编者按：由于具有禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强高等特点，SiC半导体成为新能源产业革命中的核心关键部分，瑞鹏资产联席首席投资官赵圣斌将从新能源汽车、直流充电桩、光伏、工业控制和射频五个方面逐一为您分析SiC半导体应用市场。
碳化硅半导体应用市场分析
碳化硅（SiC）属于第三代半导体材料，具备禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强高、电子饱和漂移速率高等特点。SiC为第三代半导体材料典型代表，相较于硅材料等前两代半导体材料，其禁带宽度更大，在击穿电场强度、饱和电子漂移速率、热导率以及抗辐射等关键参数方面有显著优势。下表是各代半导体的参数对比。
第三代半导体这个称呼容易让人产生一个错误的想法，即第三代半导体会逐步替代前两代半导体，事实并非如此。每一代半导体都有其最适合的应用场景，都是由相应的产业革命催生出来的。比如第一代硅基半导体，特别适合做CPU、内存等集成电路芯片，其产业也随着电脑、互联网的普及而发展壮大。以砷化镓为代表的第二代半导体，由于电子迁移率较高，非常适合高频、高速领域，随着3G、4G等无线通信技术发展而被广泛应用。
我们国家非常重视第三代半导体产业的发展，就是因为新能源产业革命目前正在如火如荼的推进中，而SiC由于禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强高等特点，刚好适合高温、高压、高频、大功率等应用场景，因此SiC半导体成为新能源产业革命中的核心关键部件。
SiC半导体主要应用在新能源汽车、光伏、风电、工控、射频等领域。2020 年全球 SiC半导体市场规模达11.84 亿美元，预计到 2025 年有望增长至 59.79亿美元，对应 CAGR 为 38.2%。下面我们就针对这几个主要应用市场进行逐一分析。
1、新能源汽车
SiC半导体在新能源汽车相关应用场景主要为逆变器、OBC、及DCDC等。我们认为当前SiC渗透仍处于早期，目前渗透率较低，但是随着特斯拉、比亚迪等头部新能源车厂带来的“示范效应”，更多车企将会逐步采用 SiC方案。
更为重要的是，随着800V 架构时代来临，SiC在高压下较IGBT 性能优势更为明显，损耗降低幅度更大。我们认为 SiC 在新能源车主逆变器及 OBC 中渗透率将快速提升。
OBC典型电路结构由前级PFC电路和后级DC/DC 输出电路两部分组成。二极管和开关管（IGBT、MOSFET等）是OBC中主要应用的半导体，采用 SiC 替代可实现更低损耗、更小体积及更低的系统成本。
2、直流充电桩
直流充电方式相较家用标准交流电充电方式速度大幅提高，一个 150kW 的直流充电器可以在大约15分钟内为电动汽车增加200公里续航，随电动汽车渗透率进一步提高，直流电充电方案需求将同步提升。SiC器件和模块具备耐高温、耐高压以及低损耗等优势，可实现更高效电动车直流充电方案。
SiC MOSFET可简化直流充电桩ACDC及DCDC电路结构，减少器件数量实现充电效率提升。根据英飞凌的材料显示，在 DCDC 中使用4 颗1200V SiC MOSFET替代8颗650V硅基MOSFET，在同样功率下，可将原来的两相全桥LLC电路简化为单相全桥 LLC电路，所用器件数量减少 50%，提升电路整体效率。同样在 ACDC 中，使用 SiC MOSFET可将三相 Vienna整流器拓扑电路简化为两相结构，器件数量减少 50%实现效率提升。
3、光伏
基于硅基器件的传统逆变器成本约占光伏发电系统 10%，却是系统能量损耗的主要来源之一。使用 SiC MOSFET 功率模块的光伏逆变器，能量损耗降低8%，相同条件下输出功率提升27%，推动发电系统在体积、寿命及成本上实现重要突破。
英飞凌最早于 2012年推出 CoolSiC 系列产品应用于光伏逆变器，2020 年以来，西门子、安森美等众多厂商陆续推出相关产品，SiC光伏逆变器应用进一步推广。据CASA 数据，2020 年光伏逆变器中碳化硅器件渗透率为 10%，预计 2025 年将增长至50%。高效、高功率密度、高可靠和低成本为光伏逆变器未来发展趋势，SiC半导体有望迎来广阔增量空间。
4、工业控制
SiC半导体在工业控制领域的应用场景主要是轨道交通和智能电网。轨道交通方面，SiC半导体应用于轨道交通牵引变流器能极大发挥碳化硅器件高温、高频和低损耗特性，提高牵引变流器装置效率，符合轨道交通大容量、轻量化和节能型牵引变 流装置的应用需求，从而提升系统的整体效能。根据Digitimes，2014 年日本小田急电铁新型通勤车辆配备了三菱电机 3300V、1500A 全碳化硅功率模块逆变器，开关损耗降低 55%、体积和重量减少65%、电能损耗降低 20%至36%。
智能电网方面，相比其他电力电子装置，电力系统要求更高的电压、更大的功率容量和更高的可靠性，SiC半导体突破了硅基功率半导体器件在大电压、高功率和高温度方面的限制所导致的系统局限性，并具有高频、高可靠性、高效率、低损耗等独特优势，在固态变压器、柔性交流输电、柔性直流输电、高压直流输电及配电系统等应用方面推动智能电网的发展和变革。此外碳化硅半导体在风力发电、工业电源、航空航天等领域也已实现成熟应用。
5、射频
5G 发展推动GaN-on-SiC器件需求增长，市场空间广阔。微波射频器件中功率放大器直 接决定移动终端和基站无线通讯距离、信号质量等关键参数，5G 通讯高频、高速、高功率特点对其性能有更高要求。以SiC为衬底的GaN射频器件同时具备碳化硅高导热性能和GaN高频段下大功率射频输出优势，在功率放大器上的应用可满足 5G 通讯对高频性能、高功率处理能力要求。当前 5G 新建基站仍使用 LDMOS 功率放大器，但随5G 技术进一步 发展，MIMO基站建立需使用氮化镓功率放大器，氮化镓射频器件在功率放大器中渗透率 将持续提升。据 Yole预测，2024年GaN-on-SiC器件市场有望突破 20 亿美元，2027 年进一步增长至 35 亿美元。
