近十年，我国的碳化硅产业随着太阳能硅晶片切割行业的大潮实实在在的火了一把。但是随着太阳能发电站建设逐步回归理性，热潮已经退去。同时，金刚石线切割等新技术的诞生，对我国已经步履维艰的碳化硅产业来说更是雪上加霜。碳化硅产业该何去何从，笔者认为大概也是时候拿起“科技是第一生产力”这句老话了。新材料开发，不仅仅是开发原来未重视或者不存在的材料，传统材料的新应用也是新材料技术的突破方向之一。本文围绕碳化硅这一传统材料在电子元器件领域的新应用展开讨论，期望能给读者带来一些启示。

一、碳化硅在电子元器件领域的优势及应用简介

面对日益严苛的能效要求，节能减碳已成为现今电子产品不可忽略的重要环节；传统以硅为材料的功率半导体，正逐渐面临发展瓶颈，而具有比硅更低导通电阻及更高切换速度的碳化硅（SiC）功率器件以其优异的高耐压、低损耗、高导热率等优异性能，有效实现电力电子系统的高效率、小型化和轻量化。

碳化硅（SiC）功率器件的能量损耗只有硅（Si）器件的功率50%，发热量也只有硅（Si）器件的50%；且有更高的电流密度。在相同功率等级下，碳化硅（SiC）功率模块的体积显著小于硅（Si）功率模块,以智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)为例，利用碳化硅（SiC）功率器件，其模块体积可缩小至硅（Si）功率模块的1/3～2/3。

碳化硅（SiC）功率器件前景广阔，就目前而言，其最具前景的几个应用领域如下文所示：

1.太阳能的PV(光伏)逆变器

注意这里的应用跟人们熟知的太阳能发电硅晶片生产领域完全不是一回事，不要混为一谈。无论何种太阳能发电原理，初始转换出的基本都是只有几伏特低压直流电。这类初始的低压直流电需要用一种叫做“逆变器”的设备，将其转化为我们日常生活使用的高压交流电。而碳化硅晶体生产的大功率器件则是这类设备的核心器件。用碳化硅替代传统硅材料生产逆变器，可以大幅提高逆变器的电源的转换效率。提高太阳能电站的发电效率。

2.新能源汽车(EV/HEV)

众所周知，充一次电可以跑更长里程是新能源汽车的一个重要卖点。提高行驶里程的核心技术有两项，一个就是提高电池容量，二就是提高电池输出的电能的利用率。用碳化硅元器件替代硅材料元器件正是提高电能利用率的重要途径之一。碳化硅材料在新能源汽车领域大有可为。

3.开关电源

无论是家用电器还是工业用电设备中，都会大量使用到开关电源这种电源转换设备。如果在开关电源上实现用碳化硅元器件替换硅材料元器件，各类电器设备的效率会更高，节电效益非常可观。由于开关电源的应用领域十分广泛，碳化硅元器件的市场前景不可估量。

二、碳化硅电子元器件生产应用概况

美国 Cree公司早在2003年就率先推出碳化硅（SiC）产品，但当时市场上并没有很大的反响。2010年以后，业界才开始对碳化硅（SiC）功率产品真正关心，一些厂家如Cree、Rohm、Infineon、ST、Microsemi陆续推出了相关产品。国内对碳化硅（SiC）功率器件的研究始于20世纪末， 直到2014年，国内的碳化硅（SiC）二极管实现了量产化，产品有肖特基二极管600～1700V系列，各项指标均已达到国际先进水平。但目前我们还没有形成完整的产业链，与国外的产业规模相比有很大差距。

2014年全球碳化硅（SiC）功率器件的市场规模为1.2亿美元，相较硅功率器件的150亿美元市场，碳化硅（SiC）功率器件市场还很小，还不到硅（Si）功率器件的10%。根据市场分析公司预计，碳化硅（SiC）功率器件的市场未来将保持18%的年增长速度，到2020年时可望达到3亿美元以上的产值（图1），说明市场对这一器件的接受度正进入加速阶段。

三、碳化硅器件目前存在的生产成本问题

受制于制造成本和产品良率影响，目前阻碍碳化硅（SiC）功率器件大规模进入市场的主要原因是价格昂贵，一般是同类硅（Si）产品的5-6倍。为了降低成本，需要二个方面的改进。

1.开发上，晶圆做得更大，晶圆越大，每个晶圆上可以取得的die/chip也就越多，浪费的地方也会越少；但这需时日攻克工艺难关。碳化硅（SiC）材料较传统硅材料硬度要大，晶圆尺寸进一步扩大时工艺技术目前还很难控制。现在SiC产品的晶圆尺寸只能做到6英寸；相较目前大部分硅（Si）功率器件都已经向12英寸晶圆迁移的进度，碳化硅（SiC）功率器件肯定有些落后了，而这也将限制其成本控制的步伐。针对SiC材料硬度的优化已成为业界重要课题，就像当年真空管向硅材料的过渡一样，任何一种新材料都要经历 一个优化到成熟的过程，相信通过业界的努力，SiC材料将成为一种成熟的主流的功率器件材料。

2.提高工厂的生产效率，碳化硅（SiC）的生产时间很长，因为SiC是Si加上C，生产时间大约是普通Si的6倍。预计在2017年左右，随着碳化硅（SiC）产品良率的大幅度提升，其价格也将下降，那时碳化硅（SiC）功率器件可能会实现大规模应用。

小结：科技是第一生产力这句话虽然有些不够新潮，但是其中蕴含的真理是永恒的。任何一个产业，都会有潮起潮落的周期波动。只有那些注重科研，牢记不断创新的人或者企业，才能立于不败之地，永远作为弄潮儿站立在世人面前。我们期待着碳化硅产业中的中国精英企业能够跟上科技发展的步伐，为中国的碳化硅产业再造辉煌。

(粉体圈 作者：敬之)