（报告出品方/作者：财通证券，张益敏、吴姣晨）

1.SiC性能优异，材料升级势在必行

SiC是第三代宽禁带半导体材料，在禁带宽度、击穿场强、电子饱和漂移速度等物理特性上较Si更有优势，制备的SiC器件如二极管、晶体管和功率模块具有更优异的电气特性，能够克服硅基无法满足高功率、高压、高频、高温等应用要求的缺陷，也是能够超越摩尔定律的突破路径之一，因此被广泛应用于新能源领域（光伏、储能、充电桩、电动车等）。

1.1.什么是SiC

半导体材料按被研究和规模化应用的时间先后顺序通常分为三代。第一代：20世纪40年代，硅（Si）、锗（Ge）开始应用，硅的自然储量大、制备工艺简单，是当前产量最大、应用最广的半导体材料，应用于集成电路，涉及工业、商业、交通、医疗、军事等人类生产生活的各个环节，但在高频高功率器件和光电子器件应用上存在较大瓶颈。第二代：20世纪60年代，砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）在光电子、微电子、射频领域被用以制作高速高频、大功率以及发光电子器件，能够应用于卫星通信、移动通信、光通信、GPS导航等。由于GaAs、InP材料资源稀缺、价格昂贵、有毒性、污染环境，使得第二代半导体材料的应用具有一定的局限性。第三代：20世纪80年代，碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、金刚石（C）等为代表的宽禁带（Eg＞2.3eV）半导体迅速发展，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势，满足高电压、高频率场景，应用于高电压功率器件、5G射频器件等领域。

与Si材料相比，SiC主要优势在于：1）SiC具有3倍于Si的禁带宽度，能减少漏电并提高耐受温度。2）SiC具有10倍于Si击穿场强，能提高电流密度、工作频率、耐压容量并减低导通损耗，更适合高压应用。3）SiC具有2倍于Si的电子饱和漂移速度，所以可工作频率更高。4）SiC具有3倍于Si的热导率，散热性能更好，能够支持高功率密度并降低散热要求，使得器件更轻量化。因此，SiC材料具有明显的材料性能优势，能满足现代电子对高温、高功率、高压、高频、抗辐射等恶劣条件要求，适用于5G射频器件和高电压功率器件，满足新能源领域（光伏、储能、充电桩、电动车等）对于轻量化、高能效、高驱动力等要求。

1.2.我们为什么要用SiC做器件

SiC器件包括二极管、晶体管和功率模块。年英飞凌最先发布SiCJBS产品；年Semisouth发布了第一款常关型的SiCJFET器件；年ROHM公司首先量产SiCMOSFET产品；年Cree公司开始销售SiCMOSFET产品，年ROHM继续优化推出了沟槽栅MOSFET。目前，SiCSBD二极管和MOSFET晶体管目前应用最广泛、产业化成熟度最高，SiCIGBT和GTO等器件由于技术难度更大，仍处于研发阶段，距离产业化有较大的差距。

SiC器件因其材料特性表现优越电气性能：1）导通、开关/恢复损耗更低：宽带隙使得SiC器件漏电流更少，并且在相同耐压条件下，SiC器件的导通电阻约为硅基器件的1/，因此导通损耗更低；SiFRD和SiMOSFET从正向偏置切换到反向偏置的瞬间会产生极大的瞬态电流，过渡到反向偏置状态会产生很大损耗。而SiCSBD和SiCMOSFET是多数载流子器件，反向恢复时只会流过结电容放电程度的较小电流。并且，该瞬态电流几乎不受温度和正向电流的影响，无论在何种环境条件下都可以实现稳定快速（小于20ns）的反向恢复。根据ROHM，SiCMOSFET+SBD的模组可以将开通损耗（Eon）减小34%，因此恢复损耗低；SiC器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，根据ROHM，SiCMOSFET+SBD的模组可以将关断损耗（Eoff）减小88%，因此开关损耗更低。

2）器件得以小型化：SiC禁带宽度决定了它能够以更高的掺杂浓度、更薄的膜厚漂移层制作出V以上的高压功率器件（对于相同耐压的产品、同样的导通电阻，芯片尺寸更小）；SiC饱和电子漂移速率高，所以SiC器件能实现更高的工作频率和更高的功率密度，因频率的提升减少了电感、变压器等外围组件体积，从而降低了组成系统后的体积及其他组件成本。SiC带隙宽并且导热率显著，不仅在高温条件下也能稳定工作，器件散热更容易，因此对散热系统要求更低。

3）SiC器件热稳定：SiCSBD与SiFRD开启电压都小于1V，但SiCSBD的温度依存性与SiFRD不同：温度越高，导通阻抗就会增加，VF值会变大，不易发生热失控，提升系统的安全性和可靠性。同等温度条件下，IF=10A时SiC与硅二极管正向导通电压比对，SiC肖特基二极管的导通压降为1.5V，硅快速恢复二极管的导通压降为1.7V,SiC材料性能好于硅材料。此外，SiMOSFET的漂移层电阻在温升℃时会变为原来2倍，但SiCMOSFET的漂移层电阻占比小，其他电阻如沟道电阻在高温时会稍微下降，n+基板的电阻几乎没有温度依存性，因此在高温条件下导通电阻也不容易升高。

超越摩尔定律，新材料是突破路径之一。硅基器件逼近物理极限，摩尔定律接近效能极限。SiC器件作为功率器件材料端的技术迭代产品出现，能够克服硅基无法满足高功率、高压、高频、高温等应用要求的缺陷。

2.多领域需求驱动，SiC市场规模可达62.97亿美元

-27年全球SiC功率器件市场规模CAGR为34%。SiC器件被广泛用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、国防军工等领域。Yole数据显示，全球SiC功率器件市场规模将由年的10.9亿美元增长至年的62.97亿美元，-27年CAGR+34%。此外，根据CASAResearch统计，年国内SiC、GaN电力电子器件市场规模约为46.8亿元，较上年同比增长90%，占分立器件的比例为1.6%。并且预计未来五年SiC、GaN将以45%的年复合增长率增至近亿元。

根据Yole，新能源汽车、光伏储能是SiC市场增长的主要驱动力。1）全球新能源汽车SiC功率器件市场规模年为2.3亿美元，占比为41.6%，年6.8亿，占比为62.8%，预计至年增加至49.9亿美元，占比提升至79.2%，-27年CAGR为39.2%。2）光伏储能是SiC功率器件第二大应用市场，年该全球市场规模为1.5亿美元，预计至年增加至4.6亿美元，-27年CAGR为20.0%。据CASA预测，-26年中国第三代半导体电力电子市场将保持40%年均增速，到年市场规模有望达亿元。其中，车用第三代半导体市场将从40.5亿元增长至.3亿元；充电桩用第三代半导体市场从0.54亿元增长至24.9亿元；光伏用第三代半导体市场从5亿元增长至20亿元。

2.1.新能源车是SiC器件应用的最大驱动力，或迎替代机遇

2.1.1.角度一：SiC电驱系统抢先上车，体积、损耗有效下降

SiC功率器件做电驱，电力损耗有效下降。新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括：电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载DC/DC）和非车载充电桩。其中电驱是SiC功率器件最主要的应用部位，行业内也都率先在电驱采用SiC器件。根据美国能源部对纯电动车Nissan-Leaf的能耗分析，电驱能量损耗约为16%，其中功率器件占其中的40%，因此，电控里功率器件能量损耗约占整车的6.4%。若使用SiC器件，通过导通/开关等维度，总损耗相比硅器件下降70%，全车总损耗下降约4.48%，也相当于相同的电池容量下行驶里程提升比例。据汽车之家拆分，动力电池占纯电动汽车总成本的40%-50%，假设某中高端电动车价格为20万元，电池成本约8-10万元，如以SiC方案提升里程5%计算，相同性能的产品条件下，仅电池系统就为总成本节省-0元。

采用SiC可减小电力电子系统体积、减少能量损失。SiC模块可以在实现50kHz以上的高频驱动（传统IGBT模块无法实现），推动电感等被动器件的小型化。另外，IGBT模块存在开关损耗引起的发热问题，只能按照额定电流的一半进行使用，而SiC模块开关损耗较小，即使在高频驱动时也无需进行大幅的电流降额，散热系统要求也相对较低，同样减小了SiC器件的体积。采用SiC模块可以加速高集成、高密度三合一电驱的推进，实现系统性体积的缩小，进而带来风阻（占驱动损耗的1/3）的减小，促进能量损耗进一步降低。

使用SiC并未增加整车成本。虽然SiC器件成本高于硅基器件，但使用SiC器件可以降低系统体积、降低电池损耗、提升续航里程，从而促进整车成本的降低。据Wolfspeed(Cree)测算，在新能源汽车使用SiC逆变器，可以提升5%-10%的续航，节省-美元的电池成本，与新增美元的SiC器件成本抵消后，还能实现-美元的单车成本节约，未来，随着SiC规模化量产之后，成本有望逐步降低，将为整车成本创造更大空间。

SiC在城市工况、电池容量大、电压低的方向上能够提升更大系统效率。一方面，电池基础容量越大，可以提升的绝对里程数就越多；锂电池成本越高，可以节省的单位电池成本越大。另一方面，在固定电池电压后，电池功率近似跟输出电流能力成正比，输出电流能力近似跟芯片的使用数量成正比，功率约高则相应使用SiC器件越多，替换成本越高。此外，越是处于频繁开关/频繁刹车加油的低速工况下，获得的效率优势就更高，所以在城市工况中运行，使用SiC器件带来的效率提升的优势更加明显。年特斯拉在其Model3车型首次将SiIGBT换成了封装尺寸更小的SiC模块，使开关损耗降低了75%，系统效率提高了5%，续航里程提升5-10%。

2.1.2.角度二：电动汽车架构向高压过渡，成为SiC上车催化剂

补能时间长是新能源汽车的最大痛点。如今车企推出的电动汽车续航多在km上下，甚至高达km，和普通燃油车续航里程接近，续航已不再是最大负累。但是电动车还是面临里程焦虑的问题，主要原因还是燃油车加油时间仅为15分钟，而电动车快充至少需要60分钟，在高峰期充电排队等候时间亦进一步拉长。

续航越高、充电效率越高，电动车在通勤中耗时与燃油车约接近。根据《EnablingFastCharging:ATechnologyGapAssessment》做的一项实验：在英里（1英里=1.6公里）的旅程中，普通燃油车只需要加油一次，总耗时8小时23分钟；而续航英里KW的直充电动车单次充电仅需23分钟，旅途总计耗时8小时31分钟，整体耗时不输燃油车。

根据P=UI，提升充电效率的方向有二，提升电压最佳。根据发热量公式Q=IRt，提升电流模式充电过程会产生大量热量，对汽车散热系统和热管理有更高的要求。在用大电流充电时，还会导致极化现象出现、电池内部化学反应不充分，对于电池的伤害较大。此外，大电流模式的应用场景有限制，目前大电流模式仅在10%-20%SOC进行最大功率充电，在其他区间充电效率也有明显下降。而提升电压模式除了减少能耗、提高续航里程外，还有减少重量、节省空间等优点，是目前厂商普遍采用的模式。

相同功率下高电压比大电流更优。华为分别测算了高电压V/A，大电流V/A，相较基准V/A的电池系统成本和整车成本变化，高电压架构下整车成本的上升不足2%，比大电流方案更优。根据戴姆勒奔驰研究，在V高压平台采用SiC模块较硅基IGBT模块整车低了7.6%的能耗，相比中低压能耗降低更多。

越来越多汽车厂商布局V平台。受限于硅基IGBT功率元器件的耐压能力，之前电动车高压系统普遍采用的是V电压平台。如今，高压快充路线受到越来越多主机厂的青睐，先是保时捷TaycanTurboS、小鹏，随后现代、起亚等国际巨头，比亚迪、长城、广汽等国内主机厂也相继推出或计划推出V平台，高压快充体验将会成为电动车市场差异化体验的重要标准。未来，随着市场对续航里程、充电速度要求的提高，电动车电压有望升至V-0V。

高压架构未来向中小车型渗透。根据车型划分，可将乘用车划分为A00、A0、A、B、C级车等多个级别。根据各车企

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