFET、IGBT、晶閘管等都可以實現。Wolfspeed、ST、安森美采用平面設計，英飛凌和羅姆采用溝槽設計，這兩種設計方式并存。長期來看，溝槽型應該會成為碳化硅MOSFET的主流技術路線。MOSFET的發展趨勢有四個方向：更小的元胞尺寸，更低的比導通阻，更低的開關損耗，更好的柵氧保護，提高器件的性能和可靠性。

　　在工藝開發環節，碳化硅功率器件與傳統的功率器件有所不同，在退火、離子注入方面，都需要高溫設備。

　　碳化硅的封裝技術目前也有很多創新點。傳統的IGBT封裝技術也可以封碳化硅模塊，但無法真正實現碳化硅的優異性能。封裝方面，有四個關注方向，即封裝基板、封裝保護材料、芯片連接技術和封裝互聯技術。

　　一些研究機構也在探索用碳化硅材料做集成電路，但目前離產業化非常遙遠。

　　未來十年，碳化硅行業擁有巨大的機會，也面臨諸多挑戰，業內將會出現整合、洗牌的情況。展望未來，一定會有中國的碳化硅企業真正邁入全球功率半導體第一梯隊。