特斯拉 Model3 搭载 SiC,宽禁带半导体迎来爆发

  作者:飞飞 时间:2023-02-02来源:出新研究

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

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

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

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。

关键词: 特斯拉 Model 3 SiC

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