车用SiC功率器件技术与市场前景探讨

自2017年特斯拉推出首款基于SiC主驱的汽车以来，SiC技术在新能源汽车的应用取得了显著突破，如今已广泛覆盖10万至150万元价格区间的车型，功率等级跨度从150kW至645kW。

SiC的广泛应用主要依赖于以下几点因素：器件性能、质量、价格和产能。

相比传统的硅基IGBT方案，SiC MOSFET因其低导通电阻和低开关损耗，大幅降低了电机控制系统的损耗，带来约5%的行驶里程提升，有效缓解新能源汽车用户里程焦虑；为了获得更大的车内空间和更低的车身重量，应用碳化硅基器件能够有效节省电控系统空间，降低系统成本；新能源汽车常处于高温、高压、高频的复杂工况，而碳化硅功率器件在这种环境下的效率远高于传统硅基功率器件；在追求极致补能效率的趋势下，高电压大电流的电力输入需要碳化硅功率器件的支持。

在新能源汽车中，SiC功率器件主要聚焦于三大核心能量转换枢纽：主驱逆变器、车载充电机、DC-DC转换器。此外还涵盖汽车周边生态，如充电桩。

使用碳化硅的最大头是新能源汽车的电驱逆变器。电驱逆变器负责将电池的直流电转换为交流电以驱动电机。与传统硅基IGBT相比，碳化硅器件（如SiC MOSFET，即金属氧化物半导体场效应管）的开关损耗降低75%，效率提升 3%-5%，体积可缩小至原来的1/10，同时能够支持更高频率的工作。

在价格方面，随着衬底制造技术成熟、良率提升、产能扩张以及模块封装优化，SiC器件的成本正以每年10%-15%的速度下降，加速其在更广泛车型上的渗透，2023年以来搭载800V高压平台车型明显增多。

在产业研究上，SiC的功率器件研究很早就开始了，但是由于衬底质量的限制，直到2001年才开始逐渐商业化，目前SiC功率器件的主要生产厂商有Cree、Rohm、Infineon、STMicroelectronics、GeneSiC 和 Microsemi公司，国内生产厂商主要有泰科天润、三安光电、基本半导体等公司，目前国内厂商受限于沟槽型SiC MOSFET专利壁垒较高、生产制造水平仍有差距，研究重点着眼于平面型SiC MOSFET。

从产业格局看，目前全球SiC产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势，其中美国全球独大，占有全球SiC产量的70%-80%；欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链，在全球电力电子市场拥有强大的话语权；日本是设备和模块开发方面的绝对领先者,目前SiC器件在EV/HEV上应用发展最快的是日本企业。

近日，Yole公布了对碳化硅（SiC）功率器件市场的最新预测。预测显示，该市场在2024年至2030年期间将以20%的复合年增长率（CAGR）增长，到2030年将扩大到103亿美元。

碳化硅器件产能预测；来源: Yole Group

报告中显示，2023年全球功率SiC器件市场上，电动汽车领域占到77%，工业应用占21%，两大市场几乎包揽了整个SiC产业的需求。从2024年全球电动汽车市场的状况来看，根据Rho Motion的数据，全球纯电动和插混汽车销量同比增长25.6%，但其中不同地区呈现分化。

目前碳化硅“上车”趋势明显，但在其发展过程中仍然面临一些挑战：

1）制造成本：目前，SiC器件的生产成本仍然高于硅器件，限制了其在某些低功率应用中的普及。因此，降低SiC器件的生产成本是未来发展的关键。

2）技术成熟度：SiC材料的制备和器件设计仍在不断进步，一些新技术的成熟和标准化需要时间。

3）市场接受度：尽管SiC功率器件的优势明显，但市场对其接受度还需进一步提高，特别是在传统行业中。

2025年8月21日，中国粉体网将在苏州举办第三代半导体SiC晶体生长及晶圆加工技术研讨会。届时，来自安徽芯塔电子科技有限公司高级市场经理周骏峰将带来《车用SiC功率器件技术与市场前景探讨》的报告。

吴炜杰

等：碳化硅功率器件技术发展综述

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