在电动汽车发展的初期，400V电压平台是主流选择。然而，随着消费者对续航里程和充电速度的需求不断提升，高压800V技术正在逐渐从幕后走到台前，成为推动行业进步的关键力量。据盖世汽车研究院统计，2024年1月，高压800V车型渗透率达5.8%，包括比亚迪、小鹏、腾势、极氪、方程豹等品牌都陆续推出了搭载800V高电压平台的车型，随着技术的进步和成本的降低，未来有望加速快充普及和向主流市场渗透。

800V电压平台带来的是充电速度的提升，SiC器件应用提高的是效率，两者搭配应用效果更佳。然而，SiC功率器件虽然有着耐压程度高、开关损耗低、效率高等优点，但是价格也高。在成本压力下，当前碳化硅渗透率仅为11%，主要为特斯拉、比亚迪等B级以上的BEV车型采用，A00级仍以Si-Mosfet为主、A0和A级车以Si-IGBT为主。SiC功率器件渗透率虽然目前还处于较低水平，它所代表的技术趋势和市场潜力却是巨大的。

碳化硅较硅具备性能优势，有效满足高压平台零件需求

作为第三代半导体材料的代表， SiC 具有大禁带宽度、高击穿电场强度、高饱和漂移速度和高热导率等优良特 性。SiC 的禁带宽度（ 2.3-3.3eV）约是 Si 的 3 倍，击穿电场强度（ 0.8 × 106/-3 × 106/） 约是 Si 的 10 倍，热导率（ 490W/(m·K)）约是 Si 的 3.2 倍，可以满足高温、高功率、高压、高频等多种应用场景。

与硅基半导体材料相比，以碳化硅为代表的第三代半导体材料具有高击穿电场、高饱和电子漂移速度、高热导率、高抗辐射能力等特点，适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。

Si 材料中越是高耐压器件，单位面积的导通电阻也越大（以耐压值的约 2~2.5 次方的比例增加），因此 600V 以上的电压中主要采用 IGBT。IGBT 通过电导率调制，向漂移层内注入作为少数载流子的空穴，因此导通电阻比MOSFET 还要小，但是同时由于少数载流子的积聚，在 Turn-off 时会产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。

SiC 器件漂移层的阻抗比 Si 器件低，不需要进行电导率调制就能够以 MOSFET 实现高耐压和低阻抗，而且MOSFET 原理上不产生尾电流，所以用 SiC-MOSFET 替代 IGBT 时，能够明显地减少开关损耗，并且实现散热部件的小型化。另外， SiC-MOSFET 能够在 IGBT 不能工作的高频条件下驱动，从而也可以实现无源器件的小型化。与 600V~900V 的 Si-MOSFET 相比， SiC-MOSFET 的优势在于芯片面积小（可实现小型封装），而且体二极管的恢复损耗非常小，主要应用于工业机器电源、高效率功率调节器的逆变器或转换器中。

以 80kW EV 为例， ST 测算了 SiC MOSFET 与 Si IGBT+二极管方案下的牵引逆变器功率损耗。归因于 SiC 更优的 FOM 参数性能， SiC MOSFET 在更高的结温情况下损耗减少更多， 合计导通损耗后相比硅基方案减耗 40%。


增长动能涌现

产业发展环境良好

全球碳化硅产业高速增长，国际大厂展望积极。英飞凌预计，2024财年其碳化硅业务收入将增长50%至7.5亿欧元；安森美2023年碳化硅业务收入超8亿美元，预计2024年全球碳化硅市场增速为20%-30%，而其将以市场增速的2倍增长；意法半导体2023年碳化硅业务收入达11.4亿美元，预计其2025年碳化硅业务收入将突破20亿美元。

林科闯表示，政府对新材料产业的大力支持，以及全球市场对高性能半导体材料的需求旺盛，为国内碳化硅产业提供了良好的发展环境。

凭借出色的材料特性，碳化硅正在国内电力电子、射频等下游应用领域加速“出圈”，渗透率不断走高。根据第三方市场研究公司Yole预测，全球碳化硅功率器件市场规模将从2022年的17.94亿美元增至2028年的89.06亿美元，年均复合增长率达31%。

新能源汽车市场的持续扩大，以及800V高压快充等新技术的推广应用，已成为驱动碳化硅产业高速发展的关键动能。“碳化硅功率器件及模块可实现更快的充电速度、更长的续航里程以及更高的能效比。”林科闯说，相较于传统硅基器件，碳化硅功率器件及模块具有更高的饱和电子迁移率和击穿电压，这意味着碳化硅功率器件及模块能在更高的电压和电流下工作，从而实现更高的效率。

在800V高压状态下,应用碳化硅功率器件电驱比同等硅基IGBT器件电驱能效增长3%-5%，碳化硅可以在高频状态下稳定工作，实现更快的开关频率（约为IGBT的5倍到10倍），开关损耗降低超75%；综合续航里程提升6%-8%。目前，碳化硅功率器件及模块在一辆电动汽车中的价值约为1500美元至2000美元，覆盖主驱逆变器、电动压缩机、车载充电机等应用。

碳化硅功率器件及模块正加速从高端产品向下渗透。“现在售价为20万元以上的800V电动汽车，碳化硅功率器件渗透率约为一半，可以全驱配置，或只配置主驱。对于售价在20万元以下的电动汽车，碳化硅功率器件渗透率快速提升，整车配置只是时间问题。”林科闯说，产品的加速应用将带来规模效应，形成成本降低、售价降低、应用进一步扩大的良性循环。

在光伏、储能等可再生能源领域，碳化硅也正大展拳脚。业内人士表示，光伏设备的技术趋势是提高功率，减小体积与重量，提高稳定性。从单品看，碳化硅功率器件比硅基器件要贵2倍-3倍。但从系统角度看，碳化硅功率器件的应用使得散热器、电容电感等被动器件减小，而碳化硅功率器件低开关损耗、高频、高压工作的特性，也对逆变器实现光伏发电系统高效、经济和稳定运行提供了更强保障。


关注产业降本节奏，衬底降本快于器件

从产业链成本构成来看，衬底降本快于器件。碳化硅的成本直接决定了渗透率，影响市场规模，因此需要密切关注产业降本节奏。衬底占碳化硅成本的比例高达47%，其次是外延，再其次是后道等环节，我们判断衬底降本快于器件。 衬底的降本面对诸多技术难点，包括衬底生长“慢”、加工“难”、缺陷密度去除工艺壁垒“高”。碳化硅器件降本的技术路径，从市场上的动态来看，主要包括扩大晶圆尺寸、改进碳化硅长晶及加工工艺以提高良率。碳化硅衬底制造工艺复杂技术壁垒高，生长速度“慢”。碳化硅衬底的制造对温度和压力的控制要求极高，碳化硅衬底的生长过程在 2300℃以上高温和接近真空的低压密闭高温石墨坩埚中进行（硅材料只需要 1600 摄氏度），无法即使观察晶体的生长状况，随着尺寸扩大，其生长难度呈几何式增长，温度和压力的控制稍有失误，就有可能导致碳化硅材料的微管密度、错位密度、电阻率、翘曲度、表面粗糙度等一系列参数出现差错，产生异质晶型，影响良率；长晶速度非常慢，传统的硅材料只需 3 天就可以长成一根晶棒，而碳化硅晶棒需要7天，这就导致碳化硅生产效率天然地更低，产出非常受限；此外，晶型要求高、良率低，只有少数几种晶体结构的单晶型碳化硅才可作为半导体材料。

此外，碳化硅衬底加工“难”，晶棒切割、研磨抛光等后端工艺也面临较大困难。碳化硅性质偏硬、脆，断裂韧性较低，切割、研磨、抛光技术难度大，工艺水平的提高需要长期的研发积累，也需要上游设备商特殊设备的配套开发。目前碳化硅切片加工技术主要包括固结、游离磨料切片、激光切割、冷分离和电火花切片；研磨抛光时容易开裂或留下损伤，这要求在切割衬底的时候需要预留更多的研磨抛损耗，这进一步降低了晶锭的出片率，同时也影响了整体的生产良率。全球碳化硅制造加工技术和产业尚未成熟，在一定程度上限制了碳化硅器件市场的发展，要充分实现碳化硅衬底的优异性能，开发提高碳化硅晶片加工技术是关键所在。

碳化硅缺陷密度去除工艺壁垒“高”。碳化硅单晶生长热场存在温度梯度，导致晶体生长过程中存在原生内应力及由此诱生的位错、层错等缺陷，其可靠性备受关注。在密闭高温腔体内进行原子有序排列并完成晶体生长、同时控制微管密度、位错密度、电阻率、翘曲度、表面粗糙度等参数指标是复杂的系统工程，涉及一系列高难度工艺调控，工艺壁垒高。正是因为这些技术难点造成了成本问题，成为碳化硅器件规模化应用的难题。目前，降本的主要途径包括扩大晶圆尺寸、改进碳化硅长晶及加工工艺以提高良率等。

扩大晶圆尺寸是降低成本的有效手段，6 英寸是目前主流，8 英寸是未来方向。衬底尺寸越大，单位衬底可制造的芯片数量越多，单位芯片成本越低；衬底的尺寸越大，边缘的浪费就越小，有利于进一步降低芯片的成本。根据 Wolfspeed，从6 寸转向8 寸晶圆，碳化硅芯片数量（32mm²）有望从 448 颗增加到 845 颗，在良率为 80%、60%水平下，有效产出颗数分别为 358、507 颗，若假设单车使用同样规格的芯片 54 颗（48 颗主逆+6 颗OBC），则一片晶圆理论可供 6.6、9.5 台车，效率得到显著提升。根据 GTAT 公司的预估，相对于6寸晶圆平台，预计 8 寸衬底的引入将使整体碳化硅器件成本降低 20-35%。而且，6 寸SiC晶体厚度为350微米，而最初投放市场的 8 寸 SiC 衬底厚度为 500 微米。尽管晶体成本会略微上涨，但是由于更厚的晶体可以切出更多的衬底片，预计也有望进一步降低器件生产成本。目前导电型碳化硅衬底以 6 英寸为主，8 英寸衬底开始发展；半绝缘碳化硅衬底以4 英寸为主，目前逐渐向6英寸衬底发展。随着尺寸的增大，碳化硅单晶扩径技术的要求越来越高。扩径技术需要综合考虑热场设计、扩径结构设计、晶体制备工艺设计等多方面的技术控制要素，最终实现晶体迭代扩径生长，从而获得直径达标的高质量籽晶，继而实现后续大尺寸籽晶的连续生长。这也是国产厂商需要着重突破的技术难点。

改进碳化硅长晶及加工工艺以提高良率等也是降低成本的有效方式。目前国内6英寸良率约 40-50%，海外约 60-70%，较低的良率使得有效产能减少从而成本增加。长晶慢、质量低、大尺寸难度高、加工工艺不足带来的损耗等方面都是造成良率降低的因素，目前头部厂商正积极通过技术改进来提升良率，如 2021 年 8 月 5 日，住友官网提到了他们利用一种所谓的MPZ技术，生长了高质量、低成本的 SiC 衬底和 SiC 外延片，消除了表面缺陷和基面位错(BPD)，无缺陷区（DFA）达到 99%，相比 PVT 法，SiC 长晶速度提高了5 倍左右，相比普通的LPE法速度提升了 200 倍。但目前国内厂商的良率水平与海外厂商还存在一定差距。