Революция технологии карбида кремния в новой энергетике
Всесторонний анализ от свойств материала до промышленного применения

1Основное преимущество технологии карбида кремния: преодоление физических ограничений традиционных материалов на основе кремния
1.1 Прорыв в области материальной собственности
Устойчивость к высокому давлению и температуре: разрыв полосы карбида кремния (SiC) 3,2 eV (кремний - только 1,1 eV), прочность поля разрушения в 10 раз превышает силикона, может выдерживать высокую температуру рабочей среды выше 200 °C,значительно повысить надежность устройства 16.
Характеристики высокой частоты и низких потерь: скорость переключения SiC MOSFET в 100 раз быстрее, чем у IGBT на основе кремния, сопротивление включения уменьшается до 1/100 от сопротивления устройств на основе кремния,и энергопотребление системы снижается на 70%.
Оптимизация объема и веса: при одной и той же мощности объем устройств на основе карбида кремния сокращается до 1/3 от объема устройств на основе кремния, что способствует легкому весу нового энергетического оборудования 68.
1.2 Путь экономического улучшения
2023-2024 гг. глобальная цена на карбид кремния снизится на 35% (например, цена на единицу 1200V/40mΩ SiC MOSFET с 35 юаней до 23 юаней), ожидается, что будущая стоимость будет близка к кремниевым IGBT в 1,5-2 раза,ускорить процесс коммерциализации 3.
2, Глубокий анализ сценариев применения в области новой энергетики
2.1 Новые энергетические транспортные средства: три основных модуля, которые движут революцию энергоэффективности
Инвертор с основным приводом: Использование карбида кремния может уменьшить потерю системы управления двигателем на 5%, диапазон 10%, Tesla Model 3, BYD Han и другие модели достигли масштабного применения 13.
Бортовая система оплаты (OBC): SiC-устройства повышают эффективность зарядки более чем до 97%, поддерживают высоковольтные платформы 800В и достигают сверхбыстрой зарядки от 15 минут до 80%.
Преобразователи постоянного тока и постоянного тока: Растворы карбида кремния уменьшают требования к емкости фильтра на 40% и увеличивают плотность мощности в 3 раза.
2.2 Зарядная куча: ключевая техническая поддержка высоковольтной быстрой зарядки
Устройства из карбида кремния в постоянном токе могут упростить топологию цепи, уменьшить объем радиатора на 50%, поддерживать мощность перезарядки 480 кВт,и ожидается, что размер рынка достигнет 20,5 млрд юаней в 2024 году.
2.3 Производство фотоэлектрической энергии: революционное решение для повышения эффективности
Эффективность преобразования фотоэлектрических инверторов с использованием SiC MOSFET увеличивается с 96% до 99%, потеря энергии сокращается на 50%, срок службы оборудования увеличивается в 50 раз,и стоимость энергии жизненного цикла снижается на 12%.
3, модели промышленной конкуренции и технологические проблемы
3.1 Модель мирового рынка
Доминируют международные производители: Wolfspeed, Infineon и другие пять крупнейших предприятий занимают 91,9% доли рынка, глобальная производственная мощность карбида кремния в 2026 году планируется достичь 4,6 миллиона штук (эквивалент 6 дюймов) 3.
Прорыв китайских производителей: производители чистых полупроводников снизили Rsp (специфическое сопротивление на 1200V SiC MOSFET) до 2,8-3,3mΩ, постепенно приближаясь к международному лидирующему уровню 38.
3.2 Ключевое техническое узкое место
Конструкция приводной цепи: колебания напряжения (dv/dt до 100 кВ/μs) и электромагнитные помехи (EMI), вызванные высокочастотным переключением, должны быть подавлены.
Оптимизация пакетов: Пакеты с низкой паразитарной индуктивностью (< 5nH) были разработаны для соответствия высокочастотным характеристикам карбида кремния 712.
4, будущие тенденции и стратегические предложения
4.1 Направление итерации технологии
Разработка двусторонних модулей охлаждения и интегрированных конструкций (таких как пакеты IPM) для дальнейшего снижения сетевых затрат и объемов119.
4.2 Путь сотрудничества в промышленной цепочке
Построить возможности локализации полной цепочки "субстрат - эпитакси - устройство - приложение", и целевая стоимость китайского силиконового карбида будет снижена до 2000 юаней / кусок 312 в 2026 году.
Заключение
Технология карбида кремния способствует структурному обновлению новой энергетической промышленности с инновациями в материалах.Он будет продолжать создавать ценность в трех аспектах энергоэффективности., надежность оборудования и экономичность системы, и стать основным носителем технологий глобальной стратегии нейтрального выброса углерода.