前言

碳化硅作为第三代宽禁带半导体材料的代表，在禁带宽度、击穿电场、热导率、电子饱和速率等指标具有显著优势，可满足现代工业对高功率、高电压、高频率的需求，主要被用于制作高速、高频、大功率及发光电子元器件，碳化硅器件下游应用领域包括电动汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、5G通信等，其中新能源汽车为最大终端应用市场。创投集团邀请到了安徽芯塔电子科技有限公司创始人倪炜江博士，和我们一同分享碳化硅器件未来发展趋势。

倪炜江，中科院博士，正高级工程师，IEEE协会会员，审稿员。倪炜江博士是北京市第三代半导体专家成员。倪博士先后在中电科集团第五十五研究所、泰科天润半导体和世纪金光半导体从事碳化硅研发和产业化，拥有15年碳化硅行业从业经历。

倪博士于2020年10月在安徽芜湖成立安徽芯塔电子科技有限公司，芯塔在北京、杭州、深圳设有研发中心、应用技术中心和销售中心，湖州设有年产30万套碳化硅功率模块封测基地。芯塔电子是一家专注于第三代半导体功率器件和应用技术创新与国产化的国家高新技术企业。

南京市创投集团：碳化硅器件技术发展趋势分析，碳化硅超级结MOS技术路线有哪些，未来，碳化硅超级结MOS是否有应用潜力？

倪炜江：碳化硅器件未来平面型、沟槽型和超结技术都会发展，超级结结构的最大优势是降低外延层的电阻，所以在高压器件上非常有优势，比如今后在1700V、2000V、3300V上的优势会比较大。芯片设计有“平面+超级结”或“沟槽+超级结”两种技术方向，超级结自身的工艺技术路线参考硅器件，一是多次外延生长、二是深槽回填，在碳化硅中沟槽回填的成本会更有优势。

南京市创投集团：主驱大电流的碳化硅MOS良率不高的原因有哪些，未来良率提升的关键在哪？

倪炜江：这几年国内碳化硅的材料和制造技术都有很大的提升，现在中等电流规格MOS的良率可以做到90%以上。制约主驱MOS良率的重要一环是衬底和外延的缺陷密度，这个还与芯片的早期失效有关，所以单晶和外延技术的进步是很重要的。第二个就是制造工艺，及在制造过程中的缺陷控制。

南京市创投集团：专注于碳化硅器件的企业和专注于碳化硅模块的企业，在产品竞争上的利弊？

倪炜江：碳化硅企业如果只做单管不做模块的话，限制了产品的应用领域和市场拓展，特别是大功率方向的应用；如果只做模块没有核心的芯片技术的话，芯片来源会受到影响，供应链会很被动，产品整体性能价格不可控。因此，碳化硅产业中芯片是核心，模块是产品和市场的衍生和扩展。

碳化硅MOS在光伏逆变器领域和新能源车领域相较于硅基IGBT的优势，主要解决了哪些行业痛点。相较于硅基IGBT，下游客户能接受的碳化硅器件/模块价格区间？

倪炜江：随着技术和产品的成熟，第三代半导体器件(例如SiC MOSFET)将在部分车型中替代Si基产品，大大提高汽车续航里程，缩短充电时间并优化整车架构，提升驾驶体验。当前碳化硅应用范围逐步从高端车型下探。续航里程在500km以下的新能源车型有望逐步实现碳化硅功率器件的应用。光伏逆变器采用碳化硅功率模块之后，转换效率可从 96%提升至 99%以上，能量损耗降低 30%以上，极大提升设备循环寿命，具备缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命、降低系统散热要求等优势。

概括来说，碳化硅除了价格高于IGBT外，在性能、客户接受度等方面，已没有其他任何缺点。目前下游客户能特别是高端客户能接受IGBT 3倍以上的价格，但是当价格是IGBT的2倍时，整个系统的成本会比采用Si基IGBT的更低，产业将迎来真正的爆发点，随着技术的快速进步和产业模块的扩大，这个时间点即将来临。

南京市创投集团：碳化硅下游应用场景除现阶段的车、风、光、储的开拓及渗透，未来碳化硅应用是否有其他场景？

倪炜江：碳化硅芯片未来应用场景十分广泛。除了光储充车领域，碳化硅芯片在军工、航空航天（包括深空探测）、数据中心电源、工业变频、UPS、轨道交通和电网等领域都会大展拳脚。

南京市创投集团：碳化硅器件企业商业模式有哪些，未来各类企业争夺焦点及生存空间？

倪炜江：碳化硅器件企业商业模式主要有Fabless和IDM。国内SiC功率器件的厂商包括Fabless和Foundry大多有向IDM模式演进的趋势。但IDM模式也并非适用于任何企业。目前国内很多碳化硅厂商体量并不大，尚未实现盈利，若是大规模建厂的话，运营成本太高，对现金流的考验非常大，工艺开发的难度和客户认可度也是问题。如果能得到代工厂的支持，Fabless厂商在设计方面确实更具灵活性，在碳化硅MOS方面的研发进程也较快，更适合具备高研发能力的创业团队选择布局。同时，代工厂的资质也可以为其供应链可靠性背书。结合当前碳化硅产业的发展阶段和时间窗口等因素来看，国内IDM和Foundry + Fabless两种商业模式将会长期并存，而且各自满足终端市场不同的应用场景。

对当前碳化硅产业发展处于早中期阶段的情况，能深度合作的Fabless + Foundry，如形成C-IDM的模式会更有优势。因此，有国产Foundry资源，同时又有核心设计和工艺能力，具备长期创新能力的技术团队会有更大的竞争优势。

南京市创投集团：GaN是否在未来可能替代SiC的地位？

倪炜江：GaN功率器件既拥有类似SiC在宽禁带材料方面的性能优势，也拥有更强的成本控制潜力。由于GaN是异质外延材料，本身的缺陷和可靠性会对应用有一定的限制，因此大部分用于中低压和高频、甚至是高度集成化的领域，未来在这个领域有很大的市场，GaN与SiC虽有部分竞争，更多的是互补的市场。

南京市创投集团：感谢倪教授的分享，我们相信，碳化硅产业一定会在未来有很大的市场！