珠海超星半导体有限公司

碳化硅（SiC）产品应用行业洞察（一）

SiC市场概述与增长动力

全球碳化硅（SiC）市场正经历快速增长阶段。根据Yole Group发布的《Power SiC 2025》市场报告，全球碳化硅功率元件市场预计到2030年将突破103亿美元，2024至2030年年均复合增长率达20.3%。这一增长主要受到新能源革命和数字化转型的双重推动，特别是在全球碳中和承诺和人工智能技术爆发的背景下。

中国市场表现尤为强劲。CASA数据显示，2024年中国碳化硅、氮化镓半导体功率器件市场规模达176亿元，同比增长14.8%。其中，新能源汽车市场贡献超120亿元，成为最大增长极。随着800V高压平台车型的普及，SiC功率模块在主驱逆变器中的渗透率不断提升，众多车企规模化应用进一步拉动了市场需求。

SiC市场的增长主要受到以下几方面因素的驱动：

• 能源转型需求：全球碳中和承诺加速了电动汽车、可再生能源发电和储能系统的发展，这些领域都需要高效能的功率器件支持。SiC器件能够显著提高能源转换效率，减少能量损耗，符合绿色低碳发展的要求。

• 技术进步与成本下降：SiC制造工艺不断成熟，晶圆尺寸从6英寸向8英寸过渡，2025年全球6英寸SiC晶圆仍占出货主力，价格竞争下平均单价年跌幅超过30%。成本下降进一步促进了SiC器件的普及应用。

• 政策支持：中国"两新一重"（新型基础设施、新型城镇化）和"双碳"战略持续赋能化合物半导体产业。政府出台的一系列政策支持加速了半导体设备的国产化进程，为国内企业提供了良好的发展环境。

• 新应用场景不断涌现：除了传统的功率器件应用，SiC在AI服务器电源、人形机器人关节驱动、超快充网络、射频和光电子等领域的需求正在爆发。新兴应用场景为SiC市场提供了新的增长空间。

关键技术突破与创新趋势

SiC技术近年来取得了显著进步，为产业发展提供了强大动力。这些突破涵盖了材料制备、器件设计和应用创新等多个方面。

材料制备技术

在材料制备方面，中国SiC产业取得了显著突破。2024年国内碳化硅衬底产能激增，6英寸衬底良率不断提升，8英寸进入量产阶段，12英寸研发成功，标志着中国碳化硅衬底技术跻身全球第一梯队。大尺寸晶圆成为降本增效的关键路径，尽管6英寸平台仍是当前量产核心，但8英寸技术正在加速导入。

长晶技术是SiC生产的核心环节。格棋化合物半导体等企业聚焦四大核心技术：原材料物性控管、籽晶沾黏精度、热场参数设计与模组结构稳定性。通过系统性优化，有效控制了结晶缺陷密度与应力变异，使晶圆导电稳定性与良率皆达国际一线水准。

表：不同尺寸SiC晶圆特性对比

器件设计与创新

器件设计方面，1700V碳化硅MOSFET系列作为业界新品，具备了高压、高效能和高可靠性的特点。与传统的硅材料相比，碳化硅具有更宽的禁带宽度（约3.26 eV），这使其在高温、高压和高频等极端条件下表现出色。

主要技术创新包括：

• 低导通电阻：1700V碳化硅MOSFET的低导通电阻（Rds(on)）意味着在开关时的能量损耗更少，从而提高了整个系统的能效。

• 热管理能力：碳化硅MOSFET相较于硅MOSFET能够承受更高的工作温度，操作温度可达到175°C甚至更高。这一能力使得1700V碳化硅MOSFET能够在恶劣环境中长期稳定工作，降低了冷却需求和系统复杂性。

• 开关速度：1700V碳化硅MOSFET还具备更快的开关速度。由于其较低的电荷存储效应，能够快速实现开/关切换，降低了开关损耗。

封装技术革新

封装技术方面，模块化设计成为突破口。相比分立器件，模块不仅能集成更多功能，减少外围器件，还能在布局上更加紧凑，提升散热和隔离性能。以ROHM推出的HSDIP20模块为例，该模块在全桥电路中集成了4个或6个SiC MOSFET，与分立方案相比具有更高的集成度和更优的热管理能力。

新兴应用领域也推动了封装技术的创新。台积电正号召设备厂与化合物半导体相关厂商参与，计划将12英寸单晶碳化硅应用于散热载板，取代传统的氧化铝、蓝宝石基板或陶瓷基板。这是因为SiC的热导率（K值）仅次于钻石，陶瓷基板的热导率约200~230 W/mK，而碳化硅可达400 W/mK，甚至接近500W/mK。

主要应用领域深度分析

新能源汽车领域

新能源汽车是SiC器件最重要的应用领域，也是推动SiC市场增长的主要动力。2024年，中国新能源汽车市场贡献超120亿元，成为SiC功率器件的最大增长极。

在电动汽车中，SiC器件主要应用于主驱逆变器、车载充电器（OBC）和直流-直流转换器等关键系统。随着800V高压平台车型的普及，SiC功率模块在主驱逆变器中的渗透率不断提升。800V架构成为重要催化剂，1200V SiC在高压下较IGBT性能优势更为明显。

车载充电器（OBC）正在经历技术革新。传统基于分立器件的设计在提升功率密度和缩小体积方面已接近极限，新的功率模块化方案因而受到越来越多关注。紧凑型SiC模块成为高功率密度车载充电器的新选择，以ROHM的HSDIP20模块为例，其在11kW双向AC/DC变换级中的仿真结果显示，在48kHz开关频率和强制风冷条件下，效率接近99%。

可再生能源领域

在可再生能源领域，SiC器件主要用于光伏逆变器、风力发电变流器和储能系统。碳化硅MOSFET可提高逆变器和整流器的转换效率，进一步促进清洁能源的使用。

在光伏发电应用中，SiC器件能够提高逆变器转换效率，减少能量损耗，同时缩小系统体积，降低安装和维护成本。特别是在大规模光伏电站中，SiC解决方案能够显著提高系统整体效率，为投资者带来更好的经济回报。

风力发电应用同样受益于SiC技术。风力发电环境恶劣，对功率器件的可靠性和温度适应性要求较高。SiC器件的高温特性和高可靠性使其非常适合风力发电应用，能够减少维护需求，提高系统可用性。

工业电子与电力传输

工业自动化和电力传输等领域也对高压MOSFET有着特殊的需求。1700V碳化硅MOSFET能够承受高电压、高电流，并在高频率下稳定工作，满足各种工业工况的严苛要求。

在工业电机驱动领域，SiC器件能够实现更高精度的电机控制，同时提高系统效率。这对于能耗较大的工业部门尤为重要，能够显著降低运行成本，提高竞争力。

电力传输领域，SiC器件可用于高压直流输电（HVDC）和柔性交流输电系统（FACTS），提高输电效率和控制精度。随着电网互联和可再生能源接入需求的增加，SiC在电力传输领域的应用前景广阔。

新兴应用领域

除了传统应用领域，SiC还在多个新兴领域展现出巨大潜力：

• AI计算与数据中心：随着人工智能计算带来更高的热能负荷，现有散热材料已难以满足需求。SiC散热载板成为解决方案，台积电正计划将12英寸单晶碳化硅应用于散热载板，取代传统的氧化铝、蓝宝石基板或陶瓷基板。

• 射频与微波应用：在射频领域，2024年国内GaN器件市场规模达108亿元，同比增长4.5%。国产GaN HEMT器件在5G基站中的渗透率超50%，且异质集成技术（如GaN-on-SiC）的突破为6G研发奠定基础。

• 光电子领域：光电子LED市场整体平稳达到784亿元，同比增长0.2%，但结构性变化显著。车用LED（如智能大灯、氛围灯）、Mini LED背光及非视觉应用（紫外杀菌、植物光照）增速较大。

• 航空航天与国防：在航空航天及国防领域，碳化硅的高温特性为军事设备和航天器提供了必要的支持。SiC器件能够承受极端环境条件，满足航空航天应用的高可靠性要求。

 产业链与竞争格局

全球SiC产业链已经初步形成，涵盖了从材料制备、器件设计制造到应用系统的完整生态。然而，产业链各环节的竞争格局和发展水平存在显著差异。

全球产业链布局

从全球来看，SiC产业呈现寡头垄断格局。根据Yole数据，行业龙头占据全球SiC材料超过60%市场份额。全球SiC外延片市场主要企业包括TYSiC、II-VI Advanced Materials(Ascatron)、BASiC Semiconductor、Showa Denko K.K. (Resonac Holdings)、Wolfspeed (Cree)、ROHM (Sicrystal)等。

中国SiC产业虽然起步较晚，但发展迅速。中国在碳化硅和氮化镓等化合物半导体领域已初步构建起从材料、器件到应用的完整产业生态。产业规模持续扩大，技术创新能力显著提升，应用场景不断拓展。

表：全球主要SiC企业布局情况

中国产业链发展

中国SiC产业链已经基本形成，并在各环节取得了显著进展：

在上游材料领域，2024年国内碳化硅衬底产能激增，价格下降幅度较大，6英寸衬底良率不断提升，8英寸进入量产阶段，12英寸研发成功。这表明中国碳化硅衬底技术已跻身全球第一梯队。

在芯片制造环节，芯联集成、士兰微等企业的SiC MOSFET已通过车规级认证，并批量用于主驱系统。SiC模块产能也在不断增长，芯聚能、斯达半导体等企业实现车规级模块的大规模交付。

在下游应用领域，中国作为全球最大的新能源汽车市场，为SiC器件提供了广阔的应用场景。2024年，新能源汽车市场贡献超120亿元，成为SiC最大增长极。消费电子市场则以21亿元规模紧随其后，快充领域GaN器件已成为标配。

挑战与机遇分析

行业发展挑战

尽管SiC市场前景广阔，但行业发展仍面临多重挑战：

• 成本压力：虽然生产工艺不断成熟，成本有所降低，但相较于传统硅MOSFET，碳化硅MOSFET的价格仍然较高，这在一定程度上限制了其普及应用。2025年全球6英寸SiC晶圆平均单价年跌幅超过30%，价格竞争激烈。

• 技术难题：碳化硅衬底仍面临缺陷控制难题，氮化镓可靠性标准需进一步完善。SiC硬度和钻石相当，切割技术难度大，如果切割技术不佳，碳化硅的表面会呈波浪状，无法用于先进封装。

• 人才短缺：中国化合物半导体产业未来几年需在高端人才储备等维度持续攻坚。专业人才短缺是制约产业发展的重要因素。

• 国际竞争：全球SiC市场由国际巨头主导，中国企业面临激烈国际竞争。全球CVD碳化硅零部件市场由Tokai Carbon、Sgl Carbon、Toyo Tanso等国际巨头主导。

• 供应链风险：地缘政治变动与供应链重组带来挑战。全球半导体产业供应链不稳定，对中国SiC产业发展带来不确定性。

行业发展机遇

尽管面临挑战，SiC产业仍充满发展机遇：

• 市场需求增长：全球碳中和趋势推动新能源市场快速发展，对SiC器件需求持续增长。我们预测2025年全球新能源车SiC功率器件市场规模将达30.05亿美元。

• 政策支持：中国"两新一重"和"双碳"战略持续赋能化合物半导体产业。政府出台的一系列政策支持加速了半导体设备的国产化进程。

• 技术进步：技术进步推动产业发展。中国在碳化硅和氮化镓等化合物半导体领域已初步构建起从材料、器件到应用的完整产业生态。

• 新兴应用领域：新兴应用领域不断涌现。AI计算、无人机、低轨卫星通信等新兴场景开始采用GaN射频方案，未来或成新增长点。

• 国产替代机遇：国产替代为国内企业提供机遇。安防与航天市场的稳定需求为国产替代提供了空间。

碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料的代表，在全球能源转型和产业变革中发挥着越来越重要的作用。全球SiC市场正处于快速发展阶段，预计到2030年将达到103亿美元规模。技术进步显著，6英寸SiC衬底良率不断提升，8英寸进入量产阶段，12英寸研发成功。

中国SiC产业已经取得了显著进展，在材料制备、器件设计和应用创新等方面都取得了突破。中国在碳化硅和氮化镓等化合物半导体领域已初步构建起从材料、器件到应用的完整产业生态。未来，在市场需求、政策支持和技术创新的共同推动下，中国SiC产业有望实现更快发展，从"跟随者"逐步转变为"引领者"。然而，产业发展仍面临成本、技术、人才和国际竞争等挑战。需要政府、企业、科研院所和用户共同努力，加强协同创新，完善产业生态，促进SiC产业健康发展，为全球碳中和目标和数字经济发展提供支撑。