電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展還有上升空間嗎？

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

為了解決最大的痛點(diǎn)，車(chē)企圍繞著(zhù)這個(gè)核心又迷茫的話(huà)題進(jìn)行著(zhù)不斷的探索。但無(wú)論蔚來(lái)的換電策略、還是電池廠(chǎng)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(méi)有真正地解決充電速率的問(wèn)題，快速充電一直是人們心中一道過(guò)不去的坎。

但隨著(zhù)高壓電氣技術(shù)的不斷進(jìn)步，快充時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。繼2019年4月保時(shí)捷Taycan Turbo S 全球首發(fā)三年后，800V高壓超充終于開(kāi)始了普及。相比于400V，800V帶來(lái)了更高的功效，大幅提升功率，實(shí)現了15分鐘的快充補能。

而構建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(zhù)這一輪高壓技術(shù)的革命。

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

碳化硅成半導體攻關(guān)熱點(diǎn)

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

半導體，指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料，被稱(chēng)為現代工業(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(chǎng)的快速放量，以及汽車(chē)電子、工業(yè)控制和物聯(lián)網(wǎng)等科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，疊加半導體國產(chǎn)化的快速推進(jìn)，我國半導體產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了快速發(fā)展階段。

近年來(lái)，全球半導體材料市場(chǎng)規模穩健增長(cháng)?？備N(xiāo)售額從2010年的449億美元增長(cháng)至2021年的643億美元，2010-2021年復合增長(cháng)率為33.3%。未來(lái)，隨著(zhù)半導體芯片工藝升級、芯片尺寸持續小型化，以及全球硅材料、化合物半導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提升。

我國半導體產(chǎn)業(yè)更是處于高速發(fā)展的階段。2021年，我國半導體銷(xiāo)售額達到了1921億美元，同比增長(cháng) 26.80%，2017-2021年復合增速高達9.94%，高于全球同期6.18%的復合增速。從銷(xiāo)售額占比來(lái)看，我國半導體產(chǎn)業(yè)的全球影響力逐步增強，國內半導體銷(xiāo)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，有望成為半導體領(lǐng)域最具前景的材料之一。

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

從被研究和規?；瘧玫臅r(shí)間先后順序來(lái)看，上述半導體材料被業(yè)內通俗地劃分為三代：

第一代半導體是以硅（Si）、鍺（Ge）為代表，從20世紀50年代開(kāi)始大規模應用，主要應用于低壓、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用，無(wú)法滿(mǎn)足人類(lèi)的需求。

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

第三代半導體材料是以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導體，多在通信、新能源汽車(chē)、高鐵、衛星通信、航空航天等場(chǎng)景中應用。與前兩代半導體材料相比，第三代半導體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場(chǎng)高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優(yōu)勢，因此，采用第三代半導體材料制備的半導體器件不僅能在更高的溫度下穩定運行，適用于高電壓、高頻率場(chǎng)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體中存在的主要形式是作為襯底材料，可以滿(mǎn)足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應用需求，當前碳化硅襯底已應用于射頻器件及功率器件。具體來(lái)說(shuō)，碳化硅器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）耐高壓：碳化硅擊穿電場(chǎng)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(shí)際應用中可以設計成更小的體積。

（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(shí)，其導熱性更高，有助于器件的散熱，有助于實(shí)現設備的小型化。

（3）實(shí)現高頻性能：碳化硅包和電子漂移速率大，可以實(shí)現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(jià)值主要集中于上游襯底和外延。

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

三大環(huán)節中，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，外延片的參數性能會(huì )受到SiC襯底質(zhì)量的影響，其本身也會(huì )影響下游器件的性能。若能在襯底和外延片環(huán)節進(jìn)行技術(shù)突破，將會(huì )大幅降低制造成本，提高性能。

來(lái)源：部分摘自互聯(lián)網(wǎng)