第三代半导体SiC的野心与发展

被称为第三代半导体之一的SiC材料自诞生以来，就是奔着取代Si材料去的，野心不小。

早在2013年的时候，据市场调查公司Yole developmet统计，SiC全球市场大约是9000万美元。Yole developmet预测其发展速度可观，从2013年到2020年间，SiC年均增长率约为39%，2020年会达到7.7亿美元的规模。

转眼4年过去了，SiC的电力电子器件市场在2016年才正式形成，市场规模约在2.1亿~2.4亿美金之间。据Yole最新预测，SiC市场规模在2021年将上涨到5.5亿美金，这期间的复合年均增长率预计将达19%。

2020年达到7.7亿美元与2021年达到5.5亿美元、39%和19%，两组对比数据差别很明显告知，市场对SiC的材料应用情况过度乐观，过分高估了SiC的应用趋势。不过即使数据没有预期内的暴涨，现在数据也表明，SiC发展不可小觑。

市场的高预期和现实的落差跟SiC的“四高”特性有关。

SiC功率器件在“高温、高压、高频”的极端条件下性能远高于现在的Si材料，可使电力电子系统的功率、温度、频率、抗辐射能力、效率和可靠性倍增，带来体积、重量的大幅减低。这让市场对这种新材料抱有极高的期望。

但SiC在“高温、高压、高频”三高利好条件下，还有一“高”——高成本。由于SiC材料的特殊性，原材料贵，生产工艺要求高，导致SiC的生产成本是普通Si材料的5-7倍。

东西是好东西，东西也是贵东西，两种因素的博弈下，SiC的发展虽没达到预期的高速，可在Infineon、Cree、ROHM等各大掌握SiC生产工艺的半导体生产厂商推动下，一直以来发展得还可以，市场未大规模普及的条件下还进一步降低SiC的生产成本问题。

以ROHM为例，2009年，日本ROHM收购了SiCrystal公司，它是一家专门做SiC材料的德国企业，有了它提供材料，ROHM会在德国完成晶圆，然后在日本的福冈、京都做芯片的封装和SiC模组，据悉，ROHM是全球唯一一家可以实现一条龙生产的SiC厂商。一条龙的生产模式对量产和成本控制都有积极作用。

在开发成本上，罗姆高级经理水原德健先生说到降低SiC成本第一是在开发上，尽量把晶圆做得更大，因为晶圆越大，每个晶圆上可以取得的die/chip(籽片/芯片)也就越多，浪费的地方也会越少，目前罗姆试生产8英寸产品已完成。第二是提高工厂的生产效率和良品率，SiC的生产时间很长，难度高于一般材料；第三，推动市场应用，市场上的用量加大，单价才会降下来。

为了推动市场应用，一向低调的ROHM在2017年近日为电动汽车顶级赛事“Formula E”提供“全SiC”功率模块，用速度的激情来诠释SiC的技术优越。当然，ROHM还有国际上其他几家能生产SiC的半导体公司的目标不在小众的电动赛车，他们看好的是面临爆发的新能源汽车市场。

在各方政策利好的条件下，新能源汽车一路绿灯，发展势头勇猛，数据显示，第三季度全球电动车和插电式混合动力车的销量超过了28.7万辆，比去年同期增长了63%，比第二季度增长了23%，其中中国电动汽车市场份额就占到了全球销量的一半以上。

SiC器件在电动汽车上一直是备受青睐的，相比其他材料，它能更小型化，更低能耗，更轻量化，，这些特性能减轻新能源汽车的能源压力，使续航路程长。

再以上文中ROHM为电动汽车顶级赛事“Formula E”提供“全SiC”功率模块为例：

“Formula E”赛事中文图瑞电动车队赛车逆变器所搭载的“全SiC”功率模块，采用了ROHM开发且独有的模块内部结构和优化了散热设计的新封装，成功提高了额定电流。另外，与普通的同等额定电流IGBT模块相比，开关损耗降低达75%（芯片温度150℃时），这将非常有助于应用的节能。不仅如此，高频驱动不仅可实现外围部件的小型化，在高频驱动时开关损耗的降低效果更显著，因此还有助于冷却系统等的小型化。

通过将此“全SiC”功率模块应用到逆变器这一赛车驱动的核心部件中，与搭载SiC前的第2赛季的逆变器相比，成功实现43％的小型化与6kg的轻量化。另外，与搭载了SiC-SBD的第3赛季逆变器相比，也成功实现了30％的小型化与4kg的轻量化。

除了新能源汽车， SiC半导体潜在应用领域较为广泛，对轨道交通、智能电网和电压转换等领域都具有重大意义。随着下游行业对半导体功率器件轻量化、高转换效率、低发热特性需求的持续增加，SiC在功率器件中取代Si或者部分取代其他原材料器件成为行业发展的必然。

值得一提的是，我们可以亲身经历这个趋势的发展，因为中国的SiC器件市场应用占据全球近一半的使用量，而中国的SiC产业并不完善。2017年即将接近尾声，2018年中国必然将成为SiC器件生产商厮杀的第一战场。SiC未来如何发展？我爱方案网还将为大家持续关注。