中國粉體網訊 目前，我國碳化硅行業面臨著低端領域產能過剩，出現了同質化生產、低價競爭、環保污染等諸多問題，而在高端市場領域，如智能電網、新能源汽車、軍用電子系統等尚處于發展初期，從世界范圍看，高端碳化硅市場正逐步形成，對我國相關企業實現轉型和產業升級是一次良好的機遇。
1、碳化硅高端應用概況
碳化硅因其在高溫、高壓、高頻等條件下的優異性能表現，成為當前最受關注的半導體材料之一，在交流-直流轉換器等電源轉換裝置中得到大量應用。
碳化硅具備高功率轉換、低功耗等特性，所以它特別適合深井鉆探、太陽能逆變器（實現直流與交流的轉換）、風能逆變器、電動汽車與混合動力汽車、工業驅動以及輕軌牽引等需要大功率電源轉換的應用。
SiC半導體潛在應用領域較為廣泛，對新能源汽車、軌道交通、智能電網和電壓轉換等領域都具有潛在的應用前景。隨著下游行業對半導體功率器件輕量化、高轉換效率、低發熱特性需求的持續增加，SiC在功率器件中取代Si成為行業發展的必然。
2、碳化硅在電動汽車領域的應用
碳化硅作為未來電動汽車充電模塊和電動模塊相關重要核心的先進電子材料，能實現綠色出行的能源供應、低碳、智能、可持續發展，最終有可能搶占未來產業發展制高點。
碳化硅器件對充電模塊性能提升主要體現在三方面：（1）提高頻率，簡化供電網絡；（2）降低損耗，減少溫升。（3）縮小體積，提升效率。
碳化硅器件能提高純電動汽車或混合動力汽車功率轉化性能。電動汽車的電動模塊中電動機是有源負載，其轉速范圍很寬，且在行駛過程中需要頻繁地加速和減速，工作條件比一般的調速系統復雜，采用碳化硅功率器件可有效提高其驅動系統，獲得更高的擊穿電壓、更低的開啟電阻、更大的熱導率以及能在更高溫度下穩定工作，原來幾公斤的散熱片可大幅減少甚至直接刪去，將引起電動汽車設計方面革命性的變化，能降低電動汽車或混合動力汽車功率轉化能耗損失20%，對大幅提高電動汽車續航里程具有重要意義。
3、碳化硅在新型輸電系統中的應用
目前商用硅基絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的最大擊穿電壓為6.5 kV，所有的硅基器件都無法在200℃以上正常工作，很大程度上降低了功率器件的工作效率。而第三代基于寬禁帶半導體材料的功率器件能很好地解決這些問題，碳化硅功率器件關斷電壓最高達200 kV和高達600℃的工作溫度。
碳化硅基IGBT被認為是最具有高壓應用潛力的功率器件，其擊穿電壓超過10kV的產品也已經有報道，不久預計能夠將擊穿電壓提高到20～30 kV，碳化硅基器件在更高電壓和更高溫度場合的應用前景十分廣闊。
基于碳化硅電力電子技術將會有更高的輸電電壓、輸送容量，滿足全球能源互聯網的超高電壓、超長距離輸電重大需求。
4、碳化硅材料在太陽能等領域的應用
碳化硅功率器件針對太陽能逆變器、不間斷電源設備以及風能電機驅動器等大功率模組件的應用進行設計，以更小尺寸、更低物料成本以及更高的效率。新標準太陽能硅基逆變器典型的轉換效率接近96%，而采用碳化硅基逆變器的平均效率能提高到97.5%，相當于減少25%的逆變器損耗，碳化硅基逆變器在風力發電領域可提高轉換效率20%。
5、碳化硅材料在LED照明領域的應用
LED光電器件的核心材料碳化硅和氮化鎵等第三代半導體材料技術及應用正在成為全球半導體產業新的戰略高地。碳化硅LED照明設備能將原LED燈使用數量下降1/3，成本下降40～50%，而亮度卻提高兩倍，導熱能力提高10倍以上。
LED照明是未來光照領域的發展方向，日常生活中人們可見到的各類信號燈、車內照明、信息屏、彩色顯示設備，白光照明現在都利用碳化硅LED半導體照明，能夠實現更高的電光轉換效率，達到大幅降低成本和減少污染的目的。
6、碳化硅材料在新型反應堆燃料棒上的應用
目前，碳化硅作為第四代核反應堆—高溫氣冷堆的燃料棒包殼或基體材料的新型燃料元件的概念設計和制備成了核燃料元件領域一個新的熱點。除了燃料元件外，碳化硅材料在反應堆結構材料，堆內管道內襯等方面也有著廣闊的應用前景。可以預見，隨著核安全性要求的不斷提高，碳化硅材料在核能領域將獲得更加廣泛的應用，發揮更加重要的作用。
（來源：網絡）
7、碳化硅材料應用優勢
據中國粉體網小編的了解，中國電子科技集團公司第四十五研究所的研究人員對SiC材料在應用領域的優勢統計如下：
8、小結
鑒于碳化硅材料各方面的優良特性，其有望成為最重要的第三代半導體材料，未來或會全面取代目前廣泛應用的硅半導體材料，其應用領域更廣，潛在市場更大，關系到國家經濟的長遠發展和戰略安全。隨著我國新能源汽車的推廣和電網的升級改造，碳化硅材料將在電動汽車充電樁、提高電動汽車能源效率、智能電網建設、計算機領域等諸多方面得到大規模應用。
參考資料：
趙敏等，碳化硅在能源領域的應用及展望，同濟大學環境科學與工程學院
王家鵬等，碳化硅材料研究現狀與應用展望，中國電子科技集團公司第四十五研究所
賀東葛等，碳化硅半導體材料應用及發展前景，中國電子科技集團公司第四十五研究所
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