①碳化硅器件优势明显，是下一代功率半导体发展方向
回顾功率半导体的发展历史，技术进步不断诞生新型的功率器件。1957年美国通用电气研制出世界上第一只晶闸管，开启了功率半导体产业发展的序幕。六十到七十年代是晶闸管统治功率器件的全盛时代；八十年代晶闸管与MOSFET共同主导了功率器件市场；到九十年代，晶闸管逐步让位于MOSFET及IGBT，中小功率应用MOSFET开始主导市场，IGBT则统治了中大功率应用。
功率半导体器件形态更新换代历史
碳化硅和氮化镓是下一代功率半导体的核心技术方向。碳化硅器件的效率、功率密度等性能远远高于当前市场主流产品。受制于成本因素，碳化硅功率器件市场渗透率不到1%。我们判断技术进步将推动碳化硅成本快速下降，中长期看碳化硅器件将会是功率半导体的市场主流产品。
碳化硅相对硅器件的优势
相比硅基器件，碳化硅器件具备高耐压、低损耗、高效率的特点,是理想的功率管理元件。
工作频率高：硅基IGBT一般工作在20Khz的频率，而碳化硅基MOSFET在100Khz频率下依然能够保持高效率的运转。
耐受温度高：碳化硅基器件能够耐受更高的工作温度，硅基IGBT最多在150-200度工作，而碳化硅基MOSFET在200-250度依然能够正常工作。
效率高：碳化硅器件的开关损耗及导通损耗大幅降低。一般开关损耗是硅器件的15-30%，大幅提升能源的利用效率。
总结起来，碳化硅最核心的优势有两方面，一是开关损耗小、导通损耗小，因而能源利用效率远远高于硅器件，损耗仅仅为同等硅器件的15%-30%；二是模块尺寸小。由于碳化硅芯片能工作在更高的频率，与之配套的外围电容电感尺寸大幅缩小，碳化硅模块的尺寸往往仅仅为硅器件模块的1/5。
硅及第三代半导体材料关键电子参数对比
|
特性 |
硅 |
碳化硅 |
砷化镓 |
氮化镓 |
|
能带间隙 |
1.12 |
3.26 |
1.43 |
3.5 |
|
电子迁移率 |
1400 |
900 |
8500 |
2000 |
|
击穿电强 |
6 |
3 |
0.4 |
3 |
|
热导率 |
1.5 |
4.9 |
0.5 |
1.3 |
|
饱和漂移速度 |
1 |
2.7 |
2 |
2.7 |
目前碳化硅器件主要用于600伏及以上的应用领域，特别是一些对能量效率和空间尺寸要求较高的应用，如电动汽车充电装置、电动汽车动力总成、光伏微型逆变器领域等应用。
碳化硅产品化的里程碑事件
②碳化硅重在中大功率，氮化镓重在中小功率
碳化硅、氮化镓在应用领域上略有区分，碳化硅的优势应用领域集中在中大功率应用，而氮化镓集中在中小功率应用。
③碳化硅成本不断下降，渗透率将持续提升
2012年碳化硅二极管的成本是硅基肖特基二极管的5-7倍，碳化硅MOSFET是硅基MOSFET成本的10-15倍。经过3年时间，碳化硅二极管的价格下降了35%，碳化硅MOSFET的价格下降了50%。
我们认为碳化硅成本将持续下降，驱动成本下降的主要有以下几个因素。
（1）4寸线向6寸线迁移的过程降低20-40%成本。
（2）碳化硅外延片技术在持续进步，颗粒污染等缺陷率在持续下降，推动芯片良率大幅上升。
（3）随着规模的扩大和经验的积累，碳化硅芯片制程工艺日益成熟，制造的良率在持续提升
目前碳化硅、氮化镓产品的成本相对较高，应用领域受限于一些性能要求高的领域。整体来看，碳化硅器件的良率和硅工艺有着明显的差距。
④汽车应用将推动碳化硅渗透率快速上升
汽车应用领域，碳化硅器件替代硅器件是确定的发展趋势。碳化硅功率器件的应用领域在持续的拓展。早期碳化硅主要应用于功率校正电路（powerfactorcorrection电路），目前量产应用领域已经拓展至光伏逆变器、汽车车载充电机（onboardcharger）。预计2019-2020年，电动车动力系统将导入碳化硅功率器件，进一步拓宽量产应用领域。
目前Tier-1汽车供应链企业都在尝试导入碳化硅，积极开展碳化硅功率器件的测试工作。丰田在2015年2月启动了碳化硅功率器件的实车测试工作，路测原型车在PCU的升压转换器和电机控制逆变器搭载了碳化硅功率器件。据调研信息，比亚迪已经在电动车车载充电机（chargeronboard）导入碳化硅功率器件。
碳化硅功率系统的BOM成本仅仅比硅基功率系统高60%。我们认为随着碳化硅成本的进一步降低，大规模替代硅基功率器件势在必行。当碳化硅/氮化镓工作在更高的开关频率，所需要的配套外围电子元件、冷却系统成本大幅降低。虽然论单个器件成本，碳化硅/氮化镓是硅基器件的5倍以上。但是论系统整体成本，碳化硅/氮化镓的与硅基器件的成本差距已经非常小。根据数据，单个60kw碳化硅功率模块的BOM成本在732美金，而响应的硅基IGBT功率模块的BOM成本约为458美金，碳化硅功率系统仅仅比硅基功率系统成本高出60%。
⑤国内产业链初具雏形
碳化硅产业链可分为三个产业环节，一是上游衬底，二是中游外延片，三是下游器件制造。国外供应链体系主要有：
衬底：Cree、Rohm、EPISIL
EPI外延片：Cree、Rohm、英飞凌、GE、三菱
器件：英飞凌、Cree、Rohm、意法半导体、美高森美、GenSiC、三菱
碳化硅器件方面，国际上碳化硅SBD、碳化硅MOSFET均已实现量产，产品耐压范围600v-1700v，单芯片电流超过50A。
国内已经形成相对完整的碳化硅产业链体系。
衬底材料：山东天岳、天科合达、河北同光晶体、北京世纪金光
EPI硅片：东莞天域半导体、厦门瀚天天成
器件：泰科天润、瀚薪、扬杰科技、中电55所、中电13所、科能芯、中车时代电气
模组：嘉兴斯达、河南森源、常州武进科华、中车时代电气
目前碳化硅市场处于起步阶段，国内厂商与海外传统巨头之间差距较小，国内企业有望在本土市场应用中实现弯道超车。国内企业已经在碳化硅SBD形成销售收入，碳化硅MOSFET的产业化尚在原型器件研制阶段。另外国内已经开发出1700V/1200A的混合模块（硅IGBT与碳化硅SBD混合使用）、4500V/50A等大容量全SiC功率模块。
