功率器件的新材料、新机遇、新趋势与新环保清洗技术介绍

新材料、新机遇、新趋势

作为第三代半导体材料的代表，相较于硅，碳化硅具有禁带宽度更大（是硅的3倍）、热导率更高（是硅的 4-5 倍）、击穿电压更大（是硅的 8- 10 倍)等优势。

图表 52：碳化硅性能优势

碳化硅功率器件主要包括碳化硅二极管（主要是肖特基势垒二极管 SBD 等）、碳化硅晶体管（主要是碳化硅 BJT、MOSFET 等）以及碳化硅功率模块等。碳化硅功率器件具有耐高压、大电流、耐高温、高频、高功率和低损耗等众多优点，广泛应用于电动汽车及充电桩、光伏、电网、轨道交通和储能等领域。

据 Yole 数据，碳化硅功率器件 2021 年全球市场规模 10.9 亿美金。预计到 2027年将达到 62.97 亿美金，2021-2027 CAGR 达 34%。发展势头强劲，未来市场空间可观。

图表 54：碳化硅功率半导体器件市场规模预测 2021-2027E

全球各国对碳化硅投资热度不减，目前碳化硅器件市场龙头依然以海外企业为主，国内90%需求依赖进口。我国碳化硅产业链布局相对完整，部分头部企业技术实力不可小觑，在半绝缘衬底、外延片、射频器件和碳化硅器件均已量产并批量供货。

碳化硅性能优于 IGBT，两者在多个领域或存在应用重叠。从成本变化和晶圆尺寸发展趋势分析：

碳化硅与 IGBT 成本比较。目前碳化硅功率器件由于技术和工艺尚不成熟、衬底良率低以及尚未规模化应用等因素，导致当前碳化硅成本居高不下。同等规格、满足同个终端应用需求的碳化硅 MOSFET 的价格是 IGBT 的 2.5-3 倍。而硅基 IGBT 技术成熟，规模化效应已经显现，成本下探空间有限。随着上述对碳化硅成本不利因素日渐改善，其价格有望逐年下调。对于长续航电动汽车，当前碳化硅功率器件的应用带来的其他周边零部件的降本，或将进一步缩小、或打平与选用IGBT带来的价格差。

图表 56：碳化硅功率半导体器件成本变化趋势

碳化硅晶圆制造。目前已量产碳化硅衬底多是基于 2 英寸、4 英寸和 6 英寸晶圆制造，其中 6 英寸逐渐将成为主流。据 NE 时代数据，安森美 8 英寸衬底于 2021 年已经投产。未来，随着 8 英寸晶圆的衬底逐步量产，单片晶圆产量提升，相比 4 英寸和 6 英寸晶圆，理论上碳化硅器件价格或将会有所下调。

当前碳化硅 MOSFET 主要应用于一些中高端场景，这些应用往往追求更高的性能表现。如售价 30 万以上的中高端智能电动汽车，其对续航、瞬间加速以及充电时间有着更高要求，通常其主逆变器中会采用碳化硅方案。短时间内，IGBT 或依然是市场主流。长期来看，碳化硅 MOSFET 和 IGBT 市场需求或达到一个相对平衡，两者将共存以供不同应用场景所使用。

功率器件IGBT清洗：

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