半導體材料從以鍺（Ge）和硅（Si）為代表的第一代到以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）為代表的第二代，再到目前熱門的以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代，家族在不斷壯大。而在汽車領域，碳化硅將發揮怎樣的重要作用？

無論是過去還是現在，人類對新材料探索的腳步便從未停止。我們用智慧一次又一次打破了自然界秩序的束縛，如造物主一般創造設計出聞所未聞見所未見的新材料，現代社會也因此發生了深刻而又全面的改變。

在天然環境下，碳化硅（SiC）幾乎不存在，人們只在46億年前形成的隕石中發現過其蹤跡。而如今，這位經歷46億年時光之旅的“天外來客”已經摘下了神秘的面紗，走進人們的日常生活中。

硅基半導體陷入瓶頸，WBG接棒前行

任何元器件在其單位體積的功率轉換都有“天花板”，第一代和第二代半導體材料在輸出功率方面似乎已達極限。在過去50年中，硅（Si）功率元器件的出現為現代工業技術以及各類消費電子產品的發展鋪平了道路。但硅材料器件性能提高的潛力愈來愈小。不少廠家為追求更高能效而被迫增大器件體積也實屬是無奈之舉。

禁帶寬度僅有1.12eV的硅材料半導體，在現代大功率應用場景中已有些力不從心。而WBG（寬帶隙半導體）擁有著更高的臨界電場可實現更薄、更高摻雜的電壓阻擋層，可使其在多數載流子架構中將導通電阻降低幾個數量級。高擊穿電場和低導通損耗意味著WBG可以以更小的外形尺寸實現相同的阻斷電壓和導通電阻。可以生成更小、更快、更高效的器件，并在高壓、高溫的嚴酷環境中正常工作。也正因如此，集萬千優點于一身的WBG自然成為了各類新興應用的關鍵助燃劑。

電力電子領域從半導體工藝技術的創新中受益匪淺，以碳化硅為代表WBG材料半導體已經開始在各個領域中開枝散葉。特別是在汽車電子領域中。對于電動汽車來說，能效至關重要，作為動力總成系統的關鍵部件，電動汽車逆變器對功率密度有著與生俱來的高要求。車載功率半導體器件不僅是電動汽車的機體組成，而且還承擔著降低成本、瘦身減重的重要使命。曾經基于低損耗大功率Si IGBT模塊的高功率密度集成技術在車用驅動系統中扮演著無法取代的角色。

車企新寵——碳化硅

隨著系統輕量化和縮短充電時間的需求增加，人們對提高電壓和輸出功率的要求越來越高。與采用傳統的Si IGBT功率模塊相比，碳化硅功率元器件可將導通電阻降低到大約兩個數量級，在提高輸出功率的同時有效實現逆變器的小型化和輕量化，從而為設計師留下了更多的遐想空間。碳化硅功率器件在應用于電源轉換系統時，還可以廣泛降低功率損耗，被公認為是一種簡單、優雅且實用的功率器件。

碳化硅功率器件在新能源汽車上的應用，可以提升續航，縮短充電時間，加上原本的城市低速場景節能優勢，使新能源車越發符合消費者理想中的汽車標準。當然，碳化硅也并非完美無缺，相對較高的成本和較低的良率等問題仍需要優化解決。也正因如此，碳化硅半導體搭載于一些高端、高性能新能源車型上，欲想大面積普及，依然任重道遠。

在碳中和浪潮之下，在后摩爾時代的今天，以碳化硅為代表的第三代半導體已成為眾多半導體巨頭們的“兵家必爭之地”。走到了聚光燈下碳化硅半導體，是名副其實的車用半導體明日之星。毫無疑問，它有著光明的未來。

審核編輯：湯梓紅