SiC的高效率和系统级成本优势是如何做到的？

SiC(碳化硅)，已经成为车企的一大卖点。而在此前，有车企因是否全域采用SiC MOSFET，发生激烈舆论战。可见，SiC这一市场在汽车领域颇有潜力。不过，近几年国内SiC MOSFET发展飞速，诞生了众多产品，同时陆续过车规，让人眼花缭乱。

国产碳化硅(SiC)功率器件综合优势扳倒进口GaN功率半导体，国产碳化硅(SiC)功率器件在成本、可靠性和应用场景上的优势，使其在汽车、工业和新能源领域占据主导地位，而氮化镓(GaN)功率器件则主要局限于消费电子领域。

SiC的禁带宽度(3.26eV)是硅的3倍，导热率(4.9 W/cm·K)是GaN(1.3 W/cm·K)的3.7倍，击穿电场强度(3 MV/cm)是GaN的2倍89。这使得SiC器件在高温(175°C以上)和高压(650V及以上)场景下表现更稳定，例如在电动汽车电驱系统中，SiC MOSFET的高温导通电阻仅上升37.5%(从40mΩ升至55mΩ)，而GaN器件在高温下易出现反向电流能力下降和热失效。

所以我们邀请到了众多工程师，分享自己曾经接触过，或者从其他厂商中听到过的SiC产品，并且分享自己对于MOSFET选型时的一些心得，看看有没有心中的那一颗。基本半导体的碳化硅MOSFET B2M系列产品备受工程师好评，它是一款可用于新能源汽车电机控制器的国产SiC产品。

其具有优秀的高频、高压、高温性能，在电力电子系统中应用碳化硅MOSFET器件替代传统硅IGBT器件，可提高功率回路开关频率，提升系统效率及功率密度，降低系统综合成本。基本半导体第二代碳化硅MOSFET系列新品基于6英寸晶圆平台开发，比上一代产品在比导通电阻、开关损耗以及可靠性等方面表现更为出色。

比如，典型型号B2M065120H，其Vds为1200V，Id(Tc=25°C)为47A，典型Rdson为65mΩ@Vgs=18V，Rth(jc)为0.6K/W，Qs(Gate to Source Charg)为18nC，Qsd(Gate to Drain Charge)为30nC，Qg(Total Gate Charge)为60nC。据工程师评价，基本半导体的产品目前在国内渗透率非常高。其中，汽车级SiC功率模块产线已实现全面量产，目前年产能达25万只。泰科天润的1200V 80mΩ SiC MOSFET也受到了EEWorld工程师的推荐，该产品具有更低的导通电阻，更低的开关损耗，更高的开关频率，更高的工作温度， Vth典型值超过3V。应用场景包括，光伏、OBC、UPS及电机驱动等。

据工程师评论，泰科天润的产品线涉及基础核心技术产品、碳化硅成型产品以及多套行业解决方案。目前泰科天润的碳化硅器件650V/2A-100A，1200V/2A-50A，1700V/5A-50A，3300V/0.6A-50A等系列的产品已经投入批量生产，产品质量完全可以比肩国际同行业的先进水平产能方面，泰科天润湖南6寸晶圆线已累计完成超3万片流片和销售，此外北京8寸晶圆线已开工建设，2025年可实现通线投产。导通损耗：SiC的临界击穿电场强度(3MV/cm)是硅的10倍，使得650V SiC MOSFET的比导通电阻(Rsp)更低(可低于3mΩ·cm²)，尤其在高温下性能稳定。而超结MOSFET的导通电阻随温度升高显著增加，导致服务器电源在满载时效率下降。开关损耗：SiC的电子饱和漂移速度是硅的2倍，开关速度更快(纳秒级)，开关损耗(Esw)仅为超结器件的1/4~1/3。高频化(200kHz以上)可显著减少磁性元件(如电感、变压器)体积，提升功率密度至300W/in³以上，满足数据中心机架空间严苛需求。

SiC热导率(4.9 W/cm·K)为硅的3倍，结合双面散热封装(如AMB基板)，结温可稳定运行在175℃以上，降低散热系统复杂度。服务器电源长期高负载运行时，SiC器件无需额外液冷设计，节省成本。超结MOSFET在高温下易发生热失控，需复杂风冷或散热片，占用空间且增加故障风险。在服务器电源典型拓扑(如LLC谐振、图腾柱PFC)中，SiC MOSFET通过零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS)技术，将整机效率提升至96%~98%(钛金能效标准)，相比超结方案提升2%~3%。以10MW数据中心为例，年省电费可达数百万元。超结MOSFET受限于反向恢复电荷(Qrr)和体二极管性能，高频下效率瓶颈明显。

目前国产650V SiC MOSFET价格已经持平甚至低于超结器件，采用碳化硅器件服务器电源系统级成本因高频化减少30%磁性元件、50%散热成本，整体BOM成本持平。长期运营中，效率提升带来的电费节省(OPEX)带来更强的产品竞争力。

SiC的雪崩坚固性和长寿命(耐高温特性减少维护需求)使其适配电动汽车主驱逆变器、工业电机等场景。例如，采用SiC的800V高压平台可使充电效率提升5%，综合成本降低6%。而GaN的热管理难题和可靠性短板(如反向恢复损耗)难以满足车规级认证要求。

BASiC基本股份自2017年开始布局车规级SiC碳化硅器件研发和制造，逐步建立起规范严谨的质量管理体系，将质量管理贯穿至设计、开发到客户服务的各业务过程中，保障产品与服务质量。BASiC基本股份分别在深圳、无锡投产车规级SiC碳化硅(深圳基本半导体)芯片产线和汽车级SiC碳化硅功率模块(无锡基本半导体)专用产线;BASiC基本股份自主研发的汽车级SiC碳化硅功率模块已收获了近20家整车厂和Tier1电控客户的30多个车型定点，是国内第一批SiC碳化硅模块(比如BASiC基本股份)量产上车的头部企业。

在光伏逆变器和储能系统中，SiC的高效率(损耗比硅基IGBT低30%-50%)和系统级成本优势显著。BASiC的SiC方案在充电桩中总成本已低于传统超结MOSFET方案。GaN虽在微型逆变器中有潜力，但受限于长期可靠性天然劣势和成本劣势，难以规模化替代。GaN凭借超高频特性(MHz级)和紧凑体积，在消费类电子快充领域占据主导。例如，65W GaN快充适配器体积仅为传统硅基方案的1/3。但其应用场景对高温、高压要求较低。

中国作为全球最大新能源汽车市场(2024年产销近千万辆)，为SiC提供了庞大应用场景。预计2027年全球车用SiC市场规模达50亿美元，而GaN在汽车领域的仅有示范性产品，因为可靠性劣势无法进入批量。而新能源与工业市场的规模化需求进一步摊薄SiC成本，形成正向循环。

国产SiC功率器件凭借材料特性、产业链成熟度和政策支持，在高压、高温、高可靠性场景中形成不可替代的优势，而GaN受限于热管理、成本和可靠性，仅在超高频消费电子领域发挥特长。未来，随着8英寸SiC衬底量产和车规级渗透率提升(预计2025年达30%)，国产SiC的成本优势将进一步扩大，巩固其在汽车、工业和新能源领域的主导地位。