有報告指出,全球二氧化碳中的20%來自于燃油汽車,目前,我國二氧化碳排放量已排全球第二,節能減排已成為汽車業內的重大課題,因此,發展電動汽車勢在必行。
其中,電力驅動系統是影響汽車動力性能、可靠性、成本的關鍵所在,而電力驅動系統的主要部件由Si(硅)組成。
然而,傳統的硅已達材料極點。如在電壓阻斷能力、正向導通壓降、器件開關速度等方面表現出其局限性。
目前,新一代功率器件碳化硅(SiC)成為廠商們的新寵。希望通過碳化硅功率器件實現大幅度電動汽車逆變器和DC-DC轉換器等驅動系統的小型輕量化。如果利用碳化硅功率元件,體積可以縮小到原來的3/2至3/1。
另一方面,碳化硅可以改善電池性能,增加充放電循環次數。碳化硅的使用可提高充電鋰離子電池3倍以上的電容量,碳化硅延長了電動汽車的續航時間。
碳化硅為汽車行業帶來了新的可能性,為滿足汽車廠商生產需求,多家企業已經開始了相應的產品開發。
不久前,日本電裝公司與豐田汽車共同推出功率密度高達60kW/L的逆變器;羅姆公司采用碳化硅功率器件使驅動系統和馬達實現了一體化;三菱電機開發的新型EV用馬達里的逆變器,其晶體管和二極管全部使用碳化硅…….
今年,在半導體產業里,碳化硅更為熾手。英飛凌剛用1.39元收購初創企業Siltectra,進一步進軍碳化硅市場,另外,X-Fab、三菱、意法半導體等企業也宣布將開發更多的碳化硅功率器件,海外重要玩家紛紛備戰。
國內的碳化硅產業情況如何呢?
國內從2014年碳化硅二極管就已經實現了量產,但事實上,還沒有形成完整的產業,與外國產業規模差距大,國內市場上大部分碳化硅功率器件依賴進口,形成國際大廠壟斷局面。
在碳化硅材料方面,國內僅有少數幾家從事碳化硅襯底材料和外延材料的研發工作。而在碳化硅功率器件方面,雖然清華大學、中國科學院等都有此類器件的課題研究,但主要是理論研究及實驗室的研究成果。
不過,國內產業正在努力趕超外國碳化硅產業。在產業鏈方面包括單晶襯底、外延片、器件設計、器件制造等環節近期也取得了新的進展。
單晶襯底方面,中科鋼研打造全國最大的碳化硅晶體襯底片生產基地,我國將有望擺脫碳化硅半導體襯底片依賴進口的尷尬局面。
外延片方面,瀚天天成將在明年上半年逐步釋放新產能,實現每年30萬片的產能目標。
器件方面,泰科天潤已建成國內第一條碳化硅器件生產線。近日,基本半導體自主研發的650-1700V3DSiC?系列SiCJBS已火熱上市。6英寸碳化硅器件生產線在北京世紀金光半導體有限公司成功通線,這是國內首次實現碳化硅全產業鏈貫通,實現了產業鏈源頭的自主性。
總的來說,國內碳化硅產業鏈正在快馬加鞭,加上國家對半導體產業的大力扶持與新能源汽車需求的增長,相信在不久的將來,我國定會迎來碳化硅元件的“春天”。