新能源|第三代半导体爆发前夕，谁在提前布局碳化硅？新能源|投稿

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文丨芯锂话

2018年，特斯拉在Model 3上破天荒的“一掷千金”，在主逆变器中安装了24个由意法半导体生产的碳化硅（SiC）MOSFET 功率模块。
当时，一块SiC芯片的价格要比传统硅芯片贵十倍左右，即使如今SiC售价有所下降，但SiC芯片的价格也是同等硅器件的数倍。
一直以来，特斯拉都是电动汽车市场的先驱，尤其在成本控制上几乎到了“丧心病狂”的地步，采用模块化平台、压铸一体成型后车体、优化电池包设计、放弃激光雷达，只要能够压缩成本，几乎无所不用其极。
但如此“吝啬”的特斯拉却愿意在几块小小的SiC芯片上花费重金，究竟原因何在？就为了显著提升续航能力。
相较于Model S上使用的IGBT模块，Model 3所采用的SiC芯片能够为逆变器带来5-8%的效率提升，即逆变器效率从82%提升至90%，大幅改善续航能力。此外，SiC器件在高温下表现更好，哪怕达到200度的高温，也能维持正常功率，保证长时间的高效率输出。
正是基于这些优势，马斯克最终将更昂贵的碳化硅应用到Model 3性能版上，由此带动了一场SiC替代传统硅基器件的产业革命。
01、一战成名的第三代半导体随着Model 3的成功，SiC一战成名，功率模块开始迅速“上车” 。
自此之后，SiC正式成为丰田、比亚迪、蔚来、通用、大众、雷诺-日产-三菱等车企的重点布局方向。SiC这一较为生疏的名词，也逐渐被市场所熟知。
实际上，SiC属于第三代半导体，这已经是半导体行业发生的第二次产业突破。
第一代即是以硅和锗等元素为代表的单质半导体材料，它的发现直接推动了人类通信、航空光伏技术的发展。
虽然被称为第一代半导体产品，但硅基半导体材料今日依然是产量最大、应用最广的半导体材料，90%以上的半导体产品是用硅基材料制作的。
第二代半导体材料以砷化镓、磷化铟为代表，相对硅基器件具有高频、高速的光电性能，被广泛应用于光电子和微电子领域，是制作发光二极管的关键衬底。
第三代半导体材料以SiC和氮化镓为代表的宽禁带半导体材料，适用于高温、高压、高频率场景，同时具有电能消耗较少的优势。

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值得注意的是，三代半导体之间并非彼此完全替代的关系，而是更类似于相互补充。每一代产品之间均有着各自的优势，仅在部分场景实现对传统产品的替换。
例如SiC耐高压，材料击穿电场强度是硅的10倍；同时热导率比硅更高，对散热的要求更低；适用高频场景，碳化硅的饱和电子漂移速率是硅的2倍，这决定了碳化硅器件可以实现更高的工作频率和更高的功率密度。
这意味着，SiC可以减少能耗损失，提高能源转化效率，SiC材料能够实现在射频器件和功率器件上对硅基材料的性能完美替代。