隨著電動汽車、智能電網、核電、太陽能、風能等能源領域以及航海、航空、航天、高速軌道交通等技術的不斷發展，對功率器件的性能提出了更高的要求。目前，基于硅基材料制作的功率器件已經隨其結構設計和制造工藝的改進日趨完善，但受到材料本身的特點，限制了其進一步的完善。第三代半導體材料的出現滿足了人們對于未來器件使用的更高需求，人們預測第三代半導體材料能夠替代第一代半導體材料，在工業界獲得更廣泛的應用。

第三代半導體材料具有高禁帶寬度，高的擊穿電場、熱導率、電子飽和速率及高抗輻射能力，適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，主要代表材料有碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、金剛石、氮化鋁等。其中，碳化硅材料各項指標均優于硅，其禁帶寬度幾乎是硅的3倍，理論工作溫度可達600℃，遠高于硅器件工作溫度。技術成熟度最高，應用潛力最大。

一、碳化硅在電動汽車領域的應用

碳化硅作為未來電動汽車充電模塊和電動模塊中的關鍵先進電子材料，有望推動實現綠色出行的能源供應、低碳、智能、可持續發展，搶占未來高科技產業發展的制高點。碳化硅器件對電動車充電模塊性能的提升主要體現在三方面：

（1）提高頻率，簡化供電網絡；

（2）降低損耗，減少溫升。

（3）縮小體積，提升效率。

碳化硅器件能提高純電動汽車或混合動力汽車功率轉化性能。電動汽車的電動模塊中電動機是有源負載，其轉速范圍很寬，且在行駛過程中需要頻繁地加速和減速，工作條件比一般的調速系統復雜。采用碳化硅功率器件可有效提高其驅動系統，獲得更高的擊穿電壓、更低的開啟電阻、更大的熱導率；并且能保證在更高溫度下可以穩定工作，原來幾公斤的散熱片可大幅減少甚至直接刪去，這將引起電動汽車設計方面革命性的變化，使電動汽車或混合動力汽車功率轉化能耗損失降低20%，對大幅提高電動汽車續航里程具有重要意義。

圖：使用碳化硅材料的新能源汽車

二、碳化硅在新型輸電系統中的應用

碳化硅基功率開關由于具有極低的開態電阻，并且能應用于高壓、高溫、高頻場合，是硅基器件的理想替代者。與使用硅功率電源裝置相比，使用碳化硅功率模塊，其體積與重量會減小40%以上，同時由開關損失引起的功率損耗可降低5倍以上，這將對未來電網形態和能源戰略調整產生重大影響。碳化硅器件規模應用于固態斷路器、換流閥、有源濾波等已有裝備上將為實現智能電網、加速我國能源戰略轉型提供核心元器件及關鍵裝備等提供支撐。

碳化硅智能功率模塊

三、碳化硅在太陽能等領域的應用

碳化硅功率器件應用于太陽能逆變器、不間斷電源設備以及風能電機驅動器等大功率模組件，可以使設備的尺寸更小、物料成本更低以及效率更高。新標準太陽能硅基逆變器典型的轉換效率接近96%，而采用碳化硅基逆變器的平均效率能提高到97.5%，相當于減少了25%的逆變器損耗，碳化硅基逆變器在風力發電領域可提高轉換效率20%。

芯光潤澤光伏逆變器實現尺寸縮減、降低物料成本以及效率提高

四、碳化硅材料在LED照明領域的應用

LED光電器件的核心材料碳化硅和氮化鎵等第三代半導體材料的技術及應用正在成為全球半導體產業新的戰略高地。碳化硅LED照明設備能將原LED燈使用數量下降1/3，成本下降40～50%，而亮度卻提高兩倍，導熱能力提高10倍以上。LED照明是未來光照領域的發展方向，日常生活中人們可見到的各類信號燈、車內照明、信息屏、彩色顯示設備，白光照明現在都利用碳化硅LED半導體照明，能夠實現更高的電光轉換效率，達到大幅降低成本和減少污染的目的。