近年来，新能源汽车行业如同一颗璀璨的明星闪耀在产业的天空，其发展速度之快远超人们的预期。正如清纯半导体（宁波）有限公司市场经理詹旭标在 E 维智库第 12 届中国硬科技产业链创新趋势峰会暨百家媒体论坛上所讲：“2023 年整个中国新能源汽车销量大概达到 950 万辆，市占率达到 31.6%。预计 2024 年年销量可能达到 1200 – 1300 万辆，市占率可能超过 45%，同时占全世界年产销量 60%。” 这一发展趋势，不禁让人联想到十几年前的光伏行业，新能源汽车行业似乎正在沿着光伏行业的发展历程大步迈进。
SiC 技术在新能源汽车领域掀起革命
SiC 技术在新能源汽车领域的应用是这场革命的关键。自 2017 年特斯拉发布第一款基于 SiC 主驱的汽车，2020 年前后我国比亚迪等企业也跟上步伐，随后各主驱厂和车厂纷纷投身 SiC 平台研发。2023 年公开的国产 SiC 车型合计 142 款，乘用车 76 款，仅 2023 年新增款式约 45 款，新能源汽车采用 SiC 的市场已经全面打开，主驱应用主流器件以 1200V SiC MOSFET 为主，400V 平台也用 750V 的 SiC 替代。
SiC 技术为新能源汽车带来诸多好处。首先是续航里程的提升，詹旭标提到：“得益于 SiC MOSFETS 的低导通电阻、低开关损耗，对比以前硅的 IGBT 方案，整个电机的控制器系统有望能降低 70% 的损耗，从而能增加 5% 的行驶里程。” 其次是解决补能焦虑问题，目前行业通过提升充电功率来改善，预计 2025 年可体验 15 分钟补电 80% 的电能。充电桩行业也因此蓬勃发展，2024 年市场规模达 25 亿人民币，我国目前汽车充电桩保有量在 900 – 1000 万左右，按照 2030 年规划，车桩比 1：1，未来 4 – 5 年需增加约 5000 万个充电桩，充电模块已开始使用 SiC，市场规模巨大。
SiC 产业及技术现状：机遇与挑战并存
在全球范围内，SiC 市场仍由国外企业占据主导地位。据 Yole 预计，2025 年全球 SiC 市场规模将接近 60 亿美元，年符合增长率约 36.7%，头部 5 家企业市场份额合计高达 91.9%，即使加上第六、第七名，占比也达 95% – 98%。国外企业除了占据主导，还在大力扩展产能，像 Wolfspeed 规划投入 65 亿美元，英飞凌总投资 50 亿欧元，而国内厂商投入相对有限，虽国产产能规划约 1000 亿，但过于分散，头部企业尚未形成。
从产能来看，2026 年国内衬底规划大概 460 万片，若顺利量产，能满足约 3000 万辆新能源汽车需求，而中国新能源汽车生产大概 2800 万 – 2900 万辆，行业面临内卷和产能过剩问题。不过，随着全球 SiC 材料产能扩展，中国 SiC 器件设计和制造也快速发展，产能持续扩张，除主驱应用外，在光伏、储能和充电模块等市场竞争激烈，且因产能过剩，主流器件价格快速下降。詹旭标指出，从长远看，提高企业竞争力和技术迭代实现技术降本是 SiC 企业生存的唯一途径，如从去年 9 月份到 2024 年 4 月份，市场热卖料 1200V/40mΩ 的平均价格从 35 元跌到 23 元，下降幅度达 35%，目前价格约为硅基 IGBT 的 1.5 – 2 倍，当 SiC 价格达到特定区间，市场将发生重大变革。
在主流 SiC MOSFET 技术方面，主要有平面栅结构（Wolfspeed、ST、onsemi 等）和沟槽栅（ROHM、英飞凌、博世等）两种设计方案。平面栅工艺成熟，在高温下导通电阻低，出货量和可靠性在汽车、光伏储能等领域表现良好；沟槽栅比导通电阻低，但高温热性能不如平面栅。国际主流 SiC 厂家大概每 3 – 6 年迭代一次，每次 Rsp 水平下降 20% – 25%，国外 1200V SiC 的 Rsp 能达到 2.3 – 2.8mΩ，国内 1200V SiC MOSFET Rsp 在 2.8 – 3.3 mΩ。
国内 SiC 器件技术进展与发展趋势展望
国内 SiC 产业链日趋完善，从材料到辅材、衬底、外延、加工设备、设计、代工等环节都有发展，技术水平与国际头部企业差距不大。以清纯半导体为例，其技术发展迅速，基本以 1 年 1 代的节奏迭代。第一代产品 Rsp 在 3.3 mΩ 左右，去年发布的第二代产品为 2.8 mΩ，与国际巨头 ST 2022 年 1200V 的 MOSFET Rsp 持平，今年发布的第三代产品 Rsp 可达 2.4mΩ，与国际巨头明年产品水平相当。
清纯半导体在主驱领域推出多种产品，核心参数对标国际一流水平，某些参数和可靠性方面表现更优。例如，去年发布全球最低导通电阻 SiC MOSFET（3.5 毫欧，10×10 平方毫米面积），虽应用产能少，但对下一代产品有指导意义。在与国际头部企业产品对比中，清纯半导体在相同驱动、参数和板子条件下，在串扰抑制能力、耐受能力和振荡等方面表现更好。如栅极串扰电压比较，清纯半导体产品从 – 4V 串扰到 0.8V 左右，对比厂家超过 4V，平面栅 SiC MOSFET 阈值低（一般 2.6V），串扰电压高可能出现直通或增加损耗，清纯半导体能降低 35% – 40% 的开关损耗，提升产品效率。
在可靠性方面，工业级尤其是光储充领域客户要求高，基本按车规等级标准考核。清纯半导体做了大量加研可靠性测试，在双应力、高压 H3TRB 等方面远超行业标准（行业标准 80%，清纯半导体 90% 或 100%），器件结温考核从行业的 175 度提高到 200 度，可靠性时长按两倍考核，还做了动态栅应力 DHTGB 试验、负栅偏压体二极管重复浪涌、关断能力 / 脉冲电流 / 短路 / 串扰测试等，产品失效率 < 1PPM，目前市场销售约 400 万颗 MOSFET。
对于未来 SiC 半导体技术发展趋势，詹旭标认为，材料方面向大尺寸、低缺陷 SiC 衬底及外延制备发展以降成本提良率；器件方面往更低比导通电阻设计，可靠性向硅基 IGBT 水准对齐；工艺方面需加强沟道迁移率的基础研究。产业发展趋势分两个阶段，先是国际芯片供应商主导供应链，国内 SiC 材料部分替代，后是国内市场全面国产替代，国际和国内企业全面合作。
在提问环节，对于清纯 SiC 是否上车问题，詹旭标表示国内主流车厂有定点项目在配合，相信两到三年会有成果。对于不同价格车型使用 SiC 器件性能有无差距，他认为按车规等级产品设计和量产，可靠性考核加严，不存在性能差异。对于国内 SiC 头部企业规模问题，詹旭标指出目前产业链分散，MOSFET 出货销售额与国外巨头差距大，难以估算头部企业规模标准，但相信两到三年后随着上车项目推进，会出现头部企业，同时充电模块等行业发展能带动 SiC 器件行业发展。对于 SiC 功率器件微型化及性能提升问题，詹旭标表示不同应用优化不同，主驱应用通过降低 Rsp 水平优化导通损耗。对于清纯半导体在国际竞争中的定位，詹旭标提到公司创始人经验丰富，第二代产品已与头部客户在售产品持平，第三代产品也将与头部企业新一代产品对齐。总之，SiC 半导体产业发展迅猛，国内虽有挑战，但前景光明。
