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当前全球碳化硅行业正处于高速增长阶段，碳化硅功率器件市场规模在不断扩大，碳化硅材料的优异性能，比如耐高温、高频、大功率等，使其在新能源汽车、光伏、5G通信、工业及国防等领域得到广泛应用，推动了市场的快速增长。

1、定义与特性

碳化硅（SiC）是一种由碳和硅原子以共价键形式连接形成的化合物，分子式为 SiC。其晶体结构主要分为 α-SiC（六方或菱面体结构）和 β-SiC（闪锌矿型立方结构），β-SiC 在 2100℃以上时会转变为 α-SiC。碳化硅具有众多卓越的物理化学特性，其硬度极高，莫氏硬度在 9.2-9.8 之间，仅次于金刚石，这使得它在磨料、切削工具等领域有着重要应用；导热性良好，热导率高于传统半导体材料硅，有助于器件散热，提升稳定性和可靠性；具有一定导电性，其电阻温度特性与金属相反，高纯度碳化硅的电阻率随温度升高而下降，含杂质碳化硅的导电性能则与杂质种类相关；化学稳定性强，在空气中 800℃时开始缓慢氧化，1600℃左右氧化作用几乎停滞，因为生成的二氧化硅层能起到保护作用，且对酸、碱及氧化物有一定抵抗力；机械强度高，具有耐磨、抗冲击等特性，能在恶劣环境下保持性能稳定。

作为第三代半导体材料，碳化硅与第一代半导体材料硅和第二代半导体材料砷化镓相比，具有更宽的禁带宽度（约为 3.2eV，硅为 1.12eV），可承受更高的电压，能在高温、高压、高频、大功率、抗辐射等极端条件下稳定工作，适用于制备高性能的功率器件和射频器件，突破了前两代半导体材料在物理性能上的限制，为众多新兴领域的发展提供了关键支撑，推动了电子电力、通信、新能源等行业的技术进步和产业升级。

2、应用领域

根据XYZ-Research发布的市场调研报告指出，在新能源汽车领域，碳化硅功率器件如碳化硅 MOSFET 和碳化硅 SBD 等被广泛应用于电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、车载 DC/DC 及非车载充电桩等组件中。相较于传统硅基器件，碳化硅器件可使电动车续航里程延长 5%-10%，促进逆变器线圈、电容小型化，缩减电驱尺寸，减少电机铁损，提升能源效率和功率密度，优化电动汽车的整体性能，目前特斯拉、比亚迪、丰田等车企均已开始采用碳化硅器件，随着成本的降低，其应用将更加广泛和深入，有望在未来成为新能源汽车的主流半导体材料，推动电动汽车行业的快速发展和技术升级。

在光伏产业中，碳化硅 MOSFET 功率器件已被光伏逆变器龙头企业采用，替代传统硅器件。使用碳化硅功率器件可使光伏转换效率从 96% 提高至 99% 以上，能量损耗降低 50% 以上，设备循环寿命提升 50 倍，显著提高光伏发电系统的发电效率和稳定性，降低成本，促进光伏产业的可持续发展，使其在可再生能源领域的竞争力进一步增强，对于全球能源结构向清洁能源转型具有重要意义，有助于推动太阳能光伏产业在全球范围内的大规模应用和普及。

智能电网方面，随着国家大力发展新基建，特高压输电工程对碳化硅功率器件存在重大需求。碳化硅功率器件在智能电网中的应用场景包括高压直流输电换流阀、柔性直流输电换流阀、灵活交流输电装置、高压直流断路器、电力电子变压器等装置，能够提高电网的输电效率、稳定性和可靠性，降低输电损耗，实现电力的高效传输和分配，对于构建现代化智能电网、保障能源供应安全具有关键作用，有助于提升电网的智能化水平和应对能源需求增长的能力，推动电力行业的技术创新和产业升级。

在 5G 通信领域，碳化硅基氮化镓射频器件因其高电子迁移率和良好的高频特性，成为制造 5G 基站功率放大器和射频器件的理想材料。与传统的硅基 LDMOS 器件相比，碳化硅基氮化镓射频器件可以更好地适应 5G 通信基站、雷达应用等领域低能耗、高效率的要求，能够提升通信信号的传输质量和覆盖范围，满足 5G 通信对于高频、高功率器件的需求，为 5G 网络的建设和发展提供了有力支持，推动通信技术的不断进步和创新，对于实现高速、稳定的通信连接以及智能互联社会的构建具有重要意义。

航空航天领域，碳化硅陶瓷材料由于耐高温、高强度的特性，被用于制造航空航天器的高温部件，如发动机叶片、燃烧室等。在高温环境下，碳化硅陶瓷能够保持良好的结构完整性和性能稳定性，确保航空航天器的安全运行和可靠工作，提高航空航天器的性能和效率，减轻结构重量，满足航空航天领域对于高性能材料的严苛要求，为航天事业的发展提供了关键材料支撑，有助于推动人类探索宇宙的进程和航空航天技术的不断突破。

3、行业发展历程

据市场分析报告进行披露，碳化硅的发现可追溯至 1824 年，伯泽里乌斯从硅氟化钾还原中制备出碳化硅。1891 年，美国化学家艾奇逊以工业规模合成出这种人造矿物，1904 年，法国人莫瓦桑首次在美国亚历山大州的陨石里发现了天然碳化硅，但含量甚微，工业上使用的碳化硅几乎均为人工合成。早期，碳化硅主要应用于磨料、耐火材料等领域，随着半导体技术的发展，其在电子领域的应用潜力逐渐被挖掘。

从 20 世纪 50 年代开始，进入物理基本性质研究和英寸级别单晶生长的技术积累阶段，物理气相传输（PVT）生长方法基本确定，掺杂半绝缘技术被提出，到 1994 年，Cree 推出了商用的 2 英寸（50.8mm）SiC 衬底材料，掀起了全球 SiC 器件及相关技术的研究热潮。此后，碳化硅技术不断发展，在衬底尺寸、外延生长、器件制造等方面取得了一系列突破，国际上 6 英寸 SiC 衬底产品已实现商用化，主流几大厂家均推出 8 英寸衬底样品，6 英寸外延产品也已商用，8 英寸外延产品也已研制成功，可满足中低压、高压、超高压功率器件制备要求，碳化硅功率器件的性能和可靠性不断提升，应用领域也不断拓展。

近年来，随着新能源汽车、5G 通信、光伏等产业的快速发展，碳化硅市场需求呈现高速增长态势。根据 Yole 公布的数据，2021 年全球碳化硅功率器件市场规模为 10 亿美元，到 2023 年，这一规模增长至约 30.4 亿美元，预计到 2028 年，全球功率碳化硅器件市场将增长至近 90 亿美元，碳化硅行业逐渐步入产业化成熟阶段，成为全球半导体产业发展的重要方向之一，众多企业纷纷加大在碳化硅领域的研发和生产投入，竞争日益激烈，推动着碳化硅技术和产业的不断创新和发展。在这一过程中，美国 Wolfspeed 公司上世纪 90 年代初已成功推出碳化硅晶片产品，90 年代末成功研制出 4 英寸碳化硅晶片，并于 2001 年成功研制首个商用碳化硅二极管产品；意法半导体、英飞凌等国际半导体巨头也通过并购、合作等方式布局碳化硅产业，国内企业如天岳先进、三安光电、华润微等也在碳化硅衬底、外延、器件制造等环节取得了一定的技术突破和市场份额，逐渐缩小与国际先进水平的差距，为我国碳化硅产业的发展奠定了坚实基础。

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