SiC：半导体巨头的新金蛋

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丰田公司在Prius和Aqua等车型上使用SiC的计划要延迟了。由于SiC晶圆不足，只能在雷克萨斯等豪华车型上使用SiC器件，平价车型一时还无法使用这种新型半导体材料。与此同时，老对手大众公司则选中Cree公司作为其在SiC方面的合作伙伴，并大规模进行采购。其他的汽车制造商们也将在未来几年在主逆变器中使用SiC，而所有中国汽车OEM都在积极考虑采用SiC。

SiC市场将迎来自己的第一次大爆发，各大厂商们为此已做好了备战计划。

优质的替代者

作为Si材料的继承者，SiC材料具有众多优异的物理性质，如禁带宽度大（接近于Si的3倍）、器件极限工作温度高（可以高达600℃）、临界击穿电场强度大（是Si的10倍）、热导率高（超过Si的3倍）和高频率（Si的10倍以上）。

与Si材料相对应，用SiC材料生产的器件也分三大类型。

1 SiC功率二极管

SiC功率二极管有3种类型：SiCSBD（肖特基二级管）的出现将SBD的应用范围从250V提高到1200V。同时，其高温特性好，从室温到由管壳限定的175℃，反向漏电流几乎没有增加。在3kV以上的整流器应用领域，SiCPiN和SiCJBS二极管由于比Si整流器具有更高的击穿电压、更快的开关速度以及更小的体积和更轻的重量而备受关注。

2 SiC MOSFET器件

Si功率MOSFET器件具有理想的栅极电阻、高速的开关性能、低导通电阻和高稳定性。目前市场上有1500V左右的Si MOSFET，但性能不小。如果改用SiC来做，可以达到3300V以上。

3 碳化硅绝缘栅双极晶体管（SiC BJT、SiC IGBT）和碳化硅晶闸管（SiC Thyristor）

SiC IGBT器件的导通电阻可以与单极的碳化硅功率器件相比。与Si双极型晶体管相比，SiC双极型晶体管具有低20～50倍的开关损耗以及更低的导通压降。SiCBJT主要分为外延发射极和离子注入发射极BJT，典型的电流增益在10-50之间。

SiC的诸多特性，转化到实际应用中，表现为三个特点：减小模块尺寸、减小周围元件尺寸、简化冷却系统。一个5000W的DC/DC，重量是7公斤，体积是8升左右，改用SiC以后，体积会缩减到原来的1/8。

急剧扩张的市场

根据调研机构Yole的最新报告，到2024年，SiC功率半导体市场规模将增长至20亿美元，2018~2024年期间的复合年增长率（CAGR）将高达29%。

ROHM公司罗姆半导体(北京)有限公司技术中心所长水原德建介绍，SiC目前最大的应用市场是光伏，其次是数据中心，接下来是电动汽车（EV）、充电站、风电、铁路等。目前的SiC产品以1200V为主，随着电压的增高，会更多地应用在风电、铁路上。

短期内，增长最快的领域将是电动汽车。罗姆通过调查发现，在2018年至2024年期间，车载充电器对功率器件的需求将以37%的年复合增长率上涨，最终达到近3.1亿美元的估值。最明显的是，车载充电器中SiC的采用将会上涨。例如，2018财年约20％的纯电动汽车在车载充电器中使用碳化硅，到2024年这一比例将达到约45％。插电式混合动力汽车（PHEV）的采用率也很高，这一比例在2018年低于15％，预计到2024财年将达到约35％。

除去车载充电器（OBC）和DC/DC转换器，牵引逆变器的应用在增多。预计到2021年，将有很多的SiC牵引逆变器在市场上出现。

现有的一个SiC成功应用案例就是Formula E（电动方程式大赛）。罗姆在2016年第三赛季开始与文图瑞Formula E车队进行官方技术合作。文图瑞赛车的逆变器在第二赛季的时候还是用的传统IGBT模块，在第三赛季的时候罗姆参与进来，用的是IGBT加上SiC的肖特基，在第四赛季的时候这里面就用了罗姆的全SiC模块。“搭载全SiC模块以后，逆变器的重量减了6公斤，尺寸减少了43%，功率则增加到220kW。” 水原德建告诉记者。

从2015年到2018年，SiC和其他电力半导体处于强劲增长周期，导致市场短缺。但在2018年末，国内和其他地区的市场降温。目前，碳化硅市场供需保持平衡。

迎接挑战

市场上有两种类型的SiC晶圆供应商——垂直整合和第三方。罗姆公司就属于第一种，自己设计器件，并拥有内部SiC晶圆制造工厂。

罗姆已聚焦在SiC上大约20年了。他们最初的SiC MOSFET开发始于2002年，初始样品于2005年出货。随后2007年试制了300A MOSFET，并于2008年发布了沟槽式器件。

2009年，罗姆收购了SiC晶圆供应商SiCrystal。随后在2010年推出首批批量生产的SiC肖特基二极管和MOSFET，2012年批量生产全SiC模块，2017年交付了6英寸SBD。

罗姆计划到2025年累计投资850亿日元在SiC方面。这里面包括了SiC功率器件、SiC晶圆和栅极驱动IC芯片的投资。水原德健表示，罗姆的碳化硅生产能力在2021年会达到2017年的6倍，2025年的时候会达到2017年的16倍。

罗姆在旗下生产子公司ROHM Apollo的筑后工厂(福冈县)内新造生产6英寸SiC的厂房，以提高产量。新厂房将被用来制造SiC功率器件的衬底，以及制作外延片和晶圆加工的预处理工艺。

采用垂直整合模式，让罗姆能够建立长期稳定供货和对应需求变动的生产体制。“和其他公司相比，罗姆的优势是既有自己的晶圆又有自己的芯片，可以提出完整的解决方案并持续供货。”水原德建强调，“罗姆希望今后把SiC的市场越做越好，并带动栅极驱动市场一起成长。”

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weiwei4

不错的资料，学习了