基于硅材料上器件的设计和开发也经过了许多代的结构和工艺优化和更新，正在逐渐接近硅材料的极限，Si 基器件在 600V 以上高电压以及高功率场合达到其性能的极限。为了提升在高压／高功率下器件的性能，第三代半导体材料 SiC（宽禁带）应运而生。
碳化硅作为目前半导体产业最热门的赛道之一，吸引了众多半导体大厂以及初创新锐力量参与其中。
第三代半导体材料，蕴藏巨大潜力
第三代半导体主要是 碳化硅（SiC） 和 氮化镓（GaN），与第一二代半导体材料相比，具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率等性能优势，所以又叫宽禁带半导体材料，特别适用于 5G 射频器件和高电压功率器件。
碳化硅具备耐高压、耐高温、高频、抗辐射等优良电气特性，具备4大性能优势：一是有更大的禁带宽度，可以保证材料在高温高压下耐受更高的工作温度和电压以及更低的导通损耗；二是有更高的击穿电场，在相同耐压值下导通损耗更小，结构可以更加简化；同时碳化硅的高热导率可以有效传导热量，降低器件温度；四是碳化硅的电子饱和漂移速率是硅的两倍，有助于将器件小型化并提高工作频率。
以 SiC 等为代表的第三代半导体材料广泛被应用于光电子器件、电力电子器件等领域，并且碳化硅晶片应用为节能减排和新能源领域带来巨大变革。据了解，碳化硅晶片为衬底制造的半导体器件将被广泛应用于新能源汽车、5G通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网等现代工业领域。
新能源汽车驱动 SiC 产业发展
据Yole 数据显示，全球 SiC 功率器件市场规模将由 2021 年的 10.9 亿美元增长至 2027 年的 62.97 亿美元，2021－27 年 CAGR＋34％。此外，根据CASA Research整理，2020 年国内 SiC、GaN 电力电子器件市场规模约为 46.8 亿元，较上年同 比增长 90％，并预计来五年 SiC、GaN 将以 45％的年复合增长率增至近 300 亿元。
其中新能源汽车是碳化硅功率器件市场的主要增长驱动。笔者了解到，2022年中国车用SiC基板需求量约为16.9亿元人民币。由于新能源汽车市场的增长和SiC产品的广泛采用，2025年中国车用SiC基板市场规模将达到129.9亿元人民币，显示 97.2％ 的年均增长率。
新能源汽车系统架构中涉及到功率器件的组件包括：电机驱动系统中的主逆变器、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载DC－DC）和非车载充电桩。将纯电动汽车逆变器中的功率组件改成SiC时，大概可以减少整车功耗5％－10％，能够显著降低电力电子系统的体积、重量和成本。
目前很多车企推出的800V高压平台都是基于SiC研发的。据了解，已经有多家企业已经发布自身快充布局方案，并且自 2021 年起已经陆续有相关车型发布：保时捷推出首款 800V 快充平台电车；比亚迪 e平台 3.0 发布，对应概念车型 ocean－X；吉利极氪 001 搭载 800V 快充平台；同时华为发布其 AI 闪充全栈高压平台， 预计到 2025 年将实现 5min 快充。
现在每辆纯电动使用的功率半导体价值约400美元，而传统燃油车使用的功率器半导体的价值约为70美元，是纯电动汽车的六分之一。随着新能源汽车的发展的市占率的增加，对第三代功率器件的需求量也会日益增加，预计未来几年SiC器件将随着800V平台的大规模上车进入快速爆发阶段。
抢滩SiC市场，各大厂商纷纷布局
为了推动长期的可持续发展以及增强产品的综合竞争力，越来越多车企加入了布局SiC市场的行列。与此同时，主要的碳化硅芯片制造商正在积极投资新工厂来制造 SiC 晶圆和器件。
国外：
意法半导体：2018年以来，来自特斯拉的需求推动意法半导体650V SiC MOSFET订单激增。今年6月，供应商投资2.44亿美元在摩洛哥新建SiC生产线，独家供应特斯拉。
10月5日，意法半导体宣布，将在意大利卡塔尼亚新建一个SiC衬底工厂，以满足客户对汽车和工业应用对 SiC 器件日益增长的需求。
安森美半导体：自 2021 年起，安森美半导体为梅赛德斯－奔驰 EQ 车队提供逆变器 SiC 模块，还将为奔驰VISION EQXX概念车提供SiC产品（2024年SOP）。
此外，安森美半导体在今年7月份还在日本京畿道富川市建立了新的研究中心和晶圆制造厂。供应商预计其 SiC 产品将在 2023 年贡献 10 亿美元和 2 美元的收入。2024年6亿。
英飞凌：近期，英飞凌宣布已与全球汽车制造商Stellantis签署谅解备忘录。根据协议，英飞凌将在2025－2030年预留产能，直接向Stellantis供应商提供碳化硅功率半导体。
此协议可能涉及价值超过10亿欧元（10.3 亿美元）的芯片，这些芯片将用于Stellantis旗下电动车。今年7月公司宣布将投资18.07亿美元在马来西亚吉打州居林兴建 SiC 晶圆厂，预计于2024年第三季竣工。
Qorvo：去年11月，美国射频解决方案龙头企业Qorvo通过收购SiC半导体供应商UnitedSiC切入SiC赛道。11月8日，Qorvo与半导体晶圆供应商SK Siltron宣布，双方已签署一份多年期的SiC裸片和外延片协议，该协议将促进国内半导体供应链的弹性和更大的能力。
此外，还有ST、罗姆、博世、恩智浦、瑞萨电子、Wolfspeed、II－VI、Soitec等一众国外优质企业在此布局。
国内：
比亚迪半导体：2022年6月，比亚迪半导体推出1200V 1040A SiC功率模块，在不改变原有封装尺寸的情况下，功率提升近30％。且公司成功攻克碳化硅晶圆衬底全环节工艺和设备制造技术，4英寸碳化硅晶圆性能已达到世界先进水平。
根据比亚迪的规划，到2023年，其旗下所有电动汽车都将使用碳化硅功率半导体，而不是硅基IGBT。
三安光电：2021年6月，湖南半导体基地投产，为比亚迪提供车载充电器用碳化硅。此外，2022年2月，三安光电与理想汽车成立合资公司，研究碳化硅技术，拓展碳化硅市场。
本月初，三安光电子公司湖南三安与需求方签署《战略采购意向协议》，后者主要从事新能源汽车业务，承诺自2024－2027年确保向湖南三安每年采购碳化硅芯片。
斯达半导：2021年8月公司宣布投资5亿元在SiC芯片研发及产业化项目；2021年3月公司宣布投资20亿元与高压特色工艺功率芯片和SiC芯片研发及产业化项目。斯达微电子目前在600V／650V、1200V、1700V等中低压IGBT芯片已经实现国产化。
此外，天岳先进掌握碳化硅衬底制作核心技术，批量供应下游核心客户；时代电气构建了全套特色先进碳化硅工艺技术的4英寸及6英寸兼容的专业碳化硅芯片制造平台；士兰微目前已完成车规级SiC MOSFET器件研发，快速上量SiC芯片生产线，计划形成年产产能14.4万片6英寸SiC功率器件芯片生产线。
