近十年，我國的碳化硅產業隨著太陽能硅晶片切割行業的大潮實實在在的火了一把。但是隨著太陽能發電站建設逐步回歸理性，熱潮已經退去。同時，金剛石線切割等新技術的誕生，對我國已經步履維艱的碳化硅產業來說更是雪上加霜。碳化硅產業該何去何從，筆者認為大概也是時候拿起“科技是第一生產力”這句老話了。新材料開發，不僅僅是開發原來未重視或者不存在的材料，傳統材料的新應用也是新材料技術的突破方向之一。本文圍繞碳化硅這一傳統材料在電子元器件領域的新應用展開討論，期望能給讀者帶來一些啟示。

一、碳化硅在電子元器件領域的優勢及應用簡介

面對日益嚴苛的能效要求，節能減碳已成為現今電子產品不可忽略的重要環節；傳統以硅為材料的功率半導體，正逐漸面臨發展瓶頸，而具有比硅更低導通電阻及更高切換速度的碳化硅（SiC）功率器件以其優異的高耐壓、低損耗、高導熱率等優異性能，有效實現電力電子系統的高效率、小型化和輕量化。

碳化硅（SiC）功率器件的能量損耗只有硅（Si）器件的功率50%，發熱量也只有硅（Si）器件的50%；且有更高的電流密度。在相同功率等級下，碳化硅（SiC）功率模塊的體積顯著小于硅（Si）功率模塊,以智能功率模塊(Intelligent Power Module，IPM)為例，利用碳化硅（SiC）功率器件，其模塊體積可縮小至硅（Si）功率模塊的1/3～2/3。

碳化硅（SiC）功率器件前景廣闊，就目前而言，其最具前景的幾個應用領域如下文所示：

1.太陽能的PV(光伏)逆變器

注意這里的應用跟人們熟知的太陽能發電硅晶片生產領域完全不是一回事，不要混為一談。無論何種太陽能發電原理，初始轉換出的基本都是只有幾伏特低壓直流電。這類初始的低壓直流電需要用一種叫做“逆變器”的設備，將其轉化為我們日常生活使用的高壓交流電。而碳化硅晶體生產的大功率器件則是這類設備的核心器件。用碳化硅替代傳統硅材料生產逆變器，可以大幅提高逆變器的電源的轉換效率。提高太陽能電站的發電效率。

2.新能源汽車(EV/HEV)

眾所周知，充一次電可以跑更長里程是新能源汽車的一個重要賣點。提高行駛里程的核心技術有兩項，一個就是提高電池容量，二就是提高電池輸出的電能的利用率。用碳化硅元器件替代硅材料元器件正是提高電能利用率的重要途徑之一。碳化硅材料在新能源汽車領域大有可為。

3.開關電源

無論是家用電器還是工業用電設備中，都會大量使用到開關電源這種電源轉換設備。如果在開關電源上實現用碳化硅元器件替換硅材料元器件，各類電器設備的效率會更高，節電效益非常可觀。由于開關電源的應用領域十分廣泛，碳化硅元器件的市場前景不可估量。

二、碳化硅電子元器件生產應用概況

美國 Cree公司早在2003年就率先推出碳化硅（SiC）產品，但當時市場上并沒有很大的反響。2010年以后，業界才開始對碳化硅（SiC）功率產品真正關心，一些廠家如Cree、Rohm、Infineon、ST、Microsemi陸續推出了相關產品。國內對碳化硅（SiC）功率器件的研究始于20世紀末， 直到2014年，國內的碳化硅（SiC）二極管實現了量產化，產品有肖特基二極管600～1700V系列，各項指標均已達到國際先進水平。但目前我們還沒有形成完整的產業鏈，與國外的產業規模相比有很大差距。

2014年全球碳化硅（SiC）功率器件的市場規模為1.2億美元，相較硅功率器件的150億美元市場，碳化硅（SiC）功率器件市場還很小，還不到硅（Si）功率器件的10%。根據市場分析公司預計，碳化硅（SiC）功率器件的市場未來將保持18%的年增長速度，到2020年時可望達到3億美元以上的產值（圖1），說明市場對這一器件的接受度正進入加速階段。

三、碳化硅器件目前存在的生產成本問題

受制于制造成本和產品良率影響，目前阻礙碳化硅（SiC）功率器件大規模進入市場的主要原因是價格昂貴，一般是同類硅（Si）產品的5-6倍。為了降低成本，需要二個方面的改進。

1.開發上，晶圓做得更大，晶圓越大，每個晶圓上可以取得的die/chip也就越多，浪費的地方也會越少；但這需時日攻克工藝難關。碳化硅（SiC）材料較傳統硅材料硬度要大，晶圓尺寸進一步擴大時工藝技術目前還很難控制。現在SiC產品的晶圓尺寸只能做到6英寸；相較目前大部分硅（Si）功率器件都已經向12英寸晶圓遷移的進度，碳化硅（SiC）功率器件肯定有些落后了，而這也將限制其成本控制的步伐。針對SiC材料硬度的優化已成為業界重要課題，就像當年真空管向硅材料的過渡一樣，任何一種新材料都要經歷 一個優化到成熟的過程，相信通過業界的努力，SiC材料將成為一種成熟的主流的功率器件材料。

2.提高工廠的生產效率，碳化硅（SiC）的生產時間很長，因為SiC是Si加上C，生產時間大約是普通Si的6倍。預計在2017年左右，隨著碳化硅（SiC）產品良率的大幅度提升，其價格也將下降，那時碳化硅（SiC）功率器件可能會實現大規模應用。

小結：科技是第一生產力這句話雖然有些不夠新潮，但是其中蘊含的真理是永恒的。任何一個產業，都會有潮起潮落的周期波動。只有那些注重科研，牢記不斷創新的人或者企業，才能立于不敗之地，永遠作為弄潮兒站立在世人面前。我們期待著碳化硅產業中的中國精英企業能夠跟上科技發展的步伐，為中國的碳化硅產業再造輝煌。

(粉體圈 作者：敬之)