S1_02_英飞凌碳化硅功率器件的发展
2023年碳化硅功率器件行业市场需求分析
2023年碳化硅功率器件行业市场需求分析碳化硅功率器件作为一种新型的半导体材料，相较于传统的硅功率器件在高温、高电压、高频率等方面有着更好的性能，特别是在高温、高频率、高压下的应用领域，拥有明显的优势。
近年来，随着绿色能源、智能制造、物联网等新兴行业的不断发展，碳化硅功率器件市场需求逐渐增大，下文将对其市场需求进行分析。
一、发展趋势在全球不断推进产业升级和新能源发展的环境下，碳化硅功率器件市场趋势明显。
首先，在新能源方面，汽车行业的电动化趋势不断加速，对高性能功率器件的需求也在不断提高。
碳化硅功率器件具有更高效、更小尺寸和更高功率密度等优势，因此逐渐成为电动车、混合动力车及其他新能源汽车的有力驱动器和控制器模块。
此外，碳化硅功率器件还可以用于对电网进行能量管理、存储系统和电网逆变器中。
因此，光伏发电和风力发电的快速发展也逐渐提高了碳化硅功率器件的需求。
其次，在智能制造领域，碳化硅功率器件的市场需求也在逐渐增长。
工业4.0的发展趋势使得生产设备、工厂自动化和机器人技术等都具有了更高的要求和更好的性能。
在这样的背景下，碳化硅功率器件因为具有更高的温度稳定性和更高频率的特性等优点，能够满足工业应用中高速、高效、高温、高压等的要求，因此它的市场需求也在不断增加。
最后，在物联网领域，碳化硅功率器件的市场需求也越来越大，因为它具有高效、小尺寸和高功率密度等特点，这使得它逐渐成为了连接外围设备和主机之间的桥梁，有着广泛的应用。
无论是智能家居、智能健康还是智能交通等领域，碳化硅功率器件都是不可或缺的一部分，市场需求也因此得到了不断的提升。
二、市场规模市场需求的增长使得碳化硅功率器件的市场规模也在不断扩大。
根据市场研究公司YoleDéveloppement的报告，2018年全球碳化硅功率器件市场规模达到了89亿美元，同比增长了六成。
2020年早期，由于新冠疫情的影响，碳化硅功率器件市场受到了影响但市场规模仍然有所增长。
英飞凌功率器件和单片机技术助力能源利用和汽车电子持续发展
最大 功率 为８ ｋＷ ，全 混 ＨＥＶｆ ＥＶ ０ ， 皆可 使 用 ，额定 电流 高达 ８ ０ ０ Ａ。整
个 Ｈｙ ｉ ＰＡＣＫ 套 件包 括 Ｉ ｂｒｄ ＧＢＴ 模
２４ 夸日 电子 －２１华５ ０ｏ 月
块 、水冷 器 、驱动器 板 、适 配 器板和 制器 可确保 以极 其 经济 划算 的方式 ，
器磁场 定 向控制 ，降 低失 效的 风器 ，适 用于 实现节 能控 制理 念 。它们 集成 多种 特 实 现更 高效 率 ，连接 性 ；实现远 程控 ６ ３ 位Ｔｒ ０ ｅ Ｃ 风冷 或低温 液 体冷却 的逆 变器 系统 。
性 ，包 括 电容 式触控 和ＬＥＤ矩阵控 制 制 ， 损 坏 监 测 ， 故 障 警 报 。 还 有 一 个
ＣＣＵ６ ）、看门狗 定 使控 制更 灵活有效 ，实现 ＰＦＣ功能并 ｌ５ ；通 过 将 Ｉ ７℃ ＧＢＴ的 位 置 更 靠 近 基 捕获 比较单 元 （ ＤＣ 板螺 丝 固定点 的方其 法 ，有效 降低 了 时器 、掉 电模式 和 各种通 信接 口诸 如 提高ＡＤ／ 转换效率 ，控制 蓄电池 充
Ｉ Ｊ ； Ｅ ＲＯＭ、 １位模数 转换器 应 用领 域是 智能 电源 控制 ，在控 制 转 ０ 另外 ，还有Ｐ ｉ Ｐ ｒｍｅ ＡＣＫ 模块 ，其采 器 、模Ｉ，ＥＰ
用 了 英 飞 凌 第 四 代Ｉ ＧＢＴ，最 高结 温 为
８ ｘ ＸＣ ３ 的许多优化操作 （ ＡＤＣ）、与ＡＤＣ实现 硬件 连接 的 换上 ，ｘＣ ２ ／ ８ｘ
ＰＩ ２ 。 ８ｘ 基 板 与 散 热 片 之 间 的 热 阻 效 应 ， 内 部 ＵＡＲＴ、高 速 Ｓ 及 Ｉ Ｃ ＸＣ ２ 系 列 电，实现主动 电池平衡 。 杂 散 电感 与 同 级 产 品 相 比 降 低 约 ６ ％， ０ 适 用 于 公 交汽 车 、商 用 工 程 车 辆 。 还 集 成 了 乘 除 算 法 单 元 （ ＤＵ ） 。 Ｍ
美国市场碳化硅功率器件技术相关专利趋势
美国市场碳化硅功率器件技术相关专利趋势作者：何钧吴海雷来源：《新材料产业》 2016年第1期文/ 何钧吴海雷北京泰科天润半导体有限公司近年来，宽禁带半导体材料中技术成熟度最高的碳化硅（S i C）在功率器件领域的技术进步十分引人注目。
所谓新能源技术和产业（包括太阳能、风电、混合及纯电动动力汽车等）的发展更加速了S i C功率器件的应用发展。
几乎没有人质疑它将在高端应用中大量取代目前硅功率市场份额的前景，但是到更具体的时间表和技术路线，还是有很多不同的预计。
我国这一领域在技术和产业上与国际前沿尚有一定差距，但是正在尽力追赶。
不论是政府战略决策还是金融投资领域，对宽禁带功率半导体都给与相当高的关注和重视。
但到目前为止，大部分的投入还是限于技术层面，在关键技术指标上追赶国际先进水平，缩短差距。
研究的焦点还是多为学术文章已有的结果，以及实际产品手册的技术指标（D A T ASHEET）。
实际上，公开发表的学术文章一般属于研究阶段的结果。
一个公司的主要实质性开发投入，主要价值体现在其知识产权的2种形式——专利和技术的秘密(know-how)。
一个公司的专利组合，不仅是研发活动的结果，还反映了公司未来市场技术和产品的愿景和规划。
这些专利组合形成的技术壁垒，对未来市场的形态、划分和利润都有决定性的影响。
在碳化硅功率器件相关技术和产业发展上，美国市场具有自己的特点，同时也有一定的典型性和代表性。
一方面，它对于相对廉价的化石能源依赖性较大，政府对新能源产业的战略引导和支持力度逊色于欧盟和日本等经济体；在另一方面，在相关技术上它处于全球领先者之一，作为世界上最大的经济体和统一市场，其相关产业结构主要呈现水平特征，竞争激烈、透明度高、市场体量大，知识产权保护相对规范。
因此分析各个机构在相关领域专利投入情况，有较为重要的参考价值。
一、对专利的考察方法和结果1. 基本方法本文主要考察近5年来（2010年1月1日-2015年10月底)，美国碳化硅功率器件相关技术（含衬底晶体、外延、器件、模块和系统等）的专利申请情况。
国内外碳化硅功率器件发展综述
国内外碳化硅功率器件发展综述摘要：碳化硅作为一种新型的半导体材料，其自身具有很广泛的应用领域。
碳化硅具有结构稳定，耐高温，高的热传导性能，极高的电子迁移率等优点，在多种行业元器件领域有广泛的用途。
以碳化硅为主要原材料的碳化硅功率器件不同于传统的硅功率器件，具有低功率损耗，超强的抗辐射能力等优点，多年来在国内外被广泛使用。
本文将着重研究国内外碳化硅功率器件的发展现状。
关键词：国内外；碳化硅功率器件；发展研究碳化硅作为一种性价比高的产品原材料，其应用范围相当广泛，在国内外的工业，制造业，航空航天工程乃至是人类日常生活中，以碳化硅为原材料制作的工具随处可见。
碳化硅材料的独特性能长久以来就饱受国内外业界和学术界的关注。
进行功率处理的半导体器件需要碳化硅这样的优质材料，碳化硅材料满足了电力系统上对于高电压和高频率的要求[1]。
那么，碳化硅功率器件在国内外有着怎样的发展现状，我国的碳化硅功率器件在未来应该如何发展，本文基于这一问题从碳化硅材料的发展开始论述，进而探讨国内外有关碳化硅功率器件的使用现状，由此给出未来发展的展望。
一、碳化硅的国内外发展历程碳化硅作为C和Si合成的化合物，具有众多优良的性能并在各个领域中的到广泛应用。
碳化硅有着良好的发展前景。
事实上，碳化硅并不是一种新型材料，早在1891年首次发现，1905年在陨石中发现了自然界中的碳化硅。
1955年LELY 提出生长高品质碳化概念，从此将SIC作为重要的半导体材料。
在之后全世界范围内每隔一段时间就会召开有关碳化硅的会议。
可以看出，不仅是在业界还是在学术界都对碳化硅给予了必要的关注。
碳化硅在自然界中存在并不多也并不好提取，因此人工合成碳化硅就成为当今碳化硅材料的主要生成方式。
1978年左右在俄罗斯等国逐渐开始了人工合成碳化硅以及试应用阶段。
在此以后，商业化使用的碳化硅材料开始批量生产。
我国的碳化硅材料研发几乎与其他国家同步进行的，在多年的发展中我国的碳化硅市场逐渐壮大。
碳化硅发展历程
碳化硅发展历程1. 碳化硅的概述碳化硅（Silicon Carbide，SiC）是一种广泛应用于高温、高压和高频电子设备中的半导体材料。
它具有优异的物理和化学性质，如高熔点、高硬度、低热膨胀系数等。
碳化硅由于其优良的性能，在电力电子、光电子、汽车电子等领域得到了广泛应用。
2. 碳化硅发展的早期阶段碳化硅最早是在1893年被发现的，但直到20世纪50年代才开始引起人们的重视。
在这个阶段，人们主要关注碳化硅作为耐火材料和磨料的应用，并没有意识到其在半导体领域的潜力。
3. 碳化硅作为半导体材料的兴起20世纪60年代初期，人们开始意识到碳化硅作为半导体材料具有很大潜力。
然而，在当时，生产高质量的碳化硅晶体非常困难，因此碳化硅在半导体领域的应用受到了限制。
4. 碳化硅晶体生长技术的突破20世纪70年代，碳化硅晶体生长技术取得了重要突破。
通过改进材料制备工艺和晶体生长方法，人们成功地获得了高质量的碳化硅晶体。
这一突破推动了碳化硅在半导体领域的应用发展。
5. 碳化硅在电力电子领域的应用随着碳化硅材料性能的不断提高，人们开始将其应用于电力电子设备中。
相比传统的硅材料，碳化硅具有更高的耐压能力和更低的导通损耗，可以实现更高效率、更小型化和更高频率的电力转换。
6. 碳化硅在光电子领域的应用除了电力电子领域，碳化硅还在光电子器件中得到了广泛应用。
由于其宽带隙特性，碳化硅可以实现高效率、低能耗的光电转换。
因此，在激光器、光传感器、LED等设备中都可以看到碳化硅的身影。
7. 碳化硅在汽车电子领域的应用近年来，碳化硅在汽车电子领域的应用也越来越重要。
由于其高温耐性和高功率特性，碳化硅可以用于制造电动汽车中的功率模块、充电器和逆变器等关键部件，提高整车的能效和可靠性。
8. 碳化硅发展的挑战和前景尽管碳化硅在许多领域中已经取得了重要进展，但仍然面临一些挑战。
其中包括生产成本高、材料缺陷、技术标准等方面的问题。
然而，随着技术不断进步和产业链的完善，人们对碳化硅未来发展的前景持乐观态度。
碳化硅功率器件现状及发展趋势
碳化硅功率器件作为一种新型的功率半导体设备，在各个领域中的应用越来越广泛。
本文将介绍碳化硅功率器件的现状以及其发展趋势。
一、现状目前，碳化硅功率器件在国内外已经得到了广泛的研究和应用。
其中，以碳化硅为基质的二极管和晶闸管是最为常见的两种器件。
这些器件具有高耐压、高频率、低损耗等优点，因此在电力电子装置中得到了广泛应用。
例如，在电动汽车、可再生能源发电、工业电源等领域中，碳化硅功率器件已经成为了主流的解决方案。
目前，国内外的碳化硅功率器件生产商已经逐渐成熟，具备了一定的生产规模和市场竞争力。
一些大型企业如三安光电、斯达半导等已经实现了量产，并逐渐占据了一定的市场份额。
同时，一些初创企业也在不断涌现，为碳化硅功率器件的发展注入了新的活力。
然而，碳化硅功率器件的生产和研发仍然面临着一些挑战。
首先，碳化硅材料的价格较高，限制了其在一些低端市场中的应用。
其次，碳化硅功率器件的制造工艺较为复杂，需要较高的技术水平和设备投入。
此外，碳化硅功率器件的可靠性问题也是需要关注的问题，需要不断进行优化和改进。
二、发展趋势随着技术的不断进步和市场的不断扩大，碳化硅功率器件的发展趋势也越来越明显。
首先，碳化硅功率器件的制造工艺将不断优化和改进。
随着生产经验的积累和技术水平的提高，碳化硅功率器件的制造工艺将更加成熟和稳定，成本也将逐渐降低。
其次，碳化硅功率器件的应用领域将不断拓展。
随着电力电子技术的不断发展，碳化硅功率器件的应用领域将不断扩大，从传统的电力、交通领域扩展到新能源、工业控制等领域。
最后，碳化硅功率器件的市场竞争将更加激烈。
随着碳化硅功率器件的广泛应用和市场规模的不断扩大，市场竞争也将越来越激烈。
企业需要不断提高自身的技术水平和市场竞争力，以应对市场的挑战。
总之，碳化硅功率器件作为一种新型的功率半导体设备，具有广阔的应用前景和发展空间。
随着技术的不断进步和市场需求的不断扩大，碳化硅功率器件的发展趋势将越来越明显，未来市场前景看好。
电子行业周观点：国产碳化硅材料商进入英飞凌供应链，韩厂积极扩产OLED
证券研究报告|电子[Table_Title]国产碳化硅材料商进入英飞凌供应链，韩厂积极扩产OLED[Table_IndustryRank]强于大市(维持)[Table_ReportType]——电子行业周观点(04.24-05.07)[Table_ReportDate]2023年05月08日行业核心观点：在4月24日至5月7日的7个交易日期间，申万电子行业下跌8.12%，跑输沪深300指数7.73个百分点，在申万一级行业中排名第31位。
建议关注半导体、汽车电子和消费电子等领域，半导体领域推荐半导体设备、半导体材料和Chiplet 赛道，汽车电子领域推荐车用MCU 、碳化硅功率半导体、激光雷达和车载面板赛道，消费电子领域推荐折叠屏手机和VR 头显终端赛道。
投资要点：国产碳化硅材料商进入英飞凌供应链：作为功率半导体行业巨头之一，英飞凌持续布局碳化硅产业链，此次与天科合达签订长期供货协议，目的是完善其供应链建设。
我国碳化硅技术起步相对较晚，但目前在材料等领域已经有部分国产厂商达到国际先进水平，例如作为中科院产学研合作典范的天科合达，在导电衬底材料领域占据了国内较大市场份额，产品良率也处于行业领先地位。
未来伴随着“双碳”建设的深入实施以及碳化硅产品降本的推进，以新能源汽车、光伏风电产业链等为主要应用领域的碳化硅市场有望持续扩容，国内碳化硅材料企业也将迎来快速发展时机。
建议持续关注碳化硅行业降本进度以及下游产品应用情况。
韩厂积极扩产OLED ：在OLED 领域，三星显示和LGD 两大巨头始终保持产能及增长率领先，扩产主要为了抢占市场，亦侧面印证了OLED 正加速渗透的较高景气度。
相比于LCD 面板，OLED 具备更高的对比度、更低的功耗以及更轻薄和柔性化等特征，可以实现弯曲屏、折叠屏等创新形态。
目前智能手机仍是OLED 最大应用市场，尽管智能手机面板整体出货量仍处于下滑趋势，OLED 凭借其显示性能等优势，市场需求保持强劲，渗透率仍在稳步攀升。
S1_02_英飞凌碳化硅功率器件的发展
SiC 二极管及晶体管的开发目标
二极管
晶体管
单极性肖特基二极管，由600V到 MOSFETs与JFETs，电压由 >1000V 开始，最高到3.3kV 1.7kV 不是目前英飞凌的开发重点 3.3kV MPS二极管 4.5kV以上双极性二极管
2015-12-10
600V 器件，与硅Super Junction (SJ), IGBT及GaN高度竞争 目前单极性晶体管极限约为4.5kV, SJ 方式可能改变此极限
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0
VF (V)
温度增加时，正向压降大幅增加， 导通损耗因此亦大幅增加
2015-12-10 Copyright © Infineon Technologies AG 2015. All rights reserved.
9
ThinQ™ 第五代1200V SiC二极管结构
2015-12-10 Copyright © Infineon Technologies AG 2015. All rights reserved.
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SiC肖特基续流二极管用于工业应用
降低总功耗只会在开关频率>10kHz 时出现, 如 >20kHz则更佳 工作电压越高，此频率越低 在下列情况SiC会更有优势 : 需要输出滤波器 高开关频率可把滤波器缩小 小或不需DC母线电容，如在矩阵变换器 应用于高转速电机或高精度伺服驱动 降低体积或重量是重要目标
2015-12-10
晒选理论显示在批量生产时，工作的电场与击穿电场 必须有充分的余量才能作有效晒选 极限为3MV/cm
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sic功率器件发展现状
sic功率器件发展现状
近年来，SIC功率器件作为一种新型能源电子器件，正在迅速
发展。
SIC（碳化硅）功率器件具有优异的性能，包括高电压
承受能力、高温操作能力、低开关损耗、高频响应能力以及低电阻等特点。
目前，SIC功率器件的发展主要集中在两个方面：一是提高器
件性能，二是降低成本。
在提高器件性能方面，近年来的研究重点是增加器件的击穿电压和增加器件的开关频率。
增加器件的击穿电压可以提高其在高压应用中的可靠性，拓宽了SIC功率器件的应用领域。
此外，增加器件的开关频率可以提高器件的转换效率和响应速度，使其更适用于高频应用，如电动汽车、太阳能逆变器等。
为了实现上述目标，研究者们采取了多种方法。
一种是通过改进SIC材料的制备工艺，如改变生长温度、气体流量和沉积
速率等参数，以提高材料的质量和晶格结构。
另一种是通过优化器件结构，如改变器件的结电极设计和增加复合结构等，以提高器件的击穿电压和开关速度。
在降低成本方面，研究者们主要集中在两个方面：一是降低材料成本，二是提高器件制造工艺的可扩展性。
降低材料成本可以通过改进材料的生产工艺和降低原材料成本来实现。
提高器件制造工艺的可扩展性则可以通过优化制造流程和减少工艺步骤来实现。
尽管SIC功率器件的发展还面临一些挑战，如过渡层缺陷和生产工艺不稳定等，但随着技术的不断进步和研究的深入，SIC功率器件有望成为能源电子领域的重要组成部分，推动能源电子技术的发展。
碳化硅功率器件及其发展现状
碳化硅功率器件及其发展现状碳化硅为代表的第三代宽禁带半导体，可在更高温度、电压及频率环境正常工作，同时消耗电力更少，持久性和可靠性更强，将为下一代更小体积、更快速度、更低成本、更高效率的电力电子产品提供飞跃的机遇。
碳化硅电力电子器件技术的进步及产业化，将在高压电力系统开辟全新应用，对电力系统变革产生深远影响。
碳化硅电力电子器件优异的高效、高压、高温和高频特性，使其在家用电器、电机节能、电动汽车、智能电网、航天航空、石油勘探、自动化、雷达与通信等领域有很大应用潜力。
碳化硅电力电子器件介绍：1.碳化硅(SiC)的定义碳化硅(SiC)电力电子器件是指采用第三代半导体材料SiC制造的一种宽禁带电力电子器件，具有耐高温、高频、高效的特性。
按照器件工作形式，SiC电力电子器件主要包括功率二极管和功率开关管。
功率二极管包括结势垒肖特基(JBS)二极管、PiN二极管和超结二极管;功率开关管主要包括金属氧化物半导体场效应开关管(MOSFET)、结型场效应开关管(JFET)、双极型开关管(BJT)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、门极可关断晶闸管(GTO)和发射极可关断晶闸管(ETO)等。
2.技术优势碳化硅半导体的优异性能使得基于碳化硅的电力电子器件与硅器件相比具有以下突出的优点：（1）具有更低的导通电阻。
在低击穿电压(约50V)下，碳化硅器件的比导通电阻仅有1.12uΩ，是硅同类器件的约1/100。
在高击穿电压(约5kV)下，比导通电阻提高到25.9mΩ，却是硅同类器件的约1/300。
更低的导通电阻使得碳化硅电力电子器件具有更小的导通损耗，从而能获得更高的整机效率。
（2）具有更高的击穿电压。
例如：商业化的硅肖特基二极管通常耐压在300V以下，而首个商业化的碳化硅肖特基二极管的电压定额就已经达到了600V;首个商业化的碳化硅MOSFET电压定额为1200V，而常用的硅MOSFET 大多在1kV以下。
（3）更低的结-壳热阻，使得器件的温度上升更慢。
功率半导体器件发展历程
功率半导体器件发展历程功率半导体器件是一种能够在高电压和高电流条件下工作的半导体器件。
它们在电力电子领域中起着至关重要的作用，用于控制和转换电能，广泛应用于电力系统、工业控制、交通运输和可再生能源等领域。
功率半导体器件的发展历程可以追溯到上个世纪，经历了多个阶段的技术突破和创新。
最早的功率半导体器件之一是晶闸管，它于1957年由美国贝尔实验室的研究人员发明。
晶闸管是一种双向导通的器件，可以控制大电流，用于交流电路的控制和开关。
然而，晶闸管存在一些局限性，如开关速度慢、损耗大等问题，限制了其在高频高效率应用中的发展。
随着功率半导体器件技术的不断进步，20世纪60年代出现了晶闸管的改进型——双向可控硅（SCR），它具有更好的性能和可靠性，被广泛应用于交流电路的控制和调节。
在此基础上，又发展出了双向可控晶闸管（TRIAC），用于交流电路的双向控制。
20世纪70年代，随着功率半导体器件技术的进一步发展，出现了场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等新型功率器件。
MOSFET具有高速开关、低损耗和高频特性，适用于直流和低频交流电路。
而IGBT结合了场效应晶体管和双极型晶体管的优点，具有高压高频特性，成为目前最常用的功率开关器件，被广泛应用于电力变频调速、电动汽车、风力发电等领域。
近年来，随着功率半导体器件技术的不断创新和进步，出现了SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）等新材料的应用，使功率半导体器件在高温、高频、高压等极端环境下表现出更优异的性能，为电力电子领域的发展带来了新的机遇和挑战。
总的来说，功率半导体器件经过多年的发展历程，从晶闸管到IGBT，再到SiC和GaN等新型器件，不断推动着电力电子技术的进步和应用领域的拓展。
随着新材料和新技术的不断涌现，功率半导体器件必将在未来发展出更加高效、可靠和智能的产品，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
碳化硅功率半导体模块
碳化硅功率半导体模块碳化硅功率半导体模块（SiC）是一种新兴的半导体技术，具有较高的功率密度、高效率和高温工作能力，因此在各个领域都有广泛应用。
本文将介绍碳化硅功率半导体模块的原理、性能、应用和发展前景。
第一部分：碳化硅功率半导体模块的原理碳化硅功率半导体模块是由基于碳化硅材料制造的功率半导体器件构成的。
在传统的硅材料上，碳化硅具有许多优势，例如更高的能带宽度、更高的电子饱和漂移速度和更好的热传导性能等。
这些特性使得碳化硅器件具有更高的功率密度和更高的工作温度能力。
碳化硅功率半导体模块通常由多个碳化硅器件组成，例如MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）和二极管等。
碳化硅MOSFET和IGBT器件具有较低的开关损耗和较高的开关速度，因此在高频和高功率应用中表现出色。
碳化硅二极管具有较低的反向导通损耗和较高的反向容忍电压，因此适用于高温和高压应用。
第二部分：碳化硅功率半导体模块的性能碳化硅功率半导体模块具有多项优秀的性能特点。
首先，碳化硅器件具有更高的功率密度。
碳化硅材料的能带宽度比硅材料更高，因此能够承受更高的电场强度和电压。
这使得碳化硅器件能够在更小的体积下提供更高的功率输出。
其次，碳化硅器件具有更高的效率。
碳化硅材料的电子饱和漂移速度比硅材料更高，因此在大电流和高频率下，碳化硅器件的开关速度更快，开关损耗更低。
此外，碳化硅器件具有更高的工作温度能力。
由于碳化硅材料的热传导性能更好，因此碳化硅器件能够在更高的工作温度下稳定工作。
这使得碳化硅器件适用于高温环境，如电动汽车、太阳能和风能系统等领域。
第三部分：碳化硅功率半导体模块的应用碳化硅功率半导体模块在许多领域都有广泛的应用。
在电动汽车领域，碳化硅功率半导体模块能够提供更高的转换效率和更高的驱动功率，从而延长电动汽车的续航里程，并减少充电时间。
此外，碳化硅器件的高温工作能力使其能够在电动汽车的高温环境下长时间稳定工作。
碳化硅功率器件的发展现状及其在电力系统中的应用展望word版本
碳化硅功率器件的发展现状及其在电力系统中的应用展望碳化硅功率器件的发展现状及其在电力系统中的应用展望摘要：碳化硅作为一种宽禁带材料，具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高热导率等优点，可以实现高压、大功率、高频、高温应用的新型功率半导体器件。
该文对碳化硅功率半导体器件的最新发展进行回顾，包括碳化硅功率二极管、MOSFET、IGBT，并对其在电力系统的应用现状与前景进行展望。
关键词：碳化硅；功率器件；电力系统1 引言理想的半导体功率器件，应当具有这样的静态和动态特性：在阻断状态，能承受高电压；在导通状态，具有高的电流密度和低的导通压降；在开关状态和转换时，具有短的开、关时间，能承受高的d i/d t 和d u/d t，具有低的开关损耗，并具有全控功能。
半个多世纪以来（自20世纪50年代硅晶闸管的问世），半导体功率器件的研究工作者为实现上述理想的器件做出了不懈的努力，并已取得了世人瞩目的成就。
各类硅基功率半导体器件（功率二极管、VDMOS、IGBT、IGCT等）被成功制造和应用，促使各种新型大功率装置成功地应用于各种工业电源、电机驱动、电力牵引、电能质量控制、可再生能源发电、分布式发电、国防和前沿科学技术等领域。
然而由于在电压、功率耐量等方面的限制，这些硅基大功率器件在现代高性能电力电子装置中（要求具有变流、变频和调相能力；快速的响应性能~ms；利用极小的功率控制极大功率；变流器体积小、重量轻等）不得不采用器件串、并联技术和复杂的电路拓扑来达到实际应用的要求，导致装置的故障率和成本大大增加，制约了现代电力系统的进一步发展。
近年来，作为新型的宽禁带半导体材料——碳化硅（SiC），因其出色的物理及电特性，正越来越受到产业界的广泛关注。
碳化硅功率器件的重要优势在于具有高压(达数万伏)、高温(大于500℃)特性，突破了硅基功率器件电压(数kV)和温度(小于150℃)限制所导致的严重系统局限性。
随着碳化硅材料技术的进步，各种碳化硅功率器件被研发出来，如碳化硅功率二极管、MOSFET、IGBT 等，由于受成本、产量以及可靠性的影响，碳化硅功率器件率先在低压领域实现了产业化，目前的商业产品电压等级在600~1700V。
碳化硅电子器件发展分析
碳化硅电力电子器件的发展现状分析目录在过去的十五到二十年中，碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就，所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件，并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化，在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件，并初步展现出其巨大的潜力。
碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。
随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC器件被开发出来。
SiC器件主要包括二极管和开关管。
SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN型二极管。
SiC开关管的种类较多，具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管（MOSFET）、结型场效应开关管（JFET）、绝缘栅双极开关管（IGBT）三种。
1.SiC器件的材料与制造工艺SiC单晶碳化硅早在1842年就被发现了，但直到1955年，飞利浦（荷兰）实验室的Lely才开发出生长高品质碳化硅晶体材料的方法。
到了1987年，商业化生产的SiC衬底进入市场，进入21世纪后，SiC衬底的商业应用才算全面铺开。
碳化硅分为立方相（闪锌矿结构）、六方相（纤锌矿结构）和菱方相3大类共260多种结构，目前只有六方相中的4H-SiC、6H-SiC 才有商业价值，美国科锐（Cree）等公司已经批量生产这类衬底。
立方相（3C-SiC）还不能获得有商业价值的成品。
SiC单晶生长经历了3个阶段, 即Acheson法、Lely法、改良Lely法。
利用SiC高温升华分解这一特性，可采用升华法即Lely法来生长SiC晶体。
升华法是目前商业生产SiC单晶最常用的方法，它是把SiC粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气体（氩气）环境温度为2 500℃的条件下进行升华生长，可以生成片状SiC晶体。
由于Lely法为自发成核生长方法，不容易控制所生长SiC晶体的晶型，且得到的晶体尺寸很小，后来又出现了改良的Lely法。
改良的Lely法也被称为采用籽晶的升华法或物理气相输运法 (简称PVT法)。
英飞凌推出第三代碳化硅肖特基二极管
护 (O CP )。
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SM P S工业及多元化电子市场部高压 MO S 业务负责人A n d reas U rsch itz 指出:“英飞凌在全球范围内率先提供 SiC 肖特基二极管, 于 2001 年推出首批产 品。近8 年来, 英飞凌在多个方面对碳化硅肖特基二极管技术进行了众多重大改 进, 例如浪涌电流稳定性、 开关性能和产品成本, 使 SiC 技术惠及更多应用, 并且 降低了解决方案成本。 SiC 是一种真正的创新技术, 有助于对抗全球气候变化, 推动太阳能和节能照明系统市场发展。 英飞凌第三代 th inQ ! S iC 肖特基二极管的 600 V ( 3 A 、 4 A、 5 A、 6 A、 8A 、 9
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为齐全的碳化硅肖特基二极管系列, 不仅包括 TO 2220 封装 ( 真正的双管脚版 本) 产品, 还包括面向高功率密度表面贴装设计的D PA K 封装产品。 S iC 肖特基二极管的主要应用领域是开关模式电源 ( S M PS ) 的有源功率因 数校正 (CCM PFC ) 和太阳能逆变器与电机驱动器等其他A C � D C 和DC � DC 电 源转换应用。 相 对于第二代产品, 英飞凌全新的 SiC 肖特基二极管的器件电容降低约 40% , 因此减少了开关损耗。 例如, 工作频率为 250 kH z 的1 kW 功率因数校正级 在 20% 负载条件下整体能效将提高 0 . 4% 。更高的开关频率允许使用成本更低、 更小的电感和电容器, 实现更高功率密度设计。 更低的功耗也降低了对散热器 和风扇的尺寸和数量要求, 从而降低系统成本, 提高可靠性。英飞凌期望将某些
A、 10 A 和 12 A ) 产品采用 TO 2220 和D PA K 封装, 而 1200 V 产品 ( 2 A 、 5 A、 8 10 A 和 15 A ) 则采用 TO 2220 封装。阻断电压为 600 V (3 A ) 的 S iC 肖特基二 A、
SiC功率半导体器件的优势及发展前景
SiC功率半导体器件的优势及发展前景SiC（碳化硅）功率半导体器件是一种新型的高性能功率电子元件，具有很多优势和发展前景。
本文将从四个方面分析SiC功率半导体器件的优势和发展前景。
一、优势：1.高温特性：SiC功率半导体器件具有很高的耐高温能力，能够在高温环境下工作。
其工作温度可以达到600摄氏度以上，相对于传统的硅功率器件，SiC器件能够在更苛刻的工作条件下稳定工作，提高了系统的可靠性和稳定性。
2.高电压特性：SiC器件具有更高的击穿电压，相对于硅材料的400伏特击穿电压，SiC材料的击穿电压可以达到数千伏甚至更高。
这意味着同样体积和尺寸下，SiC器件能够承受更高的电压，提供更大的功率输出，满足更高需求的电力系统。
3.低导通和开关损耗：SiC功率器件的导通和开关损耗比传统硅功率器件更低。
SiC材料的特殊结构和载流子迁移特性使得SiC功率器件具有更低的导通电阻和开关电阻，减少了功率损耗和热量产生，提高了能源的利用率。
4.高频操作能力：SiC器件具有更高的频率应用能力。
由于SiC材料的载流子迁移速度较高，SiC功率器件可以在更高的频率下工作，实现更高的开关频率和更快的开关速度。
这使得SiC器件在电力电子转换器和无线通信系统等领域具有广泛的应用前景。
二、发展前景：1.新能源行业：随着新能源行业的快速发展，对功率半导体器件的需求也在不断增加。
SiC功率器件具有高温、高频等特性，能够应对新能源系统的高温环境和高频率要求，因此在太阳能发电、风能发电和电动交通等领域有很好的应用前景。
2.电动汽车：SiC功率器件在电动汽车的应用前景广阔。
电动汽车对功率器件的高频、高温能力要求较高，而SiC器件具有这些优势，可以提高电动汽车的能效和驱动系统的稳定性。
3.工业控制：SiC功率器件在工业控制领域也有广泛的应用前景。
工业控制系统对功率器件的可靠性和稳定性要求较高，而SiC器件的高温、高压、低损耗特性能够满足这些要求。
2023年碳化硅功率器件行业市场环境分析
2023年碳化硅功率器件行业市场环境分析碳化硅功率器件是一种新型的半导体器件，与传统的硅器件相比，具有更高的能耗效率、更低的能量损耗和更高的温度承受能力。
近年来，随着人们对能源节约和环保意识的不断提高，碳化硅功率器件逐渐成为电力电子领域的一颗新星。
一、市场规模碳化硅功率器件的市场规模正以惊人的速度增长。
根据统计数据，2019年，全球碳化硅功率器件市场规模达到了27.92亿美元，预计2025年将达到93.17亿美元，年复合增长率高达20.3%。
在中国市场，碳化硅功率器件的需求逐年增长。
近几年碳化硅功率器件市场规模连续多年保持增长势头，2019年市场规模达到25.87亿元，同比增长17.7%。
二、市场驱动因素1.能效提升：高效能源利用、节能减排和环保是当前全球共同面临的重大问题。
碳化硅功率器件具有低损耗的特性，与传统硅基功率元器件相比，其能效更高，更能满足当今社会对节能减排的需求。
2.新兴应用市场拓展：碳化硅功率器件已经发展出一系列的新兴应用领域，例如电动汽车、新能源发电和消费电子等领域，这些行业的发展将对国内碳化硅市场的需求产生较大影响。
3.需求多元化：碳化硅器件在能源、电气、汽车等领域的应用领域日益扩大，与传统硅器件相比，其能够更好地承受高温、高电压、高频率等特殊环境，因此在特定应用场景下的需求日益多元化。
三、市场竞争格局碳化硅功率器件市场在全球范围内并不是一个成熟的市场。
市场上的主要企业有SiC技术有限公司、Cree Inc、ROHM半导体、英飞凌半导体、ON半导体、纳诺合成硅碳等。
截止2019年，Cree公司在碳化硅材料中占据了世界领先地位，是与世界级电子科技公司联合开发高功率设备的主要供应商之一。
中国大陆内，中微半导体已经是国内领先的碳化硅器件制造商之一，公司坚持技术创新为企业核心。
四、市场面临问题1.小而散：碳化硅市场上的企业较多，市场竞争激烈，尤其是国内企业的规模多较小，难以在市场上占据优势地位。
2023年碳化硅功率器件行业市场分析现状
2023年碳化硅功率器件行业市场分析现状碳化硅功率器件是一种新兴的高性能功率器件，在近年来迅速发展起来并逐渐成为替代传统硅功率器件的主流产品。
本文将从市场规模、应用领域、竞争格局和发展趋势四个方面对碳化硅功率器件行业的市场分析进行详细介绍。
市场规模方面，碳化硅功率器件市场正在快速增长。
由于碳化硅功率器件具有低导通电阻、高击穿电场强度、高工作温度、高开关速度等优点，能够在高温高压、高频高速等恶劣环境下稳定工作，因此受到了广泛的关注和应用。
根据市场调研机构的数据，碳化硅功率器件市场规模预计将从2018年的20亿美元增长到2025年的约150亿美元，年复合增长率达到50%以上。
应用领域方面，碳化硅功率器件主要应用于新能源、电动汽车、电力变换、工业控制等领域。
新能源领域是碳化硅功率器件的主要应用领域之一。
随着全球对新能源的需求不断增加，碳化硅功率器件在太阳能、风能等新能源发电系统中的应用也越来越广泛。
另外，碳化硅功率器件还广泛应用于电动汽车充电桩、电动汽车驱动、电池管理等方面，推动了碳化硅功率器件市场的发展。
竞争格局方面，目前碳化硅功率器件市场主要由国内外几家大型企业垄断。
国内代表性企业包括华为、中兴通讯、沪电股份等。
国外代表性企业包括Infineon Technologies、Cree、ROHM等。
这些企业凭借产品技术领先、市场渠道广泛等优势，占据了碳化硅功率器件市场的主要份额。
不过，随着市场规模的扩大，国内企业也加大了研发和市场拓展的力度，未来有望逐步提升市场竞争能力。
发展趋势方面，碳化硅功率器件市场将面临更多机遇和挑战。
一方面，随着新能源、电动汽车等领域的快速发展，碳化硅功率器件的市场需求持续增加，市场规模将进一步扩大。
另一方面，碳化硅功率器件的技术瓶颈和高成本也是制约其发展的主要因素。
未来，需要加大对碳化硅功率器件材料、工艺等方面的研发投入，降低成本，提高产品质量和性能。
综上所述，碳化硅功率器件市场发展迅速，市场规模不断扩大。
英飞凌：GaN功率元件前景虽好,但采用为时尚早
英飞凌：GaN功率元件前景虽好，但采用为时尚早
现在，业界对GaN功率元件的期待已达到最高峰。
实际上这的确是一种非常有前景的材料。
但其中还有很多未知的部分，采用还为时尚早，在与汽车展会AUTOMOTIVE WORLD 2014同时举办的研讨会上，英飞凌科技负责汽车用高压功率半导体和驱动IC等业务的电动动力传动系统部高级总监Mark Muenzer介绍了对GaN功率元件的看法。
目前功率半导体的主流材料还是硅。
作为下一代材料，能够实现比硅元件损耗更低的SiC和GaN功率元件备受关注。
SiC功率元件已率先实现实用化，并被用于铁路车辆逆变器及光伏逆变器等，应用领域开始扩大。
而生产GaN功率晶体管的企业，在2013年猛增，还出现了采用GaN功率元件的终端厂商，关注度越来越高。
英飞凌是功率半导体行业运用新技术的先锋。
该公司于2001年率先生产出了SiC二极管。
在Si功率元件方面，也率先开始使用直径为300mm 的晶圆进行量产。
但英飞凌对GaN功率元件却始终保持谨慎态度，这从文章开篇那段话也可以看出来。
其中所说的未知的部分，包括故障的机理等。
英飞凌还指出，结晶缺陷多也是该公司对GaN功率元件持谨慎态度的一大原因。
目前，。
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相对于MOS 德主体部分，这些氧化层弱点的寿命会缩短早期故障、没法达到正常寿 命，及现场故障
带有此缺陷的器件不应该流入应用场合 目前市面的器件存在过多类似缺陷，而且不同供应商之间区别巨大 需要专用晒选流程去侦测此类带缺陷的弱器件(同时适用于硅技术) 会导致目前的DMOS良品率减小30%!
2015-12-10
晒选理论显示在批量生产时，工作的电场与击穿电场 必须有充分的余量才能作有效晒选 极限为3MV/cm
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展望 – 英飞凌对 SiC 晶体管的定位
英飞凌的方向: 1. 目前JFET 是高度可靠的器件 2. 开发未来 SiC 晶体管时需要解决目前DMOSFET的技术弱点
成本考虑必须在最高的系统级别作对比 !
2015-12-10 Copyright © Infineon Technologies AG 2015. All rights reserved.
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议程
1 2 2A 2B 2C 3 4
使用 SiC 的动机 器件 二极管 晶体管 SiC相关的封装问题 应用上的考虑与例子 总结
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0
VF (V)
温度增加时，正向压降大幅增加， 导通损耗因此亦大幅增加
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ThinQ™ 第五代1200V SiC二极管结构
G5
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Ifsm vs. Inom
2015-12-10
G5
英飞凌第五代二极管 – 扩散焊接技术 及 薄芯片技术
第二代 350µ m芯片及焊锡
第三代 350µ m芯片及扩散焊接
第五代 110µ m芯片及扩散焊接
165.5° C
136.4° C
121.1° C
25° C
ANSYS温度分布仿真-5.1 mm² 芯片安装在铜支架@25° C，连续功耗 170W 薄芯片的Rth,jc 明显下降 由于去除焊锡层的热阻，最高结温明显降低 基板与芯片之间的ΔT减小，提高可靠性 (降低机械应力) 薄芯片技术提高SiC芯片单位面积可用功率 成本
Source Gate Oxide
p
n
+
n
+
4H-SiC 面 DMOS 结构的通道电阻难题 异常大的通道电阻，变成导通电阻的 主要部分 只能在导通时对氧化层施加高电场 (Vgsmax 除以氧化层厚度） 过高电场不符合可靠性要求
n-漂移層
迁移率? 可靠性 ?
DMOSFET
n+sub
通道在表面
t
Bipolar pn diode forward characteristic
2015-12-10
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主要优点: 低 VF 与 高浪涌电流能力 Ifsm
VF @ rated current
ID (A)
ID (A)
Ptot_IGBT >
25° C 150° C
SiC JFET
Ptot_SiCFET
2015-12-10
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Si IGBT UDS (V)
SiIGBT U DS(V)
要跟IGBT对比导通损耗 ，轻载必须是使用条件的重要要求!
SiC FET技术对比硅技术对用户的价值
低动态损耗，特别是相对于IGBT的关断损耗
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议程
1 2 2A 2B 2C 3 4
使用 SiC 的动机 器件 二极管 晶体管 SiC相关的温度与封装问题 应用上的考虑与例子 总结
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SiC 的成本问题 ….
问题
„我听说SiC 器件比硅器件贵. 到底贵多少 ?“
如何定义合适的对比参数?
如何量化性能的优势?
答案对每个应用都不同，但几乎在所有情况下SiC都较贵!
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SiC 器件在工业逆变器提高效率的不同方式
IGBT及 Si-二极管
总损耗
IGBT及 SiC-二极管
SiC 面积
SiC FET带内 置二极管
开关频率
SiC 二极管及晶体管的开发目标
二极管
晶体管
单极性肖特基二极管，由600V到 MOSFETs与JFETs，电压由 >1000V 开始，最高到3.3kV 1.7kV 不是目前英飞凌的开发重点 3.3kV MPS二极管 4.5kV以上双极性二极管
2015-12-10
600V 器件，与硅Super Junction (SJ), IGBT及GaN高度竞争 目前单极性晶体管极限约为4.5kV, SJ 方式可能改变此极限
50 40
Current (A) 30 20 10 Si-MOSFET + 大幅降低 开关损耗
Power loss @ 50A
P=UxI
500W
200W
75W
50W <5W
0
1
2 Voltage (V)
3
4
5
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但是：往往忽略了单极性器件的电阻特性
SiC JFET
导通损耗 – 与IGBT竞争
Ptot_IGBT < Ptot_SiCFET
2015-12-10
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SiC 肖特基二极管的优点 – 没有 Qrr
大幅减小IGBT开通损耗及Erec, 让CCM PFC变得可行
降低因二极管反向恢复产生的EMI
缺点: 导通损耗比硅二极管高
2015-12-10
Drain
决定 : DMOS 技术不用于商用产品
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以薄氧化层作控制
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市面上已经有SiC MOSFETs了 - 那又如何? MOS 器件栅极氧化层缺陷的挑战
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SiC肖特基续流二极管用于工业应用
降低总功耗只会在开关频率>10kHz 时出现, 如 >20kHz则更佳 工作电压越高，此频率越低 在下列情况SiC会更有优势 : 需要输出滤波器 高开关频率可把滤波器缩小 小或不需DC母线电容，如在矩阵变换器 应用于高转速电机或高精度伺服驱动 降低体积或重量是重要目标
在开关及二极管模式中的 线形I-V 特性关系 降低通态损耗
内置反接二极管, 提高功率密度
晶体管成 功的关键 因素
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英飞凌 SiC 晶体管的开发方向
英飞凌同时研究MOSFET及JFET概念 20年 基于对两种技术的深入了解作出评价 1999年首先示范 SiC 功率 MOSFET 问题 : 为何英飞凌没有SiC 功率 MOSFET 商用产品？
对浪涌电流稳定的1200V SiC MPS 二极管
Al wirebond epi layer field stop layer SiC substrate backside metalization
polyimide
termination
使用完整 MPS 结构的1200V二极管 薄晶圆技术 降低单位面积电阻 在标称电流下 VF为 1.4 .. 1.5V Si-SiC混合模块开始在工业应用中使用 第五代大幅降低导通损耗
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单极性器件：肖特基二极管与高温正向 I-V特性
I-V characteristic - 1200V 15A SiC肖特基二极管 forward behavior SBD
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p-参杂分区导通双极性电流，在浪涌电流时优势尽显
肖特基 接触 边缘终止区 n-外延漂移層
金属化层
双极性电流 作增强
正常工作：肖特基电流
n+ 外延场终止层
2
议程
1 2 2A 2B 2C 3 4
使用 SiC 的动机 器件 二极管 晶体管 SiC相关的封装问题 应用上的考虑与例子 总结
2015-12-10
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SiC 是好的半导体材料
高导通率4H SiC 衬底
40
30
IF (A)
20 15 10 5 0 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00