碳化硅材料在功率半导体器件的应用情况如何？

碳化硅材料助力功率半导体器件性能腾飞。

碳化硅属于第三代半导体材料，以其作为衬底和外延材料制作成的功率器件性 能优异。碳化硅具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高热导率等特点，使得其器 件适用于高压、高频、高温的应用场景，相较于硅器件，可以显著降低开关损耗。 因此，碳化硅可以制造高耐压、大功率的电力电子器件，下游主要用于新能源光伏、 新能源汽车等行业。

以碳化硅衬底材料制作的功率半导体器件主要有SiC MOSFET和SiC SBD。SiC MOSFET 是一种功率开关器件，其与硅基 IGBT 电压等级、功率输出范围相近，其 开关频率更高，并且在相同开关频率下损耗更小。

SBD 是肖特基二极管，常用于高频整流等场景。在采用碳化硅衬底材料制作 SBD 以后，其绝缘击穿场强大幅提升，因此其耐压性能大幅提升。与硅基 PND/FRD 相比 Err（恢复损耗）显著降低，开关频率也可提高。因此可使用小型变压器和电容器， 有助于设备小型化。

以新能源汽车应用为例，碳化硅器件的性能优势将给主驱逆变器、OBC 等设备 带来全方位的性能提升。采用碳化硅的功率模块与硅基 IGBT 功率模块相比，可大 幅减少开关损失，给新能源汽车电驱系统带来直接的效率提升，进而减少电力损失， 增加新能源汽车的续航能力。采用 Rohm 全碳化硅模块的逆变器相对于采用硅基功 率模块的逆变器减少了 75%的开关损失。

在相同功率等级下，全碳化硅模块的封装尺寸显著小于 Si 模块。碳化硅用在车 用逆变器上，能够大幅度降低逆变器尺寸及重量，做到轻量化。以 Rohm 给全球顶 级电动方程式赛车 Formula E 提供的全碳化硅功率模块为例，该模块使得逆变器的重 量减少了 6 千克，尺寸缩小了 43%。

由于 SiC MOSFET 的优异特性，主要汽车厂商积极布局，采用碳化硅模块的主 驱逆变器渗透率预计将不断提升。此外，碳化硅器件在车载 OBC、DC/DC 等系统也 已开启渗透。新能源汽车渗透普及亟需解决的问题就是提高充电效率、缩短充电时 间，高压快充日渐普及，对 OBC 所用功率半导体的性能和稳定性要求也越来越高， 因此 SiC MOSFET 已经开启了 OBC 领域的渗透。