1. 半导体材料行业：
半导体是指在常温下导电性能介于绝缘体与导体之间的材料。常见的半导体
包括硅、锗等元素半导体及砷化镓、碳化硅、氮化镓等化合物半导体。半导体可
以分为四类产品，分别是集成电路、光电子器件、分立器件和传感器。半导体是
电子产品的核心，是信息产业的基石，亦被称为现代工业的“粮食”。半导体产品
广泛应用于移动通信、计算机、电力电子、医疗电子、工业电子、军工航天等行
业。
半导体行业是现代经济社会发展的战略性、基础性和先导性产业，具有技术
难度高、投资规模大、产业链环节长、产品种类多、更新迭代快、下游应用广泛
的特点。半导体制造产业链包含设计、制造和封装测试环节，半导体材料和设备
属于芯片制造、封测的支撑性行业。
2. 宽禁带半导体材料行业：
常见的半导体材料包括硅（Si）、锗（Ge）等元素半导体及砷化镓（GaAs）、
碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等化合物半导体材料。从被研究和规模化应用
的时间先后顺序来看，上述半导体材料被业内通俗地划分为三代。
第一代半导体材料以硅和锗等元素半导体为代表，其典型应用是集成电路，
主要应用于低压、低频、低功率的晶体管和探测器中。硅基半导体材料是目前产
量最大、应用最广的半导体材料，90%以上的半导体产品是用硅基材料制作的。
但是硅材料的物理性质限制了其在光电子和高频电子器件上的应用，如其间
接带隙的特点决定了它不能获得高的电光转换效率；且其带隙宽度较窄，饱和电
子迁移率较低，不利于研制高频和高功率电子器件。
第二代半导体材料是以砷化镓为代表，砷化镓材料的电子迁移率约是硅的 6
倍,具有直接带隙，故其器件相对硅基器件具有高频、高速的光电性能，因此被
广泛应用于光电子和微电子领域，是制作半导体发光二极管和通信器件的关键衬
底材料。
由于第二代半导体材料的禁带宽度不够大，击穿电场较低，限制了其在高温、
高频和高功率器件领域的应用。另外，由于砷化镓材料的毒性，可能引起环境污
染问题，对人类健康存在潜在的威胁。
第三代半导体材料是指以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料，与前
两代半导体材料相比，第三代半导体材料禁带宽度大，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，因此采用第三代半导体材料制备的
半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行，适用于高电压、高频率场景，此外，
还能以较少的电能消耗，获得更高的运行能力。
值得注意的是，前述三代半导体材料各有利弊，并无绝对的替代关系，而是
在特定的应用场景中存在各自的比较优势。
3. SIC 的特性 ：
（1）碳化硅
根据《中国战略性新兴产业：新材料（第三代半导体材料）》，与硅相比，
碳化硅拥有更为优越的电气特性：
①耐高压：击穿电场强度大，是硅的 10 倍，用碳化硅制备器件可以极大地
提高耐压容量、工作频率和电流密度，并大大降低器件的导通损耗。
②耐高温：半导体器件在较高的温度下，会产生载流子的本征激发现象，造
成器件失效。禁带宽度越大，器件的极限工作温度越高。碳化硅的禁带接近硅的
3 倍，可以保证碳化硅器件在高温条件下工作的可靠性。硅器件的极限工作温度
一般不能超过 300℃，而碳化硅器件的极限工作温度可以达到 600℃以上。
同时，碳化硅的热导率比硅更高，高热导率有助于碳化硅器件的散热，在同
样的输出功率下保持更低的温度，碳化硅器件也因此对散热的设计要求更低，有
助于实现设备的小型化。
③实现高频的性能：碳化硅的饱和电子漂移速率大，是硅的 2 倍，这决定了
碳化硅器件可以实现更高的工作频率和更高的功率密度。
基于这些优良的特性，碳化硅衬底的使用极限性能优于硅衬底，可以满足高
温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求，已应用于射频器件及功率器件。
4. SIC 材料产业链 概述
以碳化硅材料为衬底的产业链主要包括碳化硅衬底材料的制备、外延层的生
长、器件制造以及下游应用市场。在碳化硅衬底上，主要使用化学气相沉积法
（CVD 法）在衬底表面生成所需的薄膜材料，即形成外延片，进一步制成器件 。
①主要应用情况及其优势 ：
射频器件在无线通讯中扮演信号转换的角色，是无线通信设备的基础性零部
件，主要包括功率放大器、滤波器、开关、低噪声放大器、双工器等。半绝缘型
碳化硅衬底制备的氮化镓射频器件主要为面向通信基站以及雷达应用的功率放
大器。
相同规格的碳化硅基 MOSFET 与硅基 MOSFET 相比，其尺寸可大幅减小至
原来的 1/10，导通电阻可至少降低至原来的 1/100。相同规格的碳化硅基 MOSFET
较硅基 IGBT 的总能量损耗可大大降低 70%。
碳化硅功率器件具有高电压、大电流、高温、高频率、低损耗等独特优势，
将极大地提高现有使用硅基功率器件的能源转换效率，对高效能源转换领域产生
重大而深远的影响，主要应用领域有电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通、
智能电网等
5 . 主要应用领域发展情况介绍 ：
A、电动汽车/充电桩
电动汽车行业是未来市场空间巨大的新兴市场，全球范围内新能源车的普及
趋势明朗。随着电动汽车的发展，对功率半导体器件需求量日益增加，成为功率
半导体器件新的经济增长点。
电动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（On-board charger，OBC）、车载 DC/DC 及非车载充电桩。得益于
碳化硅功率器件的高可靠性及高效率特性，在车载级的电机驱动器、OBC 及
DC/DC 部分，碳化硅器件的使用已经比较普遍。对于非车载充电桩产品，由于
成本的原因，目前使用比例还相对较低，但部分厂商已开始利用碳化硅器件的优
势，通过降低冷却等系统的整体成本找到了利基市场。
目前，碳化硅功率器件已被国际知名车企应用在其电动汽车上。电动驱动系
统中，主逆变器负责控制电动机，是汽车的关键元器件，特斯拉 Model 3 的主逆
变器采用了意法半导体生产的 24 个碳化硅 MOSFET 功率模块，是全球第一家将
碳化硅 MOSFET 应用于商用车主逆变器的 OEM 厂商。2020 年 12 月，丰田汽车
推出并公开发售“Mirai”燃料电池电动汽车，是丰田汽车首次开始使用碳化硅功率
器件。
根据碳化硅器件特点和电动汽车的发展趋势，碳化硅器件是未来电动汽车的
必然之选。
B、光伏新能源
光伏逆变器曾普遍采用硅器件，经过 40 多年的发展，转换效率和功率密度
等已接近理论极限。碳化硅器件具有低损耗、高开关频率、高适用性、降低系统
散热要求等优点，将在光伏新能源领域得到广泛应用。例如，在住宅和商业设施
光伏系统中的组串逆变器里，碳化硅器件在系统级层面带来成本和效能的好处。
阳光电源等光伏逆变器龙头企业已将碳化硅器件应用至其组串式逆变器中。
C、轨道交通
碳化硅功率器件在轨道交通行业得到重要应用。未来轨道交通对电力电子装
置，比如牵引变流器、电力电子电压器等提出了更高的要求。采用碳化硅功率器
件可以大幅度提高这些装置的功率密度和工作效率，将有助于明显减轻轨道交通
的载重系统。目前，受限于碳化硅功率器件的电流容量，碳化硅混合模块将首先
开始替代部分硅 IGBT 模块。未来随着碳化硅器件容量的提升，全碳化硅模块将
在轨道交通领域发挥更大的作用。
D、智能电网
目前碳化硅器件已经在中低压配电网开始了应用。未来更高电压、更大容量、
更低损耗的柔性输变电将对万伏级以上的碳化硅功率器件具有重大需求。碳化硅
功率器件在智能电网的主要应用包括高压直流输电换流阀、柔性直流输电换流
阀、灵活交流输电装置、高压直流断路器、电力电子变压器等装置。
