近年來，SiC功率器件的出現大大提升了半導體器件的性能，這對電力電子行業的發展意義重大。據Yole預測，到2023年SiC功率器件市場規模預計將達14億美元，其主要的市場增長機會在汽車領域，特別是EV、混合動力車和燃料電池車等電動車應用市場。

與Si器件相比，SiC功率器件可以有效實現電力電子系統的高效率、小型化和輕量化。據了解，SiC功率器件的能量損耗只有Si器件的50%，發熱量只有Si器件的50%，且有更高的電流密度。在相同功率等級下，SiC功率模塊的體積顯著小于Si功率模塊,以智能功率模塊IPM為例，利用SiC功率器件，其模塊體積可縮小至Si功率模塊的1/3～2/3。

目前越來越多的廠商對碳化硅(SiC)器件加大投入，國外知名廠商有ROHM、Bombardier、Cree、SDK、STMicroelectronics、InfineonTechnologies、Littelfuse、Ascatron等，國內也有不少廠商陸續推出SiC功率器件產品，如泰科天潤、基本半導體、上海瞻芯電子、楊杰科技、芯光潤澤、瑞能半導體等。

SiC功率半導體器件技術發展近況

1、SiC功率二極管

SiC功率二極管有3種類型：肖特基二極管（SBD），PIN二極管和結勢壘控制肖特基二極管（JBS）。由于存在肖特基勢壘，SBD具有較低的結勢壘高度。因此，SBD具有低正向電壓的優勢。SiCSBD的出現將SBD的應用范圍從250V提高到1200V。同時，其高溫特性好，從室溫到由管殼限定的175℃，反向漏電流幾乎沒有增加。在3kV以上的整流器應用領域，SiCPiN和SiCJBS二極管由于比Si整流器具有更高的擊穿電壓、更快的開關速度以及更小的體積和更輕的重量而備受關注。

2、SiC MOSFET器件

Si功率MOSFET器件具有理想的柵極電阻、高速的開關性能、低導通電阻和高穩定性。在300V以下的功率器件領域，是首選的器件。有報道稱，已成功研制出阻斷電壓10kV的SiCMOSFET。研究人員認為，SiC MOSFET在3kV～5kV領域將占據優勢地位。盡管遇到了不少困難，具有較大的電壓電流能力的SiCMOSFET的研發還是取得了顯著進展。

另外，有報道介紹，SiC MOSFET柵氧層的可靠性已得到明顯提高。在350℃條件下有良好的可靠性。這些研究結果表明柵氧層將有希望不再是SiCMOSFET的一個顯著的問題。

3、碳化硅絕緣柵雙極晶體管（SiC BJT、SiC IGBT）和碳化硅晶閘管（SiC Thyristor）

之前報道了阻斷電壓12kV的碳化硅P型IGBT器件，并具有良好的正向電流能力。SiC IGBT器件的導通電阻可以與單極的碳化硅功率器件相比。與Si雙極型晶體管相比，SiC雙極型晶體管具有低20～50倍的開關損耗以及更低的導通壓降。SiCBJT主要分為外延發射極和離子注入發射極BJT，典型的電流增益在10-50之間。

關于碳化硅晶閘管，有報道介紹了1平方厘米的晶閘管芯片，阻斷電壓5kV，在室溫下電流100A（電壓4.1V），開啟和關斷時間在幾十到幾百納秒。

國內廠商SiC功率器件發展現狀

1、泰科天潤

泰科天潤成立于2011年，是一家致力于碳化硅（SiC）功率器件研發和生產的企業。總部位于北京中關村，在北京擁有一座完整的半導體工藝晶圓廠，可在4英寸SiC晶圓上實現半導體功率器件的制造工藝。產品線涉及基礎核心技術產品、碳化硅成型產品以及多套行業解決方案，基礎核心產品以碳化硅肖特基二極管為代表。

早在2015年，泰科天潤就宣布推出了一款3300V/50A高功率碳化硅肖特基二極管產品。據報道，該產品具有低正向電壓降、快開關速度、卓越的導熱性能等特性，適用于軌道交通、智能電網等高端領域。

據介紹，3300V/50A高功率碳化硅肖特基二極管工作時的正向壓降的典型值為2.22V（IF=50A,Tj=25℃）、4.75V（IF=50A,Tj=175℃）；反向漏電流的典型值為120uA（VR=3300V,Tj=25℃）、200uA（VR=3300V,Tj=175℃）；在惡劣的電氣環境下最大限度地提高可靠性；可在-55℃到175℃溫度范圍內正常工作。產品可提供未封裝的裸芯片，器件封裝類型可根據客戶要求定制。

2018年10月，泰科天潤與高溫長壽半導體解決方案領先供應商CISSOID達成戰略合作，共同推進碳化硅功率器件在工業各領域，尤其是新能源汽車領域實現廣泛應用，如上文介紹，新能源汽車將會是碳化硅功率器件市場規模的主要增長領域。

汽車中用量最多的半導體器件主要是三大類，傳感器、MCU和功率器件。其中功率器件主要應用在動力控制系統、照明系統、燃油噴射、底盤安全等系統中。與傳統汽車相比，新能源汽車新增大量功率器件用量，為什么呢？由于新能源汽車普遍采用高壓電路，當電池輸出高電壓時，需要頻繁進行電壓變換，這時電壓轉換電路（DC-DC）用量大幅提升，此外，還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等，這些對IGBT、MOSFET、二極管等半導體器件的需求量也大幅增加。

據泰科天潤官微介紹，公司當前的產品主要以SiC肖特基二極管為主，可以提供反向電壓為600V、1200V、1700V、3300V等級別的器件，包括擊穿電壓為600V，工作電流為1A、2A、3A、4A、5A、6A、8A、10A、20A的器件，以及擊穿電壓為1200V，工作電流為2A、5A、10A、20A、30A、40A、50A的器件，此外，器件的封裝類型主要為TO-220、TO-247（可根據客戶要求定制）。

2、深圳基本半導體

深圳基本半導體成立于2016年，由清華大學、浙江大學、劍橋大學、瑞典皇家理工學院等國內外知名高校博士團隊創立，專注于碳化硅功率器件的研發與產業化，是深圳第三代半導體研究院發起單位之一。

深圳基本半導體有限公司長期專注SiC功率器件研發，主要產品包括SiC二極管、SiC?MOSFET及車規級全SiCMOSFET模塊，廣泛應用于新能源發電、新能源汽車、軌道交通和智能電網等領域。

以SiC二極管為例，通過采用國際領先的碳化硅設計生產工藝，基本半導體旗下SiC二極管的性能對標國際知名廠商同類產品，甚至在某些產品參數上更優于國際廠商，實現光伏逆變器、車載電源、新能源汽車充電電源、通訊電源、服務器電源等行業的大規模應用。

同時，基本半導體在2018年10月正式發布的1200V碳化硅MOSFET，是第一款由中國企業自主設計并通過可靠性測試的工業級產品，各項性能達到國際領先水平，其中短路耐受時間更是長達6μs。

SiC功率模塊對于器件芯片本身要求很高、對封裝要求很高。前不久，深圳基本半導體營銷總監蔡雄飛先生在接受媒體采訪的時候透露，基本半導體目前正在研發一款對標“用于特斯拉Model3的ST全SiCMOSFET模塊”的車規級產品，2019年已經能提供工程樣品，將會跟國內知名汽車整車廠進行聯合開發以及樣機研發，預期該產品將于2021-2022年上市。

3、揚杰科技

揚杰科技成立于2006年8月2日，2014年1月在深交所創業板掛牌上市，公司專業致力于功率半導體芯片及器件制造、集成電路封裝測試等領域的產業發展，主營產品為各類電力電子器件芯片、功率二極管、整流橋、大功率模塊、DFN/QFN產品、SGTMOS及碳化硅SBD、碳化硅JBS等。產品廣泛應用于消費類電子、安防、工控、汽車電子、新能源等諸多領域。

從揚杰科技2018年半年度報告中了解到，公司正在積極推進SiC芯片、器件研發及產業化項目，加強碳化硅領域的專利布局，重點研發擁有自主知識產權的碳化硅芯片量產工藝，針對電動汽車、充電樁、光伏逆變等應用領域。

揚杰科技官網顯示，目前已有的4個碳化硅碳化硅肖特基模塊，型號分別是MB200DU01FJ、MB200DU02FJ、MB300U02FJ、MB40DU12FJ，如查看Datasheet可以知道，MB200DU01FJ這個型號，可以應用在電鍍電源、高頻電源、大電流開關電源、反向電池保護、焊機等場景中。

3、芯光潤澤

芯光潤澤成立于2016年3月，是一家專業從事第三代半導體SiC功率器件與模塊研發和制造的高科技企業。目前已與西安交大、西安電子科技大學、華南理工等院校成立聯合研發中心，與美的集團、愛發科集團和強茂集團等企業簽署合作。

2018年9月18日，芯光潤澤國內首條碳化硅智能功率模塊（SiCIPM）生產線正式投產，該項目于2016年12月正式開工建設，據了解，該產線投產穩定后，每月生產規模可達30萬、每年可達360萬顆。

從芯光潤澤官網獲悉，公司目前擁有碳化硅產品為碳化硅SBD和碳化硅MOSFET，如XGSCS1230SWA是碳化硅SBD其中一個型號，可以滿足電壓為1200V的電壓需求，適用場景為開關電源、功率因數校正、電力逆變器、不間斷電源（UPS）、電機驅動等等。

4、瑞能半導體

瑞能半導體有限公司是由恩智浦半導體與北京建廣資產管理有限公司共同投資建立的高科技合資企業，于2016年1月19日宣布正式開業，運營中心落戶上海。瑞能半導體一直專注于研發行業領先的、廣泛且深入的雙擊功率半導體產品組合，包括可控硅整流器和三端雙向可控硅、硅功率二極管、高壓晶體管和碳化硅二極管等。

公司的碳化硅二極管主要應用在工業、服務器、空調等領域，從官網了解到，瑞能半導體碳化硅二極管型號共有25個，都可以滿足電壓為650V的需求，如型號NXPSC16650B，可以應用在功率因數校正、開關模式電源、不間斷電源（UPS）、光伏逆變器、LED/OLED電視、電機驅動等場景中。

5、上海瞻芯電子

上海瞻芯電子成立于2017年7月17日，是一家由海歸博士領銜的Fabless半導體初創公司，齊集了海內外一支經驗豐富的工藝、器件、電路設計、系統應用、市場推廣和商務管理的高素質核心團隊。公司致力于開發以碳化硅功率器件為核心的高性價比功率芯片和模塊產品，為電源和電驅動系統的小型化、高效化和輕量化提供完整的半導體解決方案。

2017年10月上旬，公司完成工藝流程、器件和版圖設計，在10月到12月間完成初步工藝試驗；并且從2017年12月開始正式流片，在短短不到5個月內克服種種困難，成功地在一條成熟量產的6英寸工藝生產線上完成碳化硅(SiC)MOSFET的制造流程。晶圓級測試結果表明，各項電學參數達到預期，為進一步完成工藝和器件設計的優化奠定了堅實基礎。2018年5月1日，第一片國產6英寸SiCMOSFET晶圓正式誕生。

總結

新能源汽車是SiC功率器件的主要增長點，充電樁也是，以直流充電樁為例，據CASA測算，電動汽車充電樁中的SiC器件的平均滲透率達到10%，2018年整個直流充電樁SiC電力電子器件的市場規模約為1.3億，較2017年增加了一倍多。

SiC功率器件存在很多優勢，未來發展空間也在逐漸增大，不過在發展SiC器件的過程中，還是存在不少問題，從近幾年的發展來看，國內外廠商還是研究機構，都在加大投入發展更有的技術和產品，相信未來SiC器件不管在性能還是價格等多方面都會更適應市場需求。