为进一步提升电动汽车动力性能，越来越多车企开始在电驱系统中导入碳化硅（SiC）技术，预估2022年车用碳化硅功率器件的市场规模将达到10.7亿美元，2026年攀升至39.4亿美元。与此同时，碳化硅产业仍面临衬底生长速度缓慢、良率低、制备条件严苛等问题，或将成为市场爆发的瓶颈。
高压快充加速碳化硅上车
新能源电动车是碳化硅应用中最主要的市场，也是该产业近年来最大的增长引擎。自从特斯拉率先在Model3中集成全碳化硅模块后，海外车企大众、丰田、福特等，国内车企比亚迪、蔚来等陆续宣布将采用碳化硅方案，比亚迪、现代等甚至启动芯片自研计划，开始从碳化硅产业链角度着手布局。
集邦咨询指出，随着越来越多的车企开始在电驱系统中导入碳化硅技术，预估2022年车用碳化硅功率器件市场规模将达到10.7亿美元，至2026年将攀升至39.4亿美元。YoleDéveloppement数据，受汽车市场以及工业、能源和其他交通运输市场的推动，2021年至2027年碳化硅器件市场正以34%的年复合增长率增长。
之所以有越来越多的车企在自家车型中采用碳化硅器件，以致于未来数年中车用碳化硅器件有望出现爆发式增长，一个重要因素是，业界看好800V高压驱动平台在新能源汽车应用中所展现出的良好用户体验。安森美在其发布的技术资料中指出，碳化硅器件所具有的独特优势将改变电动车的未来，如在关键的主驱逆变器中采用碳化硅可满足更高功率和更低的能效、更远续航、更小损耗和更低的重量，以及向800V迁移的趋势中更能发挥它的优势。
长期以来，续航里程和充电速度是困扰新能源汽车市场发展的两个短板。400V电池是当前主流，如果采用800V高压驱动平台，将使新能源汽车的充电性能大幅提升，提高电池充电速度。同时，采用800V后还可以降低损耗、减轻车体重量，提高整车运行效率，在同等电量情况下延长续驶里程。资料显示，小鹏G9采用800V高压SiC平台，相比400V平台续航提升了5%，可实现超充5分钟，续航超过200km的能力。
而采用800V平台，高压快充涉及车内电源到车外充电整个强电链路。原本的硅基IGBT芯片达到材料极限，具备耐高压、耐高温、高频等优势的SiC器件，无疑成为最佳的替代方案。
产业链快速走向成熟
随着碳化硅市场的扩大，相关产业链正在迅速走向成熟。日前，全球最大的碳化硅供应商Wolfspeed宣布将在纽约州北部新建8英寸晶圆厂。罗姆计划在日本建设新厂，希望在未来五年内将产能提高5倍。东芝计划到2024年将碳化硅产量提高3倍。从国内市场来看，碳化硅衬底供应商天岳先进近日表示，公司拟投资25亿元建立子公司上海天岳，用于扩产6英寸导电型碳化硅衬底材料，项目计划于2026年达产，达产后将新增导电型碳化硅衬底年产能30万片。同时，该公司的导电型衬底获得IATF16949车规体系认证。露笑科技也在近日披露，公司已经到位280台长晶炉，预计年底可实现5000片/月的产能。
事实上，近年来碳化硅功率器件一直是市场上的一大热点，但也面临碳化硅衬底制备条件严苛、生长速度缓慢、良率低等瓶颈。对此，北京三安光电公司总经理陈昭亮指出，由于碳化硅衬底生产效率低，成本比硅晶片高出许多，再加上后期的外延、芯片制造及器件封装等低成品率，导致碳化硅器件价格居高不下。基本半导体总经理和巍巍表示，因为SiC衬底生产比较困难，包括碳粉硅粉合成、晶体生长、晶锭加工等好多细的步骤。核心的参数涉及直径、杂质、均匀性、弯曲翘曲以及光滑度等参数。碳化硅目前发展的痛点主要在于规模迅速扩大。未来两三年要增长到约六七十亿美元的规模，这个过程对产业界来说压力巨大。因为每个环节扩产都不是一时就能扩出来的，需要很多的人才和资金的投入。
不过，随着下游市场的繁荣发展，对于整个产业链的拉动作用也在增加。近日，应用材料表示，公司已推出多款专用碳化硅设备，其针对碳化硅特殊物理化学特性设计的CMP设备据称可明显降低碳化硅晶圆表面缺陷。盛美半导体宣布，推出新型化学机械研磨后（Post-CMP）清洗设备。这是该公司第一款Post-CMP清洗设备，可用于制造高质量衬底化学机械研磨（CMP）工艺之后的清洗，其中6英寸和8英寸的配置适用于碳化硅衬底制造。
与传统硅晶圆产线相比，碳化硅制造工艺带来了对设备的不同需求。意法半导体车用功率器件项目主管Giuseppe Arena表示，由于宽带隙材料特有的物理化学特性，碳化硅制造工艺在外延生长、离子注入、高温退火等环节与传统硅基功率器件有较大不同，需要专门的腔室等模块设计以控制缺陷、提高产率，在刻蚀、减薄等环节也需要特殊工具处理。
在越来越多市场需求的推动下，更多面向碳化硅的专用设备被开发出来，这对于改善碳化硅器件良率，降低制造成本，有着重要的促进作用。而随着这些限制碳化硅产业发展的瓶颈被消除，碳化硅器件市场的爆发点也在逐步临近。
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