SiC 功率半导体市场起飞 电动车为主要驱动力

在全球倡导节能减排、可持续发展的大背景下，新能源汽车产业蓬勃发展，而其中电动车的崛起尤为引人注目。电动车的快速普及，正成为 SiC(碳化硅)功率半导体市场腾飞的核心驱动力。SiC 功率半导体凭借其卓越的性能优势，在电动车领域展现出巨大的应用潜力，推动着整个市场规模的迅速扩张。

SiC 功率半导体的特性优势

SiC 作为第三代半导体材料，与传统的硅(Si)材料相比，具有诸多显著优势。首先是高击穿电场强度，SiC 材料的击穿场强约为 Si 材料的 10 倍，这使得 SiC 功率器件能够在更高的电压下工作，并且在相同耐压要求下，SiC 器件可以采用更薄的漂移层和更低的掺杂浓度，从而有效降低导通电阻，减少导通损耗。

其次，SiC 具有高电子饱和漂移速度，约为 Si 的 2 倍 - 3 倍，这使得 SiC 功率器件能够实现更高的开关频率，进而减小系统中磁性元件和电容的尺寸，降低系统成本和重量，提升系统的功率密度。再者，SiC 的禁带宽度约为 Si 的 3 倍，导热率约为 Si 的 3 倍 - 4 倍，这赋予了 SiC 功率器件出色的耐高温性能，能够在更高的温度环境下稳定工作，减少对散热系统的依赖，提高系统的可靠性。

电动车对 SiC 功率半导体的需求推动

主驱逆变器

主驱逆变器是电动车动力系统的核心部件之一，其作用是将电池输出的直流电转换为交流电，驱动电机运转。在传统的电动车主驱逆变器中，硅基 IGBT(绝缘栅双极型晶体管)应用较为广泛。然而，随着电动车向高电压、高功率密度方向发展，SiC MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)逐渐展现出明显优势。

SiC MOSFET 的开关速度更快，几乎不存在电流拖尾现象，能够有效降低开关损耗，提高逆变器的效率。研究表明，在相同的行驶条件下，采用 1200V SiC MOSFET 的逆变器相比传统硅基 IGBT 逆变器，能耗可降低 60% 以上，整车能耗降低 7% 左右。这不仅有助于提升电动车的续航里程，还能减少电池容量需求，降低整车成本。特斯拉在其 Model 3 车型中率先采用了 SiC MOSFET 逆变器，实现了 5% - 8% 的逆变器效率提升，显著改善了车辆的续航表现，为 SiC 功率半导体在主驱逆变器领域的应用树立了典范。

车载充电机(OBC)

车载充电机负责将外部交流电转换为直流电，为电动车电池充电。传统的硅基 OBC 在功率密度和效率方面存在一定局限。SiC 功率器件的应用能够有效提升 OBC 的性能。由于 SiC 器件可以实现更高的开关频率，使得 OBC 中的磁性元件和电容体积得以减小，从而实现 OBC 的小型化和轻量化。

同时，SiC 器件的低导通电阻和高开关速度有助于降低 OBC 的导通损耗和开关损耗，提高充电效率。采用全 SiC MOSFET 方案的 22kW 双向 OBC，相比硅基方案，功率器件和栅极驱动数量可减少 30% 以上，开关频率提高一倍以上，系统效率从 95% 提升至 97%，功率密度从 2kW/L 提升至 3kW/L。此外，虽然 SiC 基功率器件的单颗成本相对较高，但由于其性能优势减少了系统中其他元件的使用数量，整体全 SiC 方案的 OBC 成本反而可节约 15% 左右。

DC - DC 转换器

DC - DC 转换器在电动车中用于将电池的高电压转换为适合车载低压系统(如车灯、音响、控制系统等)使用的低电压。SiC 功率半导体的应用可以使 DC - DC 转换器在实现高效功率转换的同时，减小自身的体积和重量。SiC 器件的高开关频率特性允许使用更小的电感和电容等无源元件，从而优化了 DC - DC 转换器的设计。并且，SiC 器件的低导通损耗和开关损耗有助于提高 DC - DC 转换器的整体效率，减少能量在转换过程中的浪费，进一步提升电动车的能源利用率。

SiC 功率半导体市场现状与发展趋势

得益于电动车市场的强劲需求，SiC 功率半导体市场呈现出迅猛的发展态势。根据 TechInsights 的研究报告，预计到 2025 年，汽车碳化硅市场规模将超过 20 亿美元。越来越多的半导体企业加大在 SiC 领域的研发和产能投入。意法半导体作为全球 SiC 功率 MOSFET 领域的领军者，推出了第四代 SiC MOSFET 技术，该技术在功率效率、功率密度和耐用性方面树立了新标杆，其涵盖的 750V 和 1200V 两个电压等级的产品，将为 400V 和 800V 的电动车牵引逆变器提供更高的能效，助力中型和紧凑型电动车性能提升。

为了满足日益增长的市场需求，行业正积极推动 SiC 晶圆制造技术的升级，逐步向 200 毫米晶圆生产技术过渡。这一转变不仅能够大幅提高生产能力，还将有效降低制造成本，为 SiC 功率半导体的更广泛应用奠定坚实基础。

随着技术的不断进步和成本的逐步降低，SiC 功率半导体在电动车领域的渗透率将持续提升。除了在主驱逆变器、车载充电机和 DC - DC 转换器等关键部件中的应用不断深化外，未来还将拓展至电动车的更多系统中。在未来，SiC 功率半导体有望在电动车无线充电、电池管理系统等方面发挥重要作用，进一步推动电动车技术的创新发展，提升电动车的整体性能和用户体验。

SiC 功率半导体凭借其独特的性能优势，在电动车产业的驱动下，正迎来前所未有的发展机遇。电动车市场对高效、高功率密度功率半导体的迫切需求，将持续推动 SiC 功率半导体市场规模的扩张和技术的创新升级。随着产业链的不断完善和成本的有效控制，SiC 功率半导体将在电动车领域乃至更多新能源领域中扮演愈发重要的角色，成为推动全球能源转型和科技进步的关键力量。