今年比亞迪上市的新能源汽車(chē)--漢EV，將神秘的碳化硅（SiC）推向了前臺(tái)。

7月12日，比亞迪新上市的漢EV旗艦車(chē)型，成為行業(yè)人士研究和拆解的對(duì)象，其中電控部分使用的SiCMOSFET功率器件是比亞迪自主研發(fā)制造的具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的零部件。據(jù)稱(chēng)，這也是首款采用SiC模塊的國(guó)產(chǎn)新能源汽車(chē)。

據(jù)比亞迪介紹，采用了SiC模塊的漢EV四驅(qū)版百公里加速可達(dá)3.9秒，較之采用IGBT4.0芯片的全新一代唐EV的4.4秒快0.5秒，這也成為漢EV的一個(gè)新賣(mài)點(diǎn)。

無(wú)獨(dú)有偶，國(guó)內(nèi)另外一家新能源車(chē)企--北汽新能源也正在測(cè)試在新能源汽車(chē)上采用SiC器件。

8月中旬，搭載SiC電機(jī)控制器的北汽新能源汽車(chē)，在新疆吐魯番進(jìn)行了夏季高溫試驗(yàn)，并開(kāi)展了里程可靠性試驗(yàn)和冬季高寒可靠性試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證SiC材料及控制器在極端環(huán)境下的可靠性。

實(shí)際上，作為典型的第三代半導(dǎo)體材料，SiC不僅可以用在新能源汽車(chē)的電控、充電機(jī)和充電樁上，還可以應(yīng)用在新能源發(fā)電的逆變器上。如今，它正以卓越的性能吸引新能源行業(yè)的廣泛關(guān)注。

從資本市場(chǎng)來(lái)看，7月14日，在科創(chuàng)板申報(bào)上市的天科合達(dá)公司IPO流程已進(jìn)入問(wèn)詢(xún)階段。作為被寄予厚望的SiC第一股，其背后已然站立了國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)基金和華為等超級(jí)股東。

SiC熱潮已然開(kāi)始。

SiC為何被追捧？

SiC和氮化鎵(GaN)被業(yè)界公認(rèn)為最具前景的第三代半導(dǎo)體材料。

從歷史來(lái)看，第一代半導(dǎo)體材料為硅（Si）、鍺（Ge）等單質(zhì)材料。由于工藝成熟、生產(chǎn)成本低，硅占據(jù)95%以上的半導(dǎo)體器件市場(chǎng)份額，是當(dāng)今半導(dǎo)體材料的主流。

第二代半導(dǎo)體材料為砷化鎵(GaAs)、銻化銦(InSb)等化合物材料。砷化鎵占據(jù)第二代半導(dǎo)體材料79%的市場(chǎng)份額，具有電子遷移率高、禁帶寬度比硅大，高耐壓、高頻率等優(yōu)勢(shì)，但也有機(jī)械強(qiáng)度弱、高溫下易分解、生長(zhǎng)速度慢、價(jià)格昂貴等劣勢(shì)，目前主要應(yīng)用于LED、太陽(yáng)能電池等光電子領(lǐng)域。

第三代半導(dǎo)體材料為碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等禁帶寬材料。它的突出性能包括：高電子漂移速度，可減少電能轉(zhuǎn)換功耗，提高能源利用效率；禁帶寬度高，臨界擊穿電壓大，減少高壓運(yùn)行條件系統(tǒng)所需器件數(shù)量，促進(jìn)系統(tǒng)小型化、輕量化；高熱導(dǎo)率，減少冷卻系統(tǒng)需求。

因此，第三代半導(dǎo)體材料可以滿足現(xiàn)代電力電子技術(shù)對(duì)高溫、高壓、高頻、高功率以及抗輻射等要求，是當(dāng)前半導(dǎo)體材料領(lǐng)域最有前景的材料。它在國(guó)防、航空航天、能源、通信、工業(yè)等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景，在通信電源、太陽(yáng)能、汽車(chē)制造、半導(dǎo)體照明、智能電網(wǎng)等眾多戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)方面，可以降低50%以上的能量損失，使裝備體積減小75%以上，對(duì)人類(lèi)科技的發(fā)展具有里程碑的意義。

從具體應(yīng)用來(lái)看，GaN和SiC在材料性能上各有優(yōu)劣，因此在應(yīng)用領(lǐng)域上各有側(cè)重和互補(bǔ)。

在中低頻、中低功率領(lǐng)域，GaN和SiC都可以應(yīng)用，與傳統(tǒng)硅基器件競(jìng)爭(zhēng)。GaN的高頻Baliga優(yōu)值顯著高于SiC，因此GaN的優(yōu)勢(shì)在高頻小功率電力領(lǐng)域，集中在1000伏以下電壓的應(yīng)用，例如通信基站、毫米波等通信領(lǐng)域。SiC的Keye優(yōu)值顯著高于GaN，因此SiC的優(yōu)勢(shì)在高溫和電壓在1200伏以上的大功率電力領(lǐng)域，包括電力、高鐵、電動(dòng)汽車(chē)、工業(yè)電機(jī)等行業(yè)。

從全球來(lái)看，第三代半導(dǎo)體目前尚處于起步階段。根據(jù)咨詢(xún)公司Yole與IHSMarkit的數(shù)據(jù)綜合來(lái)看，2019年全球市場(chǎng)規(guī)模約在5.8億美元左右，以碳化硅功率器件占絕大多數(shù)。

不過(guò)，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，第三代半導(dǎo)體的市場(chǎng)正在迅速打開(kāi)。Yole預(yù)測(cè)，SiC電力電子器件的市場(chǎng)規(guī)模到2023年將增長(zhǎng)至14億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率接近30%。

新能源汽車(chē)是最大市場(chǎng)

業(yè)內(nèi)公認(rèn)，新能源汽車(chē)市場(chǎng)將是SiC快速增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。據(jù)國(guó)際能源署（IEA）預(yù)測(cè)，到2030年，全球銷(xiāo)售的純電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量將是2017年的15倍，達(dá)到2150萬(wàn)輛。

新能源汽車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)中涉及功率半導(dǎo)體應(yīng)用的組件包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、車(chē)載充電器（OBC）、車(chē)載電源轉(zhuǎn)換（DC/DC）系統(tǒng)。此外，功率半導(dǎo)體器件在非車(chē)載充電樁領(lǐng)域也有一定的應(yīng)用空間。

新能源汽車(chē)的發(fā)展對(duì)功率半導(dǎo)體器件的需求量將會(huì)日益增加。

來(lái)自市場(chǎng)機(jī)構(gòu)StrategyAnalytics和半導(dǎo)體公司英飛凌的數(shù)據(jù)顯示，燃油車(chē)單車(chē)半導(dǎo)體價(jià)值量約為375美元，純電動(dòng)汽車(chē)的這一數(shù)字將增加一倍至750美元左右。其中，傳統(tǒng)燃油車(chē)中功率器件單車(chē)價(jià)值量為71美元，48伏輕度混動(dòng)汽車(chē)功率器件單車(chē)價(jià)值量為146美元，強(qiáng)混和插電混動(dòng)汽車(chē)功率器件單車(chē)價(jià)值量為371美元，而純電動(dòng)汽車(chē)功率器件成本為455美元，占車(chē)用半導(dǎo)體比例為61%，相較于燃油車(chē)增長(zhǎng)540.85%。

目前，市場(chǎng)上銷(xiāo)售的新能源汽車(chē)所搭載的功率半導(dǎo)體多數(shù)為硅基器件，如硅基IGBT和硅基MOSFET。隨著技術(shù)和產(chǎn)品的成熟，第三代半導(dǎo)體器件將逐步替代大部分硅基產(chǎn)品。

如今，第三代半導(dǎo)體電力電子器件正在加速在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的滲透。2019年，以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體電力電子器件在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用取得較快進(jìn)展。

電驅(qū)動(dòng)方面，出于成本因素考慮，碳化硅器件首先配置于高端電動(dòng)車(chē)。特斯拉是碳化硅器件應(yīng)用的先行者，其Model 3車(chē)型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)部分搭載了24個(gè)650伏/100安的碳化硅MOSFET模塊，車(chē)身比Model S減輕了20%。

國(guó)外零部件供應(yīng)商博世、采埃孚、德?tīng)柛５裙疽嘟酝瞥隽颂蓟桦婒?qū)動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)計(jì)劃。此外，電力系統(tǒng)電壓的提升意味著充電速度加快，也帶來(lái)了相應(yīng)的市場(chǎng)需求。以保時(shí)捷Taycan為例，隨著高端電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)電壓平臺(tái)從400伏升級(jí)到800伏，碳化硅模塊的需求將從650伏轉(zhuǎn)移至1200伏。國(guó)內(nèi)來(lái)看，陽(yáng)光電源日前宣布，其自主研發(fā)的車(chē)用全SiC電機(jī)控制器成功裝車(chē)試運(yùn)行，這標(biāo)志著陽(yáng)光電源成為國(guó)內(nèi)首家推出第三代半導(dǎo)體單管SiC MOSFET并聯(lián)技術(shù)的企業(yè)。

同時(shí)，國(guó)際上有超過(guò)20家汽車(chē)廠商在車(chē)載充電機(jī)（OBC）中使用SiC器件。在充電基礎(chǔ)設(shè)施方面，SiC器件，可以應(yīng)用在直流充電樁上，有助于提高汽車(chē)充電速度。

此外，針對(duì)軌道交通、特高壓電網(wǎng)等特定需求的高耐壓SiC器件，目前還在開(kāi)發(fā)階段，預(yù)計(jì)在2025年以后存在商用可能。

滲透率不高 國(guó)產(chǎn)化預(yù)期強(qiáng)烈

盡管SiC有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但由于成本過(guò)高和技術(shù)成熟度較低，其在新能源汽車(chē)行業(yè)的滲透率并不高。

首先，SiC器件制造成本高昂。目前SiC二極管、MOSFET的成本分別是同類(lèi)硅基產(chǎn)品的2~3倍、5~10倍。下游客戶認(rèn)為，大規(guī)模應(yīng)用SiC器件的價(jià)格區(qū)間應(yīng)是同類(lèi)硅器件的1.5倍左右。

其次，SiC技術(shù)成熟度低。目前的格局是，SiC器件市場(chǎng)還以二極管為主，MOSFET尚未大規(guī)模推廣，IGBT仍在研發(fā)。

從細(xì)分領(lǐng)域來(lái)看，SiC二極管已大規(guī)模商用化，占碳化硅器件市場(chǎng)的比例達(dá)到85%。SiC MOSFET可替代硅基IGBT，但大規(guī)模應(yīng)用仍受限于產(chǎn)品性能穩(wěn)定性及器件成熟性。SiC IGBT尚在研發(fā)階段，預(yù)計(jì)將在5~10年后才能看到相關(guān)器件原型。

從全球SiC參與者來(lái)看，目前以美國(guó)、歐洲、日本廠商為主，其中CREE（子公司W(wǎng)olfspeed負(fù)責(zé)器件生產(chǎn)）、羅姆（子公司SiCrystal負(fù)責(zé)SiC晶圓生產(chǎn)）實(shí)現(xiàn)了從SiC襯底、外延、設(shè)計(jì)、器件及模塊制造的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，實(shí)力最強(qiáng)。國(guó)際主要的上游原材料企業(yè)均實(shí)現(xiàn)從襯底到外延的連續(xù)布局，如CREE、SiCrystal、DOW、II-VI等。國(guó)際主要的器件生產(chǎn)廠商以IDM形式為主，如英飛凌、意法半導(dǎo)體、富士電機(jī)、三菱電機(jī)、安森美、東芝等。

從國(guó)內(nèi)的SiC參與者來(lái)看，全產(chǎn)業(yè)鏈布局的玩家主要是中電科55所、世紀(jì)金光；生產(chǎn)SiC襯底的企業(yè)有天科合達(dá)、山東天岳、同光晶體、中科鋼研節(jié)能；生產(chǎn)SiC外延片的企業(yè)有東莞天域、廈門(mén)瀚天天成；負(fù)責(zé)器件設(shè)計(jì)的企業(yè)有臺(tái)灣瀚薪、深圳基本半導(dǎo)體、瞻芯電子、蘇州鍇威特；以IDM形式生產(chǎn)器件和模塊的企業(yè)有泰科天潤(rùn)、中車(chē)時(shí)代半導(dǎo)體、瑞能半導(dǎo)體、綠能芯創(chuàng)、揚(yáng)杰電子。

從全球供需關(guān)系來(lái)看，目前SiC產(chǎn)品供不應(yīng)求。中國(guó)雖然是全球最大的需求市場(chǎng)，年需求量接近全球一半，并且每年以35%的幅度遞增，但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)供應(yīng)能力不足5%，未來(lái)成長(zhǎng)空間巨大。在國(guó)產(chǎn)替代的需求和政策刺激下，期待國(guó)內(nèi)的SiC企業(yè)能夠承擔(dān)起滿足市場(chǎng)需求的重任，并有龍頭企業(yè)成長(zhǎng)起來(lái)。