功率器件国产化，碳化硅成必争之地！

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以IGBT、MOSFET为代表的功率器件已经广泛应用于工业、新能源、消费电子等众多行业。如今，在新基建政策的推动下，特高压、5G、轨道交通、新能源汽车充电桩等领域将引来新一轮大发展，功率半导体作为交直流电力转换的核心器件，势必会迎来巨大市场增长。

% W; t4 U4 Q0 }+ @) d功率半导体国产化需求迫切
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在新能源汽车领域，功率半导体是核心部件之一，其重要性仅次于电池。功率半导体在电池管理、车载充电和电机控制等多个系统使用，每台车大概占10%的成本。此外，在光伏逆变器，风电变流器等设备中，都离不开功率半导体。

随着智能化时代的到来，例如新能源汽车实现自动驾驶和联网化，需要更长的续航能力的和高效的电池管理，对于功率半导体将提出更高的要求。而新一代半导体材料，例如碳化硅和氮化镓，在电场强度、热导率、禁带宽度、饱和迁移速度方面有着优异表现，已经成为功率半导体厂商的重点研发方向。

! X) N) P2 _7 h2 W8 B) h近年来，美国禁令不断，堵截上游芯片的供应，剑指中国制造和高科技产业。那么，功率半导体的国产化也是十分紧迫的。今年两会提议将功率半导体材料列研发入国家计划，那么功率半导体国产化进程将加速，国产器件代替进行只是时间的问题。
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目前，中国大部分的功率半导体以进口为主，例如德国英飞凌在汽车领域占据了58%的市场。英飞凌在全球功率器件市场中排名第一，其次还有安森美、三菱电机、富士、罗姆、赛米控等领先厂商，国内龙头厂商斯半导体，排到第十。国内外差距还是比较大。

+ P% {+ X/ O: ~1 K  N+ h# }1 z碳化硅器件成必争之地

  E( ^8 h8 ]7 v/ ^  M$ J9 h& Z  q国内功率半导体厂商除了斯达之外，还有比亚迪半导体、中车时代电气、吉林华微、士兰微等知名厂商，在产品类型方面基本覆盖了各种电压级别，虽然功率器件在低端产品方面已对开始代替进口，但高端产品依然严重依赖进口。
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3 @1 _. N- E% `' _! @. b由于IGBT核心技术掌握在发达国家手中，例如设计制造、模块封装、失效分析、测试等。目前，英飞凌、三菱、ABB在1700V以上电压等级占绝对优势，在大功率沟槽技术方面，英飞凌与三菱公司领先，3300V以上电压的IGBT基本由国外垄断。

  x/ ]) x4 k3 l5 u未来IGBT向更高工作结温与功率密度发展，厂商除了要聚焦在降低损耗和降低生产成本，通过改良工艺和设计方案来提升产品的性能之外，第三代半导体技术开发可能是一个必争之地。第三代半导体主要以宽禁带半导体材料，例如碳化硅和氮化镓材料制成的半导体产品。
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第一代半导体以硅（Si）、锗元素(Ge)半导体材料为主要，第二代以砷化镓（GaAs）、磷化铟（lnP）等化合物为主，而第三代是碳化硅和氮化镓等宽禁带半导体材料，具有禁带宽度和击穿电压高的特点。自从特斯拉推出Model3型电动汽车，其逆变器采用了24个碳化硅MOSFET为功率模块，碳化硅功率器件受到了越来越多厂商的重视。

碳化硅为材料的功率模块具有高开关频率、耐高温、耐高压和低开关损耗，以及抗辐射能力强等优点，不仅可以大量节省能源损耗，还提升了电控效率，而且体积更少，重量更低。此前，丰田便展示的全碳化硅模组，是传统硅产品体积的1/5，重量上减轻了35%，损耗从20%降到5%，能让汽车经济性提升10%。

目前，碳化硅功率器件主要国外厂商为英飞凌、罗姆、Cree和ST，国内有泰科天润、基本半导体、上海瞻芯电子、杨杰科技、芯光润泽、瑞能半导体等。
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, F! H3 Y9 I1 R1 B- [在碳化硅晶片方面，CREE占据了一半以上市场份额，是行业的领头羊。近两年，由于碳化硅晶片供应紧张，下游器件巨头纷纷与CREE签订长期供货协议。为了满足市场需求，CREE投资10亿美金用来扩大SiC的产能，包括一座8寸晶圆厂。整个碳化硅产业格局来看，以美、欧、日为主，除了CREE之外，还有II-VI、DowCorning、Rohm等玩家。

, ]3 O- K) |! `, @从碳化硅晶片成本来看，尺寸越大，生产效率越高，成本就越低，但同时品质控制难度越高。目前全球碳化硅市场为国外企业所垄断。国内厂商只在衬底、外延和器件方面占据少量的市场。其中，天科合达是国内最早实现碳化硅晶片产业化的企业，已经成功研制出6英寸碳化硅晶片。

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在新能源汽车领域，功率半导体是核心部件之一，其重要性仅次于电池
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