SiC作为材料在19世纪就被发现了，随后的一个世纪里，SiC由于其硬度高而广泛在机械加工和冶炼中得到运用，主要用在功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料这几个领域。还有就是作为一种珠宝——莫桑钻——而推广。

　　虽然早在1907年就诞生了第一只SiC二极管，但由于SiC本身结构的多变性，SiC的产业化晶体生长的探索之路持续了整个20世纪，并至今仍在不断探索和完善。作为一种宽带隙半导体，与传统硅基器件相比，SiC的击穿场强是传统硅基器件的10倍，导热系数是传统硅基器件的3倍，非常适合于高压应用。SiC元器件可以在一定程度上完成更低的导通电阻，更高的开关速度，适应更高温的工作环境。

　　几种半导体材料的核心指标对比（当然，表中缺乏一个核心的要素——产业化成本）：

　　SiC功率器件的产业链条包括：衬底->

　　外延->

　　器件（设计，制造，封测）->

　　应用和方案->

　　终端产品应用。

　　衬底和外延属于SiC产业的上游环节，作为支撑整个产业高质量发展的材料环节，不论是从最终器件的性能还是成本因素来看，其重要性怎么强调都不过分。

　　Cree作为整个产业高质量发展的先行者和领头羊，在衬底和外延领域都有着绝对的领军优势——市占率在50%左右。近两年更是“一片难求”。对于下游的器件巨头而言，保障供应最好的方式，就是和Cree签订长期供货协议。Cree目前的SiC材料长期供货合同的金额已超越5亿美金，预计这一个数字还会继续快速地增加——这种模式对这个产业的发展而言，会起到很大的推动作用，这个在后面阐述产业高质量发展动力的时候，再来详述。

　　除了Cree外，II-VI、Dow Corning、Rohm、昭和电工是主要的玩家。它们一起构成了SiC材料行业格局的基本生态，它们的动向也会对整个SiC产业产生重大影响。

　　作为全球最大的半导体器件的主场战队，国内的SiC材料公司发展近两年也非常迅速。得益于产业链所有的环节的相互支持和推动，衬底端的国内供应商已经能够大批量地提供比较好的4寸衬底，6寸片的进化也在不断加速。外延方面，国内的企业经过多年的工艺积累和优化，有些已经基本和国外巨头处于同一集团，正面PK也不落下风。材料端的良好进展，对于国内SiC产业的发展而言，是至关重要的。

　　材料设备方面，由于SiC的衬底材料生长的独特性，几家衬底巨头，包括国内的一些衬底厂商，很多都是自研自产衬底炉子，这也进一步拉高了进入衬底行业的难度——国外衬底巨头基本上不对外卖炉子，并且衬底生长的品质把控，有很多的know how是归集到衬底炉上面的。

　　外延炉相对而言很成熟，主要是使用MOCVD设备，设备玩家非常集中，AiXtron，LPE和VEECO。随着这个产业的持续火热和高预期，各家的产能扩张，使得外延炉现在一直也是供不应求的状态，交期一般也都得在半年以上。

　　器件方面，分成IDM厂商和Fabless厂商，这里主要是说明SiC功率器件，对于SiC衬底应用于LED和GaN器件的情况——LED就不做说明了，GaN器件在下篇中来详述。IDM厂商目前其实是以国外的巨头为主，除了Cree外，大都是传统的功率半导体巨头，他们在传统功率半导体市场上的相对竞争和势力情况，也影响着SiC产业的发展节奏，这些在后面来详述。国内的IDM厂商近年来逐渐发力追赶（根据华润微电子披露的招股书，其将要投资6亿重点支持SiC和GaN，华润微在三代半的布局，应该还是IDM的方式），但差距是比较大。

　　在Fabless-Foundry的模式里，独立的第三方fab厂，目前主要是X Fab和台湾汉磊。未来应该也会有新的国内玩家加入（不管是传统Si Fab厂四、六寸线的产能转换还是新设投资）。围绕着这些fab厂建立起来的Fabless-Foundry生态体系，逐渐也一定会成为SiC功率器件中很重要的力量。

　　下游的应用，SiC在电力电子和很多的传统高压高功率的功率半导体应用场景中，都有应用或潜在的应用空间。如下图所示：

　　EV是SiC功率器件/模块的一个大下游市场，在OBC、DC/DC和Traction Inverter上目前都慢慢的开始应用。特斯拉是第一家在其Model 3中集成全SiC功率模块的车企，其工程设计部门直接与ST合作——得益于ST在功率半导体封装方面积累，目前这块也是ST在SiC业务中的绝大部分来源。特斯拉M3的主逆变器由24个1-in-1功率模块组成，这些模块组装在针翅式散热器上。如下图所示：

　　专业研究机构YoleDevelopment对SiC功率器件的应用空间、容量和各自的占比做了预测（如下图），根据Yole的数据，未来几年SiC功率器件的CAGR将超过30%，新能源汽车和充电设施是其中增长最快的两个应用场景。

　　目前SiC二极管已经很成熟了，国内外的玩家都能够量产。但在MOS等其他器件上，国内外差距较大。从应用的角度看，虽然绝大部分的应用客户都会有（或宣称有）对SiC器件的研究和方案，但坦白讲，对SiC器件的深刻理解、对其应力和边界的探索和研究，从应用端的角度来看，还是需要更长期的过程。

　　衬底的生产的全部过程中的精确控制一直是个核心难点。SiC单晶生长温度高达2,300℃，且碳化硅只有“固-气”二相，相比于第一代、第二代半导体的“固-液-气”三相，控制起来要困难得多，没有有关技术进行参考借鉴。加上SiC的单晶结构差不多有200余种同分异构体，很多的晶型间的自由能差异非常小，这些都给其单晶的产业化生长制备带来了很大的挑战。直接的结果是，sic单晶体中的缺陷一直是核心要解决的问题。

　　外延方面，延续了衬底中缺陷控制的挑战——与衬底类似，其生长过程的精确控制也是难点。对生长过程的设计需要考虑器件需求、缺陷和过程控制等多方面因素。器件端的挑战主要在mos管及以上（从结构的复杂程度来看）器件上，比如器件栅氧层的制备，即便是功率器件的行业巨头，目前也还要不断去突破和完善。由于SiC材料的高硬度和高温加工环境，掺杂工艺上的挑战也比较大。

　　应用和方案的配套直接决定了SiC器件的推广应用，功率半导体目前大部分的应用环境还是以硅基产品为基础，应该要依据SiC器件的特性和需求来设计其应用生态和配套的外围电路，因此应用和方案商的缺乏目前对于整个产业的发展而言，是一个亟需突破的焦点。

　　经常听到的一些观点是，碳化硅器件还是太贵了。从产业高质量发展的规律看，只有当成本和价格跌破到某一些临界点后，其大规模的批量应用才会起来。这是一个动态且复杂的过程。

　　这里只从一些逻辑层面来解析下“成本”——支持SiC功率器件应用的人士，都会提到SiC功率器件的系统成本已经接近且极有潜力低于Si基器件的系统成本，因为SiC功率器件会使得配套的电路变得更简单和更少的单元，从而在系统层面来减少相关成本。如下图：

　　如果把这个逻辑再扩展一步：芯片实际上也是电路系统，SiC功率器件芯片本身也得益于更高效的特质——更小的size。同样指标和性能的产品，一片SiCwafer上能够产出的die的数量，大概能抵得上6片Si Wafer的产出。

　　所以SiC功率器件的成本潜力及逻辑支撑，我们大家都认为是站得住脚的。但这个逻辑同样要经受到实际应用情况的挑战和检验。一个是wafer成本以及每颗die的成本，较为贴切的比较，是和12寸线的情况来比较，这个临界值大概会是12寸Si晶圆情况下的多少倍？一个是更小的size的正负效益都要考虑到，特别是结合后续的封装和应用，也许很多看在明面上的好处，其实是需要打折扣的。

　　当然，任何新事物的推广，都是受到产业内在发展逻辑和动力推动而影响的，SiC功率器件也一样。接下来我们试着来分析下，对于SiC功率器件而言，现阶段其产业动能的情况如何？

　　5月7日，Cree宣布将投资10亿美金用来扩大SiC的产能，包括整合一座8寸晶圆厂（4.5亿投资用于North Fab，增建工厂和产能）和一座SiC材料工厂（4.5亿美金用于mega factory，剩下的1亿美金用于SiC别的业务的相关投入），将其SiC材料和晶圆制造的能力（相比于2017年的Q1）扩张30倍。

　　Cree对SiC未来（到2024年）的预期的信心究竟有多少，我们不得而知，但打出这样的牌，一是也符合Cree这两年一直对外释放的信号，比如在2019财年Q2的Earnings Call Transcript中，Cree预计2019财年的资本投入约2.2亿美金，大部分用于扩张wolfspeed的产能。即便是“......that may reduce our near-termWolfspeedgross margin.” 二是Cree判断目前已达到了采用电动汽车和采用碳化硅的转折点——汽车制造商已宣布计划在电气化项目上花费至少3000亿美元，他们对碳化硅的兴趣非常高。因此公司需要保证自身在sic领域的长期供应能力。从他们目前和下游签下的长期晶圆供应协议正在验证这些趋势，目前这些协议总额超过4.5亿美元，包括今年与STMicro签订的价值超过2.5亿美元的合约。

　　作为Cree在SiC材料上的强劲竞争对手，II-VI、Dow Corning、Rohm和昭和电工近年来也是持续在扩张产能。II-VI在其2019年Q3的电线年基于SiC的电力电子设备（包括用于电动车辆应用）增长了70％。整个SiC的应用市场正在加强，特别是在中国。在资产金额的投入方面，2019财年其很大一部分的资本投入，都是用于SiC。II-VI对其每一个SiC材料工厂都有一个量产改进计划，其核心在于最大限度地实现持续的产量改进，计划在未来18到24个月内将产能翻番。结合和下游客户的沟通和紧密联系得到的反馈，II-VI方面认为市场方面明显地低估了对SiC衬底的需求。此外，在下游需求的锁定方面，和Cree类似，II-VI绝大部分的SiC衬底需求都是长期合同。

　　日本SiC外延的领导厂商昭和电工近两年也动作频密，在连续4次宣布扩张其SiC外延产能后，其SiC外延产能从最初的1500片/月提升至2019年Q1的9000片/月。而位于台湾的外延厂商嘉晶其2018年的sic外延产能为4寸 1500片/月，计划在2019年新增6寸 1000片/月的产能。

　　一个产业高质量发展的动力机制是很复杂的，不过底层的几个要素能归纳为：成本（产能）、价格（需求）、性能、应用和最终出海口。这里对SiC的产业动力做一个比较粗陋的简化（性能上的逻辑在上面已经有了阐述，这里就不增加进来），如下图所示：

　　从上游材料厂商的动作来看，接下来一轮的产业高质量发展的发起点，他们已或者意图去拧动钥匙了——不论这里面很多的产能是不是已经兑现，一个声明也是能起到类似的效果：对于产业里的玩家来说，Cree这样产业地位的公司的声明，你是信啊，还是不信呢？

　　当然后续的动力传导中，会有很多很细节的问题，这些我们也会持续的跟踪和研究。

　　材料厂商并不是盲目的扩张产能——这点从上面对他们的公开说明的整理中也可以感受到，一个是他们在手的很多是长期协议，一个是他们感受到的产业动能比很多的人表示的要强（虽然有可能这也是他们的一种手段）。接下来我们也整理下几个SiC的器件巨头的一些公开资料，梳理下它们对SiC产业动能的观点。

　　ST 2019财年对碳化硅器件的出售的收益目标是约2亿美元，意味着MOSFET/二极管的收入相比2018年增加一倍。这部分收入目前还是由主要客户（tesla）支撑。但ST已经和下游客户有约30个重点项目在进行。

　　ST收购了晶圆制造商Norstel，和Cree达成了多年的供货协议。且开始为全世界汽车制造商提供采用SiC嵌入式ACEPACK驱动模块的样品。

　　On Semi2018财年Q3在汽车终端市场收获了首笔碳化硅收入，正积极与全球领先的汽车原始设备制造商合作开展许多碳化硅项目。预计碳化硅将成为On semi汽车业务的重要推动力，碳化硅收入将大幅增长。

　　On Semi在碳化硅晶圆方面有和合作伙伴的长期协议，这点不同于硅晶圆。目前在SiC产品方面更多的考虑是增加服务能力并且减少输入成本，外包是一个合适的选择。内部供应量约50％，2019财年这一变化不大。

　　On Semi 2018财年碳化硅的总量将达到数千万，年年都会增加数倍。

　　预计InfineonSiC器件的出售的收益占比将从2018年的1%->

　　2025年的20%。从单一的器件供应发展成为多模块供应：

　　Infineon的SiC解决方案在汽车行业方面的进展和计划（2018->

　　2020），从充电模块到主变的渗透：

　　对Infineon而言，SiC整体的定位还是属于比较早期——空间正在从每年数千万美金到每年几亿美金发展变化。在2019财年的H2，预计Infineon的SiC产品在电动汽车的应用会开始突破。总体的判断是：碳化硅器件会高速增长。

　　作为2013年就建立了SiC专用的无尘间、2015年2月就发布了凯美瑞混合动力SiC原型车的老司机，丰田在2017年停止了其在sic领域的大部分宣传。很多产业内的朋友认为，这并不是丰田放弃了采用SiC，而是进入了量产化阶段的“潜伏模式”的证据。丰田目前的战略是将应用在大量出货的普瑞斯上的电动化技术，进一步扩展到其他车型。如果遵循这一方针的线年左右上市的下一代普瑞斯中，应该就会采用新的SiC功率元件。

　　从这些巨头公开的一些资料来看，SiC的应用场景和趋势是比较明确的，但各家对SiC这块蛋糕也各有各的打算：Infineon作为功率半导体的擂主，其CoolSiC早在2016年就开始对外宣传，但从其行动上却没有大力跟进——既有可能是其SiC器件的成熟度欠佳，可靠性还待更长时间的检验，也有一定的可能是权衡SiC器件对其传统强势Si基功率半导体业务的冲击。ST和On Semi的包袱要小很多，步子迈得也大一些。ST更多的考量是可能借助SiC来提高个人的份额，而On Semi的策略大概还是延续其过往在各个市场的老二策略——及时跟进，但不冒进。

　　不管产业中的玩家会怎么博弈，也尽管SiC功率器件还是有它自己各种各样的问题，SiC器件的应用爆发的节点，有很大的可能性就在接下来的一两年内。

　　对于Cree，第三代半导体发展的路上，它在最重要的关卡上都做了布局——在SiC材料端，它是毋庸置疑的霸主。在SiC功率器件方面，它也是先驱。不过我认为它应该优先甚至全力巩固其在材料端的领头羊和护城河——器件会是一个大市场，但相比于功率半导体巨头而言，Cree并没有优势，且随着未来SiC领域的发展，产业分工会更加明细。长期的竞争优劣势也会更加明显。

　　当然，在GaN这一块业务上，可能Cree会面对不同的路径？在最后一篇Cree的分析文章中，我们对此再来分析。祝各位看官一切顺利。

　　中国储能网讯 ：2019年7月5日，南瑞继保的全碳化硅器件电子变压器在江苏省连云港一次成功带电并顺利投入运行。连云港连岛交直流配网项目是国网江苏省电力有限公司的科技项目，核心设备是采用了PCS-9538电力电子变压器（PET）和PCS-9617微网协调控制系统（MGCC），满足了不同电压等级、不同容量的多种分布式能源组网和接入需求，提高了连岛供电的可靠性，解决了连岛外部电源单一、内部清洁能源联络互供受限的难题。 该项目的电力电子变压器使用了全碳化硅功率器件，作为连岛交直流配电网的核心枢纽，构建了区域能源互联网，实现了交流10kV、直流±750V、直流±375V、交流380V四端口多电压等级的交直流混供。配套的微网协调控

　　GaN和SiC将区分使用 2015年，市场上或许就可以稳定采购到功率元件用6英寸SiC基板。并且，届时GaN类功率元件除了硅基板之外，还有望使用GaN基板。也就是说，2015年前后，SiC制功率元件与GaN类功率元件就均可轻松制造了。 在对大幅度减少电力转换器中的电力损失以及缩小电力转换器尺寸有强烈要求的用途方面，估计会采用SiC及GaN。两种元件最初将依据使用终端的电力容量及开关频率区分使用。 GaN将大多数都用在中低容量用途，SiC将大多数都用在大容量用途。而且，由于GaN制功率元件更适合高速开关动作，因此要求更高开关频率的用途估计会采用GaN。 SiC功率元件有望减少相关成本，SBD或将降至硅二极

　　与GaN的共舞（二） /

　　搭配电动车市场的快速成长，近年 环旭电子 （上海证券交易所股票代码: 601231）开始布局切入功率半导体国际大厂的 电源模块 的组装生产与测试，近期获得相当多欧美与日系客户青睐，预计在2022正式量产 电动车用逆变器 (Inverter)使用的 IGBT 与 SiC 电源模块 。 根据调查研究机构Canalys的报告说明，2021年上半年全世界电动车销量为260万辆，与去年同期相比大幅成长160%，成长率远高于全球整体汽车市场的26%。电动汽车市场成长带动关键功率半导体组件和模块需求，其中第三代半导体拥有高效低耗能、高频、高功率、高电压、耐高温特性，能增强电动车快充效能，此一发展相辅相成，加速第三代半导体 SiC 与GaN芯片

　　导通电阻大幅度的降低，有助于工业设施等大功率设备的小型化与低功耗化 半导体制造商ROHM近日于世界首家开发出采用沟槽结构的SiC-MOSFET，并已建立起了完备的量产体制。与已经在量产中的平面型SiC-MOSFET相比，同一芯片尺寸的导通电阻可降低50%，这将大幅度降低太阳能发电用功率调节器和工业设施用电源、工业用逆变器等所有相关设备的功率损耗。 另外，此次开发的SiC-MOSFET计划将推出功率模块及分立封装产品，目前已建立起了完备的功率模块产品的量产体制。前期工序的生产基地为ROHM Apollo Co., Ltd.（日本福冈县），后期工序的生产基地为ROHM总部工厂（日本京都市）。今后计划

　　-MOSFET /

　　电化学储能能量管理系统解决方案 概述 储能电站盈利模式 有关标准 电化学储能电站分类 储能系统模块设计及选型 储能工程能量管理系统

　　概述 在我国新型电力系统中，新能源装机容量逐年提高，但是新能源比如光伏发电、风力发电是不稳定的能源，所以要维持电网稳定，促进新能源发电的消纳，储能将成为至关重要的一环，是分布式光伏、风电等新能源消纳以及电网安全的必要保障，也是削峰填谷、平滑负荷的有效手段。国家鼓励支持市场进行储能项目建设，全国多个省市出台了具体的储能补贴政策，明确规定了储能补贴标准和限额。国内分时电价的调整也增加了储能项目的峰谷套利空间，多个省份每天可实现两充两放，快速缩短了储能项目的投资回收期，这也让储能进入热门赛道。 储能电站盈利模式 据统计，2023年1-4月电化学储能投运项目共73个，装机规模为2.523GW/5.037GWh。

　　致力于在功耗、安全、可靠性和性能方面提供差异化半导体技术方案的供应商美高森美公司(Microsemi Corporation，纽约纳斯达克交易所代号： MSCC )宣布提供下一代1200V 碳化硅(SiC) MOSFET系列的首款产品 40 mOhm MSC040SMA120B 器件，以及与之配合的1200 V SiC肖特基势垒二极管(SBD)，逐步扩大旗下日渐增长的SiC分立器件和模块产品组合。 这款全新SiC MOSFET产品系列具有高雪崩性能，展示了在 工业 、 汽车 和 商业航空 电源应用中的耐用性，并提供了实现稳健运作的高耐短路能力。此外，该产品系列的其他成员将在未来几个月内陆续发布，包括符合商业和AEC-Q10

　　7月8日，广州南沙区召开2020年重点项目集中签约活动暨“换挡提速”加快开发建设推进大会。会上，签约及新动工项目共13个项目，协议总投资约342.5亿元。 据悉，南砂晶圆碳化硅单晶材料与晶片生产项目在会上动工。 据广州广播电视台花城FM报道，该项目将扩大晶体生长和加工规模，并增加外延片加工生产线，达产后年产各类衬底片和外延片共20万片，年产值将达13.5亿元。 据广州南沙区人民政府办公室此前报道，广州南砂晶圆半导体技术有限公司（简称“南砂晶圆”）由原深圳第三代半导体研究院副院长王垚浩博士牵头，引入由山东大学徐现刚教授作为带头人，开展第三代半导体材料——碳化硅单晶材料的研发、中试和后续量产等工作。王垚浩，曾被国家人事部和全国博士

　　单晶材料和晶片生产项目动工了 /

　　在工业、汽车和可再次生产的能源应用中，基于宽禁带 (WBG) 技术的组件，比如 SiC，对提高能效至关重要。在本文中，安森美 (onsemi) 思考下一代 SiC 器件将怎么样发展，以此来实现更高的能效和更小的尺寸，并讨论对于转用 SiC 技术的公司而言，建立稳健的供应链为何至关重要。 在广泛的工业系统（如电动汽车充电基础设施）和可再次生产的能源系统（如太阳能光伏 (PV)）应用中，MOSFET 技术、分立式封装和功率模块的进步有助于提高能效并减少相关成本。然而，平衡成本和性能对于设计人员来说是一项持续的挑战，必须在不增加太阳能逆变器的尺寸或散热成本的情况下，实现更高的功率。实现这一平衡非常有必要，因为降低充电成本将是提高电动汽车普及率的关键推动

　　) 器件的供需平衡 /

　　器件的电力电子变流器研究

　　MOSFET栅极驱动以及栅极驱动器

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