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電動汽車發(fā)展還有上升空間嗎？

一直以來，“里程焦慮”、“充電緩慢”都是卡住新能源汽車脖子的關(guān)鍵問題，是車企和車主共同的焦慮。

為了解決最大的痛點，車企圍繞著這個核心又迷茫的話題進行著不斷的探索。但無論蔚來的換電策略、還是電池廠商不斷探索的高密度三元鋰電池，似乎都是在電池容量上下功夫，并沒有真正地解決充電速率的問題，快速充電一直是人們心中一道過不去的坎。

但隨著高壓電氣技術(shù)的不斷進步，快充時代已經(jīng)到來。繼2019年4月保時捷Taycan Turbo S 全球首發(fā)三年后，800V高壓超充終于開始了普及。相比于400V，800V帶來了更高的功效，大幅提升功率，實現(xiàn)了15分鐘的快充補能。

而構(gòu)建800V超充平臺的靈魂就是材料的革新，基于碳化硅的新型控制器，便引領(lǐng)著這一輪高壓技術(shù)的革命。

本文從碳化硅發(fā)展原因講起，分析了下游應(yīng)用市場與相關(guān)公司，以期全方位體現(xiàn)碳化硅發(fā)展現(xiàn)狀、前景與具體投資機會。

碳化硅成半導(dǎo)體攻關(guān)熱點

作為半導(dǎo)體材料之一，碳化硅的快速發(fā)展得益于半導(dǎo)體的廣闊市場帶動。

半導(dǎo)體，指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，被稱為現(xiàn)代工業(yè)的“糧食”。近年受益于智能手機和智能穿戴等新興消費電子市場的快速放量，以及汽車電子、工業(yè)控制和物聯(lián)網(wǎng)等科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，疊加半導(dǎo)體國產(chǎn)化的快速推進，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)迎來了快速發(fā)展階段。

近年來，全球半導(dǎo)體材料市場規(guī)模穩(wěn)健增長?？備N售額從2010年的449億美元增長至2021年的643億美元，2010-2021年復(fù)合增長率為33.3%。未來，隨著半導(dǎo)體芯片工藝升級、芯片尺寸持續(xù)小型化，以及全球硅材料、化合物半導(dǎo)體材料的品種和性能不斷迭代升級的影響下，晶圓制造材料占比有望繼續(xù)提升。

我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)更是處于高速發(fā)展的階段。2021年，我國半導(dǎo)體銷售額達到了1921億美元，同比增長 26.80%，2017-2021年復(fù)合增速高達9.94%，高于全球同期6.18%的復(fù)合增速。從銷售額占比來看，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的全球影響力逐步增強，國內(nèi)半導(dǎo)體銷售額占全球比重從2017年的30.69%提升至2021年的35.27%。

碳化硅材料電氣性能優(yōu)越，有望成為半導(dǎo)體領(lǐng)域最具前景的材料之一。

半導(dǎo)體材料發(fā)展至今已經(jīng)歷三個階段。常見的半導(dǎo)體材料包括硅（Si）、鍺（GE）等元素半導(dǎo)體及砷化鎵（GaAs）、碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等化合物半導(dǎo)體材料。

從被研究和規(guī)模化應(yīng)用的時間先后順序來看，上述半導(dǎo)體材料被業(yè)內(nèi)通俗地劃分為三代：

第一代半導(dǎo)體是以硅（Si）、鍺（Ge）為代表，從20世紀(jì)50年代開始大規(guī)模應(yīng)用，主要應(yīng)用于低壓、低頻、低功率的晶體管和探測器中。但是硅材料的物理性質(zhì)限制了其在光電子和高頻電子器件上的應(yīng)用，無法滿足人類的需求。

第二代半導(dǎo)體材料是以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）化合物材料為代表，從20時機90年代開始大規(guī)模應(yīng)用，適用于制作高速高頻、大功率及發(fā)光電子器件。但是第二代半導(dǎo)體擊穿電場較低，限制了其在高溫、高頻和高功率器件領(lǐng)域的應(yīng)用。另外砷化鎵材料有毒，存在著引起環(huán)境污染的問題。

第三代半導(dǎo)體材料是以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體，多在通信、新能源汽車、高鐵、衛(wèi)星通信、航空航天等場景中應(yīng)用。與前兩代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優(yōu)勢，因此，采用第三代半導(dǎo)體材料制備的半導(dǎo)體器件不僅能在更高的溫度下穩(wěn)定運行，適用于高電壓、高頻率場景，此外，還能以較少的電能消耗，獲得更高的運行能力。

碳化硅在第三代半導(dǎo)體中存在的主要形式是作為襯底材料，可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應(yīng)用需求，當(dāng)前碳化硅襯底已應(yīng)用于射頻器件及功率器件。具體來說，碳化硅器件有以下幾個優(yōu)點：

（1）耐高壓：碳化硅擊穿電場強度大，碳化硅制備器件可以極大提高耐壓容量、工作頻率與電流密度，在實際應(yīng)用中可以設(shè)計成更小的體積。

（2）耐高溫：碳化硅的禁帶接近硅的3倍，可以保證碳化硅器件在高溫條件下工作的可靠性，極限溫度甚至可達600℃。同時，其導(dǎo)熱性更高，有助于器件的散熱，有助于實現(xiàn)設(shè)備的小型化。

（3）實現(xiàn)高頻性能：碳化硅包和電子漂移速率大，可以實現(xiàn)更高的工作頻率與功率密度，也可以減少能量損失。在800V高壓工作下，碳化硅 MOSFET逆變器的能量損失僅為硅基IGBT能量損失的30%-50%之間。

在SiC產(chǎn)業(yè)鏈中，價值主要集中于上游襯底和外延。

SiC生產(chǎn)過程主要包括碳化硅單晶生長、外延層生長及器件制造三大步驟，分別對應(yīng)襯底、外延、器件三大環(huán)節(jié)。

三大環(huán)節(jié)中，襯底成本占比達47%，其次為外延片，占比23%，這兩大工序為SiC器件的重要組成部分。由于SiC襯底生產(chǎn)工藝壁壘高，生產(chǎn)良率較低，全球產(chǎn)量具有明顯的瓶頸，因此其制造成本一直居高不下。此外，外延片的參數(shù)性能會受到SiC襯底質(zhì)量的影響，其本身也會影響下游器件的性能。若能在襯底和外延片環(huán)節(jié)進行技術(shù)突破，將會大幅降低制造成本，提高性能。

來源：部分摘自互聯(lián)網(wǎng)