眾多電源系統(tǒng)正在從硅（Si）技術(shù)向碳化硅（SiC）技術(shù)轉(zhuǎn)變。這將是自20世紀(jì)80年代雙極型半導(dǎo)體向絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）轉(zhuǎn)變以來(lái)，功率半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)歷的最大變革。這種轉(zhuǎn)變發(fā)生的同時(shí)，許多受其影響的產(chǎn)業(yè)也正在經(jīng)歷著不同尋常的全面變革時(shí)期。從汽車行業(yè)到太陽(yáng)能，碳化硅（SiC）的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)變得不可忽視。在經(jīng)歷巨大變革的同時(shí)，所有主要廠商都在努力將碳化硅（SiC）進(jìn)一步集成到自身技術(shù)之中。

汽車產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)歷前所未有變化的一個(gè)典型例子。在未來(lái)十年，汽車產(chǎn)業(yè)將從內(nèi)燃機(jī)向電動(dòng)化轉(zhuǎn)變。硅（Si）到碳化硅（SiC）的轉(zhuǎn)變，在助力電動(dòng)汽車滿足消費(fèi)者需求的效率方面發(fā)揮著重大作用，同時(shí)還可符合針對(duì)氣候變化影響的政府法規(guī)。碳化硅（SiC）解決方案正在幫助電動(dòng)汽車“更上一層樓”，提升快速充電基礎(chǔ)設(shè)施、驅(qū)動(dòng)逆變器和電源等應(yīng)用，并促進(jìn)電信、軍事和航空航天等應(yīng)用取得進(jìn)步。

電動(dòng)汽車機(jī)遇

隨著消費(fèi)者需求的不斷增長(zhǎng)和政府法規(guī)的加強(qiáng)，特斯拉（Tesla）、福特（Ford）和大眾（Volkswagen）等汽車制造商宣布，未來(lái)十年將在電動(dòng)汽車領(lǐng)域投資超過(guò)3，000億美元。分析師預(yù)計(jì)，到2030年，純電動(dòng)汽車（BEV）數(shù)量將達(dá)到汽車總量的15%。因此，未來(lái)幾年，用于電動(dòng)汽車的碳化硅（SiC）元器件市場(chǎng)將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

電動(dòng)化如此受到重視，使得制造商們無(wú)法再對(duì)碳化硅（SiC）的優(yōu)勢(shì)視而不見。與傳統(tǒng)電動(dòng)汽車采用的硅（Si）技術(shù)相比，碳化硅（SiC）可提高電池續(xù)航里程、改善其性能并縮短充電時(shí)間。因此，許多供應(yīng)商都宣布與Cree合作開展電動(dòng)汽車計(jì)劃。例如，德爾?？萍迹―elphiTechnologies）正在利用碳化硅（SiC）半導(dǎo)體開發(fā)更高效、更小型、更輕量的逆變器系統(tǒng)，而采埃孚集團(tuán)（ZFGroup）則正在開發(fā)全電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力總成。ABB集團(tuán)正在開發(fā)和提供各種采用碳化硅（SiC）的功率系統(tǒng)。

效率提升

碳化硅（SiC）的開關(guān)損耗比硅（Si）基IGBT低得多。此外，碳化硅器件沒有內(nèi)建電壓，其導(dǎo)通損耗也明顯較低。因此，碳化硅（SiC）的功率密度更高、重量更輕且工作頻率更高。在最近的一次汽車測(cè)試中，與硅（Si）相比，Cree的碳化硅（SiC）技術(shù)將逆變器損耗降低了約78%。

在汽車領(lǐng)域，這些效率提升可用于動(dòng)力總成解決方案、功率轉(zhuǎn)換器以及非車載充電機(jī)和車載充電機(jī)。與傳統(tǒng)的硅（Si）基解決方案相比，碳化硅（SiC）可使電動(dòng)汽車的整體效率提高5%至10%。制造商可以借助這一點(diǎn)來(lái)提升續(xù)航里程，或減少使用笨重且昂貴的電池。此外，碳化硅（SiC）還可降低冷卻要求、節(jié)省空間，重量也比硅（Si）基方案輕。碳化硅（SiC）還可為快速充電機(jī)提供支持，目前充電5分鐘可提高續(xù)航75英里。

碳化硅（SiC）解決方案成本的持續(xù)下降帶來(lái)其采用率的進(jìn)一步提高。以汽車為例，我們估計(jì)，一輛電動(dòng)汽車所采用碳化硅（SiC）元器件的價(jià)值約為250美元至500美元（取決于其功率要求）。而汽車制造商在每輛電動(dòng)汽車的電池成本、電池和逆變器的體積與重量，以及冷卻要求方面所節(jié)省的總成本可高達(dá)2，000美元。雖然還有許多因素在推動(dòng)著從硅（Si）到碳化硅（SiC）的轉(zhuǎn)變，但這一點(diǎn)是關(guān)鍵。

汽車產(chǎn)業(yè)之外

汽車產(chǎn)業(yè)的需求大約占據(jù)了Cree90億美元碳化硅（SiC）機(jī)會(huì)的一半，而太陽(yáng)能、航空航天、國(guó)防以及通信基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域則是其他需求的主要驅(qū)動(dòng)力。根據(jù)CanaccordGenuity公司近期預(yù)估，到2030年，對(duì)于碳化硅（SiC）的需求將超過(guò)200億美元。

碳化硅（SiC）功率器件還能夠幫助工業(yè)和能源企業(yè)最大限度地提高用電利用率和空間利用率。碳化硅（SiC）賦予高頻工業(yè)電源和不間斷電源更高的效率、更高的功率密度和更輕的重量，碳化硅（SiC）所帶來(lái)的效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其自身的成本。在這些領(lǐng)域，更高的效率就意味著更高的利潤(rùn)。

在電力電子領(lǐng)域，碳化硅（SiC）的效率遠(yuǎn)高于硅（Si），功率密度是硅（Si）的三倍，使得高電壓系統(tǒng)更輕量、更小型、更高效、更具成本優(yōu)勢(shì)。這一卓越性能已經(jīng)達(dá)到了爆發(fā)點(diǎn)，制造商若想在當(dāng)前市場(chǎng)中保持競(jìng)爭(zhēng)力，便不可再對(duì)其視而不見。

半導(dǎo)體的未來(lái)

成本是之前制約碳化硅（SiC）采用的主要障礙。但伴隨著產(chǎn)量和經(jīng)驗(yàn)的不斷增進(jìn)，其成本也在持續(xù)下降。因此其制造也變得更加高效和精煉。更重要的是，客戶逐漸意識(shí)到碳化硅（SiC）的真正價(jià)值在于系統(tǒng)層面，而非器件級(jí)別的比較。為了滿足各個(gè)產(chǎn)業(yè)的需求，碳化硅（SiC）制造將進(jìn)一步提升，產(chǎn)量將不斷增長(zhǎng)，從而其價(jià)格也將繼續(xù)下降。以Cree作為一個(gè)參考，Cree為了滿足這些需求，開展了大規(guī)模的投資，包括在紐約州建造采用領(lǐng)先前沿技術(shù)且滿足車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的工廠，將使得產(chǎn)能提升至2017年的30倍以上。

從硅（Si）到碳化硅（SiC）的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)不再是會(huì)否發(fā)生與何時(shí)發(fā)生的問(wèn)題，我們已經(jīng)身處其中。全面地參與到諸多產(chǎn)業(yè)的巨大變革之中，令人激動(dòng)不已。這些產(chǎn)業(yè)的未來(lái)絕對(duì)不會(huì)是一成不變的，我們一定會(huì)繼續(xù)看到前所未有的變化。而那些能夠快速適應(yīng)這些變化的制造商，則定將收獲豐碩的成果。