電動汽車或將成為寬禁帶半導體“殺手級”應用

來源：中國電子報

       5月28日，記者從2023中關村論壇“北京（國際）第三代半導體創新發展論壇”上了解到，國際上寬禁帶（第三代）半導體材料、器件已實現從研發到規模性量產的跨越，成為推動信息通信、新能源汽車、光伏等產業創新發展和轉型升級的新引擎。

　　寬禁帶半導體以碳化硅、氮化鎵為代表，具有高頻、高效、耐高壓、耐高溫、抗輻射等特點。

　　中國工程院院士干勇指出，從國際半導體產業發展趨勢來看，由硅半導體材料主導的摩爾定律已逐漸走向物理極限，難以滿足微波射頻、高效功率電子和光電子等新需求快速發展的需要。在這種情況下，以化合物半導體材料，特別是寬禁帶半導體材料為代表的半導體材料對國際半導體產業發展至關重要。“隨著5G基站、數據中心等新型用電設施的大規模建設運行，能耗問題開始顯現，發展基于第三代半導體材料的高效電能轉換技術刻不容緩。第三代半導體材料和器件將推動傳統電網向半導體電網發展。未來五年將是第三代半導體產業發展的關鍵期。”干勇說。

　　新能源汽車、光伏成為寬禁帶半導體大規模應用的主要領域。第三代半導體產業技術創新戰略聯盟理事長吳玲介紹，寬禁帶半導體是高鐵、新能源汽車牽引、電控系統的“心臟”，可以使新能源汽車電控系統體積重量減少80%，電能轉換效率提升20%。光伏和儲能領域對碳化硅、氮化鎵的需求持續增長。吳玲預計，光伏方面，未來幾年，碳化硅、氮化鎵功率器件市場規模年均增速將達到約25.5%，到2026年碳化硅、氮化鎵功率器件市場規模將接近7億元。儲能方面，2025年碳化硅儲能應用的國內市場規模將達到約4億元。

　　當前，碳化硅功率器件已應用于電動汽車內部的關鍵電力系統，包括牽引逆變器、DC/DC轉換器、車載充電器等。在IEEE國際寬禁帶半導體技術路線圖委員會主席Victor Veliadis看來，電動汽車和混動汽車或將成為促使碳化硅大規模商業化的“殺手級”應用。“碳化硅具有比硅更寬的帶隙，允許更高的電壓阻斷，適用于高功率和高電壓應用。這可以使DC/DC轉換器、車載充電器變得更高效，在降低成本的同時，讓電動汽車充電更快、續航更遠。這使其極具競爭力。”Victor Veliadis解釋說。

　　國際半導體市場研究機構Yole預測，到2027年，全球碳化硅功率器件市場規模有望達到約63億美元，其中新能源汽車碳化硅市場空間有望達到近50億美元，占比近80%，是碳化硅功率器件下游第一大應用市場。

　　氮化鎵在節能提效方面的潛力也不容小覷。安世半導體副總裁Carlos Castro介紹，功率氮化鎵目前有兩大應用領域。一是電動汽車市場，包括車載充電器、DC/DC轉換器、牽引逆變器等；二是工業領域，例如光伏逆變器、數據中心等。“氮化鎵擁有更高的效率、更高的功率密度和更低的系統成本。與硅解決方案相比，碳化硅車載充電器將成本降低了約13%，而氮化鎵則將系統成本降低了24%。”Carlos Castro說。

　　國際半導體照明聯盟主席曹健林表示，我國發展寬禁帶半導體已具備一定的基礎和積累。一是產業鏈較完整，具備技術突破和產業協同發展的基礎；二是國際半導體產業和裝備巨頭在第三代半導體領域還未形成專利、標準和規模壟斷，我國企業有機會迎頭趕上;三是與半導體相關的精密制造水平和配套能力快速提升；四是國家積極倡導推動“雙碳”戰略實施，加快新一代信息技術與工業化的深度融合，為新興產業發展創造巨大的空間。但曹健林同時指出，我國寬禁帶半導體在原始創新和面向應用的基礎研究能力、產業創新生態體系建立等方面仍有待提高。