下一代碳化硅技术，国内跑在了前面

碳化硅，是新能源、算力时代的关键半导体材料。

我们熟悉的800V新能源汽车、AI服务器机房、光伏储能电站、高压电网，背后都离不开它。这块市场正在飞速扩张，但话语权长期掌握在海外企业手中。过去国内大多是把国外已经成熟的芯片做国产化复刻。

如今传统碳化硅芯片性能已经摸到物理天花板。碳化硅超级结，被全球看作下一代破局技术，海外大厂原本计划2027 2031年才实现商业化。

9月7日，上海瑶芯微电子对外发布全球首款可以投入实际生产的碳化硅超级结芯片。这标志着中国企业不再一味跟跑海外技术，在芯片底层架构上实现原创突破，为国内碳化硅产业打开全新局面。

（碳化硅超级结MOSFET产品）

外企市占率达80%，国产替代进入深水区

简单说，功率芯片就是电力设备里的“电子开关”，管电流的开合、调压、变电。碳化硅芯片最大优势就是扛得住高压、发热少、不怕高温，特别适合大功率设备。

根据Yole机构测算，2025年全球碳化硅芯片市场规模约37亿美元，预计 2030年突破100亿美元。

两大需求推着行业快速发展：一是新能源汽车普及800V高压平台，对碳化硅芯片需求暴涨；二是AI算力爆发，服务器机房供电对芯片耐高温、大功率的要求越来越高。光伏、高压电网也在持续扩大使用场景。

但现实是，英飞凌、意法半导体、罗姆等海外企业占据全球约 80% 市场份额，芯片怎么设计、产品标准基本由海外说了算。

国内前些年主要在补供应链短板，生产仿制国外已经成熟的碳化硅芯片。可现在这一代芯片的性能已经快要摸到材料本身的极限，想要进一步减少发热、输出更大功率，老设计已经走到头。

现阶段，碳化硅功率器件主要包括平面型MOSFET以及沟槽型MOSFET。而现有的这两种器件结构天生存在两难矛盾：想要芯片耐得住高压，就要牺牲导通能力，发热损耗变大；想要压低发热、提升电流能力，耐压可靠性又会受损。即便不断打磨工艺、缩小芯片内部单元尺寸，这套固有的制衡关系也很难打破，常温性能提升空间已经不大，高温工况下的性能衰减更是难以通过现有结构彻底解决。

（平面型MOSFET以及沟槽型MOSFET）

为进一步提升器件的功率密度与转换效率，超级结MOSFET技术被业界公认为下一代突破方向。

但这项技术做样品容易，量产极难。碳化硅材质坚硬，芯片内部微观结构很难调整，对生产精度要求近乎苛刻。全球研究多年，一直只能做出实验室样品，造不出可以批量供货的产品。海外巨头也只把超级结当做多年之后的远期技术。

瑶芯微电子发布碳化硅超级结芯片，“微米世界里盖高楼”

9月7日，上海瑶芯微电子发布全球首款可产业化的碳化硅超级结芯片。

很多人会好奇，超级结到底解决了什么难题？我们可以把芯片想象成一个水管阀门：阀门打开，希望管子越粗越好，水流顺畅，损耗小；阀门关闭，又必须扛住巨大水压，不能被高压冲坏。

这里就存在天生矛盾：管子做粗，高压容易冲破管壁；管子做细，水流不通畅，阻力大、发热严重。

超级结，就是解决这个矛盾的一套微观结构。 它在 “水流通道” 两侧，造出一排排正负交替的微型隔离柱。关掉阀门承受高压时，这些小柱子一起分担压力，把冲击力分散开。不用把通道收窄，芯片照样扛得住高电压，做到通电损耗低、关断耐高压。

（碳化硅超级结MOSFET示意图）

“并不是简单多做几根柱子，这是一套极其精密的平衡系统。柱子之间正负电荷配比稍有偏差，芯片耐压能力直接失效。”瑶芯微电子联合创始人、CTO 陈开宇打比方说。

（瑶芯微电子联合创始人、CTO陈开宇进行产品介绍）

芯片本身只有指甲盖大小，这些微型柱子是在千分之一毫米的微观尺度制造出来，相当于在一粒灰尘大小的空间里搭建一栋多层楼房。每一层材料厚度、掺杂浓度都不能出错，制造难度可想而知。

该成果是瑶芯微电子和西安电子科技大学郝跃院士团队五年联合攻关的结果，同时联合晶圆工厂芯联集成打磨整套生产工艺，把实验室构想变成可量产的商品。

研发过程中，团队要攻克三道世界级难题：理论设计和实际生产效果对不上；芯片内部压力分布很难做到均匀；生产中难免出现微小误差，很容易让设计好的微观结构报废。

经过持续迭代，这款芯片交出了亮眼的综合表现：

该器件实现1635V超高耐压，室温和175°C高温下比导通电阻低至1.27 毫欧·平方厘米（电流密度较商业化国际顶级水平提升50%）和1.5 毫欧·平方厘米（高温电流密度较商业化国际顶级水平提升166%）。25°C到125°C导通电阻实现零温漂，175°C温度系数小于1.2倍，相较平面或沟槽技术1.8至2.2倍的温度系数取得了实质突破。器件BFOM高达2.1吉瓦每平方厘米（功率密度提升了81%），有效兼顾超低导通损耗与高频高效开关特性。

郝跃院士评价，这是全球率先完成产品化验证的碳化硅超级结芯片。过去国内更多做成熟产品的国产替代，而这次是我们自主开发全新芯片架构，意味着中国企业有能力参与全球下一代碳化硅技术路线的制定。

瑶芯微电子设计完芯片，由芯联集成负责制造。首批产品优先供给AI服务器、数据中心高压供电这类对功率密度要求极高的场景。企业已经完成8英寸产线布局，为未来大规模降本生产做好准备。

超级结不只是芯片升级，更会带动整套设备变革

超级结技术的价值，远不止单颗芯片变得更强，它会带动下游整套电力设备的迭代升级。

首先，显著提升器件在高温下的功率密度，带来模块设计和电路架构的变革，助力新能源汽车主驱、车载电源、AI服务器电源等应用。

其次，突破3300V以上高压大电流器件的技术瓶颈，实现在数据中心固态变压器以及电网装备等场景中的应用。

最后，芯片面积显著缩小，叠加8英寸晶圆制造的优势，可以大幅降低单芯片成本，为客户提供更高性价比的产品。

放眼全球，碳化硅超级结赛道竞争才刚刚开启。海外大厂尚处于研发阶段，预计未来2 5年才会陆续拿出样品。虽然拿到先发优势，但依旧面临多重挑战：要持续打磨可靠性、提升量产良率；完善不同电压、不同封装的产品系列；配合下游客户做大量实测，完成从样品到批量供货的跨越。

碳化硅行业的竞争，早已不是单纯能不能造出芯片，而是材料、芯片设计、制造工艺、终端系统应用全链条的比拼。

瑶芯微电子超级结产品的面世释放出明确信号：国内碳化硅产业已经从单纯追赶海外，进入追赶与自主创新并行的新阶段。能否掌握下一代芯片架构的原创能力，将成为未来中国企业参与全球竞争的核心筹码。