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2023趋势预测丨特斯拉Model3搭载SiC,宽禁带半导体迎来爆发

出处:亿欧汽车 王圆磊 作者: 老中医 时间:2023-02-01 浏览:10722

去年11月底,特斯拉Model 3新款开售,其产品设计和功能变化都引起了外界关注。

在特斯拉Model 3车型中,SiC得到量产应用,这吸引了全球汽车厂商的目光。搭载SiC芯片的智能电动汽车,可提高续航里程,对突破现有电池能耗与控制系统上瓶颈,乃至整个新能源汽车行业都有重要意义。

目前,业内普遍认为以SiC为代表的宽禁带半导体将成为下一代半导体主要材料,那么宽禁带半导体当前发展状况如何?国内外发展宽禁带半导体有哪些区别?未来发展面临着哪些挑战?

01 特斯拉Model 3首批搭载SiC

2023趋势预测丨特斯拉Model3搭载SiC,宽禁带半导体迎来爆发

对于全球汽车厂商来说,特斯拉的每次动作,都会引起高度关注,特斯拉Model 3搭载了 SiC芯片,成为全球首批在量产中使用SiC芯片的汽车制造商之一。基于Model 3在市场上的成功,以及SiC在续航里程等方面的优势,SiC一经亮相,迅速成为全球芯片厂商和汽车厂商的关注焦点。

德国芯片制造商英飞凌推出用于电动汽车逆变器的SiC模块,紧接着,现代汽车宣布要在旗下电动汽车中使用SiC芯片,并且明确表示,使用SiC芯片的电动汽车续航里程将提高5%,这又为SiC作了正面宣传。

事实上,SiC芯片的确具有常规半导体难以比拟的优势,从SiC发展的历程中也不难看出,SiC也是目前研究相对更成熟的材料

此前,硅(Si)和锗(Ge)作为半导体产业的主流,在集成电路、航空航天、新能源和光伏等产业中应用广泛。随着高端制造、大功率发光电子器件日益发展,对频率、效率和噪声等要求越来越高,第二代半导体砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)应运而生。

但到目前,人类在5G通信、智慧电网、宇航卫星、新能源汽车等前沿领域不断突破,体积更小、性能更优、效率更高的芯片材料成为产业进步的刚需,市场需求倒逼芯片材料不断革新

在这种情况下,SiC碳化硅和GaN氮化镓作为第三代化合物半导体材料,正式进入人们视野。如前文现代汽车公开所述,SiC材料更加耐高温、耐腐蚀,这种优势有助于提升功率、减少散热,对提升新能源汽车续航的确有重要意义。

02 国际巨头未完成垄断,国内有条件追赶

2023趋势预测丨特斯拉Model3搭载SiC,宽禁带半导体迎来爆发

目前来看,对第三代半导体材料SiC和GaN的研究相对成熟,和前两代半导体材料相比,SiC在禁带宽度等方面有明显优势,也更耐高温、更抗辐射,在大功率、高温、高辐射应用场景中尤其适用GaN材料则更耐压、更耐热、更耐腐蚀,在发光器件中比较适用。基于性能上的明显优势,国内外相关企业都在积极发展宽禁带半导体材料。

放眼全球,目前,宽禁带半导体技术和产业依然由国外企业所主导,但国际巨头还未形成行业标准,在规模上也未形成完全垄断。同时,我国内需市场庞大,在市场和应用上有明显优势,产业链条也日益完善。

在国际市场上,宽禁带半导体材料已经进入产业化快速发展阶段,在新能源汽车、5G通信、光伏、消费电子等领域应用广泛,代表性企业有Wolfspeed、onsemi、ROHM等,比如Wolfspeed,是全球最大的SiC衬底制造商,其主营业务是专门研究SiC材料,专注于第三代化合物半导体。

相比于国际市场,国内企业在整体技术研发和市场应用上有所落后,但近年来技术水平不断提升,部分技术已经达到国际先进水平,比如在宽禁带半导体微波射频芯片技术上就拥有明显优势

此外,半导体照明技术的产业化应用也相对更成熟,2022年初我国宽禁带半导体产业的总产值接近8000亿元,其中大部分产值就来自于半导体照明。

03 产业前景广阔,降本成为关键

2023趋势预测丨特斯拉Model3搭载SiC,宽禁带半导体迎来爆发

宽禁带半导体快速崛起,已经成为全球半导体和相关产业竞争的焦点,我国内需市场规模庞大,并且又是以市场应用为驱动的发展模式,长期来看,我国宽禁带半导体在产业化上有诸多优势。

再者,和集成电路产业相比,宽禁带半导体产业对工艺技术、设计流程和精密程度的要求相对较低,因此企业进入的门槛不高,这也为国内企业成长提供了可能。

资本也看到了宽禁带半导体产业的巨大前景,也在加速推进宽禁带半导体产业发展,2021年,即使在疫情的背景下,仍有超过60家企业完成融资,这说明宽禁带半导体也被资本高度看好。

当然,看到行业发展的前景,也不应忽视面临的挑战。目前,宽禁带半导体使用领域主要集中在射频器件、大功率电力电子器件、光电器件上,应用领域仍有待拓展。此外,我国虽然已经实现了研发和生产相关产品,但产品迭代速度较慢,在应用端评价体系也相对缺乏。

长期来看,成本依然是决定宽禁带半导体产业化的重要因素,随着成本不断降低,产业化也将迎来加速。

 

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