對於SiC來說，它是具有成本效益的大功率高溫半導體器件是應用於微電子技術的基本元件。SiC是寬頻隙半導體材料，與Si相比，它在應用中具有諸多優勢。由於具有較寬的帶隙，SiC器件的工作溫度可高達600℃，而Si器件的最高工作溫度局限在175℃。SiC器件的高溫工作能力降低了對系統熱預算的要求。此外，SiC器件還具有較高的熱導率、高擊穿電場強度、高飽和漂移速率、高熱穩定性和化學惰性，其擊穿電場強度比同類Si器件要高。
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SiC與功率器件主要的結合方式，包括二極體、電晶體和模塊（混合模塊）三大類。
（一）SiC功率二極體：主要包括肖特基二極體（SBD）、PIN二極體、結勢壘控制肖特基二極體（JBS）三種類型。SiC-SBD的出現，幫助SBD的應用電壓範圍，從250V提高到200V。在3kV以上的整流器應用領域，SiC-PiN和SiC-JBS較Si基整流器具有更高的擊穿電壓、更快的開關速度、更小的體積和更輕的重量，實際應用正不斷增加。
（二）SiC電晶體：主要包括金屬氧化物半導體場效應電晶體（MOSFET）、雙極型電晶體（BJT）、結型場效應電晶體（JFET）、絕緣柵雙極型電晶體（IGBT）和門極可關斷晶閘管（GTO）等，目前在車用領域，SiC-MOSFET已經在部分車型中開始商業化應用。總體來看，SiCJBS二極體和MOSFET電晶體由於其性能優越，成為目前應用最廣泛、產業化成熟度最高的SiC功率器件。
（三）SiC（混合）模塊：隨著由Si-IGBT晶片和Si-FWD晶片組成的IGBT模塊在追求低耗的道路上走向理論極限，而具有耐熱性和耐高壓擊穿能力的SiC器件成本仍較高，混合型SiC模塊（Si-IGBT+SiC-SBD）被認為是綜合器件性能和材料成本的折衷優化選擇。為進一步提升SiC功率器件的電流容量，通常採用模塊封裝的方法把多個晶片進行並聯集成封裝。SiC功率模塊率先從由IGBT-Si基晶片和SiCJBS二極體晶片組成的混合功率模塊產品發展而來。
SiC混合模塊採用大晶片面積、大電流等級的Si-IGBT作為主器件，小晶片面積、小電流等級的SiC-MOSFET作為輔助器件。二者並聯實現小電流時由SiC-MOSFET導通，此時SiC-MOSFET極低的導通電阻可以有效減少導通功耗；大電流時由IGBT導通，此時IGBT大電流下導通壓降小的優勢也可以減少導通損耗。
隨著SiC-MOSFET器件的成熟，Wolfspeed、Infineon、三菱、Rohm等公司，相繼開發了由SiC-JBS二極體和SiC-MOSFET組成的全SiC功率模塊。目前，SiC功率模塊產品最高電壓等級為3300V，最大電流700A，最高工作溫度為175℃。在研發領域，SiC功率模塊最大電流容量達到1200A，最高工作溫度達到250℃，並採用晶片雙面焊接、新型互聯和緊湊型封裝等技術來提高模塊性能。
一、功率元件SiC器件的應用現狀
SiC器件在高溫、高頻、大功率、高電壓光電子及抗輻照等方面具有巨大的應用潛力。
1、SiC器件在高溫環境中的應用
在航空航天和汽車設備中，電子器件經常要在高溫下工作，如飛機發動機、汽車發動機、在太陽附近執行任務的太空飛行器以及衛星中的高溫設備等。使用通常的Si或者GaAs器件，因為它們不能在很高的溫度下工作，所以必須把這些器件放在低溫環境中，這裡有兩種處理方法：一種是把這些器件放在遠離高溫的地方，然後通過引線和連接器將它們和所需控制的設備連接起來；另一種是把這些器件放在冷卻盒中，然後放在高溫環境下。很明顯，這兩種方法都會增加額外的設備，增加了系統的質量，減小了系統可用的空間，使得系統的可靠性變差。如果直接使用可以在高溫下工作的器件，將可以消除這些問題。SIC器件可以直接工作在3M—枷Y，而不用對高溫環境進行冷卻處理。
2、SiC器件的微波應用
SiC器件除了可以在高溫下工作以外，還具有很多優良的微波特性。
關鍵的航空無線電設備依賴於前端射頻接收器探測和放大有用信號以及過濾干擾信號的能力。隨著無線電波頻譜越來越擁擠，由射頻干涉引起的導航和定位航空設備發生故障對飛行安全的威脅越來越大。使用SiC半導體器件將會大大增強射頻接收器電路的抗干擾能力。與Si混頻器相比，SiC混頻器成功地將Si接收器電路中的射頻干擾減弱到原來的十分之一。
3、SiC智能功率器件在電力系統中的應用
先進的SiC功率電子器件能夠提高公用電力系統的效率和可靠性。當前，任一時刻所需提供的電能應該比實際消耗的電能多大約20％。這些過剩的電力儲存為的是確保電力服務能夠穩定和可靠。以免受到日常負載變化和局部故障的影響。將智能功率器件和電源陣列結合起來能大大地降低所必需的電能存儲餘量，因為這些電路能夠探測並立即補償局部電脈衝。電能存儲餘量至少可以減少5％，這將大大節約能源。相同的智能功率技術也可以把現有輻電線所能傳送的電能提高大約50％。
二、SiC功率器件產業鏈
按照從材料至最終應用的劃分，SiC功率半導體產業鏈主要包括襯底、外延、器件與模塊、應用等產業環節。
1、襯底製備
目前商用SiC單晶生長基本上採用升華法，該方法具有合適的生長速度，有利於規模化生產。
2、外延生長
經過多年發展，化學氣相沉積（CVD）生長已成為SiC外延生長的主要方法。
3、器件與模塊
由於SiC材料具有耐腐蝕、高硬度和易碎性等特點，所以其加工工藝難度比普通的Si和GaAs等半導體材料更高。
4、產品應用
SiC功率器件應用領域可以按電壓劃分：
低壓應用（600V至1.2kV）：高端消費領域（如遊戲控制台、等離子和液晶電視等）、商業應用領域（如筆記本電腦、固態照明、電子鎮流器等）以及其他領域（如醫療、電信、國防等）
中壓應用（1.2kV至1.7kV）：電動汽車/混合電動汽車（EV/HEV）、太陽能光伏逆變器、不間斷電源（UPS）以及工業電機驅動（交流驅動ACDrive）等。
高壓應用（2.5kV、3.3kV、4.5kV和6.5kV以上）：風力發電、機車牽引、高壓/特高壓輸變電等。
目前SiC功率器件主要定位於功率在1kw-500kw之間、工作頻率在10KHz-100MHz之間的場景，特別是一些對於能量效率和空間尺寸要求較高的應用。如電動汽車車載充電機與電驅系統、直流充電樁（快充樁）、光伏微型逆變器、高鐵、智能電網、工業級電源等領域，可替代部分矽基MOSFET與IGBT。
三、全球功率器件龍頭維持領先，國產廠商逐步入局
功率半導體傳統強者與材料龍頭產業化領先，國產廠商逐步入局。目前，國際上主要的SiC功率器件產業化公司有美國Wolfspeed（Cree子公司）、德國Infineon、日本Rohm、歐洲的意法半導體（STMicroelectronics）、日本三菱（Mitsubishi）。另外，美國通用電氣（GE）、日本豐田（Toyota）、日本富士（Fuji）、日本東芝（Toshiba）、MicroSemi、USCi、GeneSiC、中車時代電氣等公司也開發了SiC功率器件產品。
國內廠商SiC功率器件發展現狀
1、泰科天潤
泰科天潤成立於2011年，是一家致力於碳化矽（SiC）功率器件研發和生產的企業。總部位於北京中關村，在北京擁有一座完整的半導體工藝晶圓廠，可在4英寸SiC晶圓上實現半導體功率器件的製造工藝。產品線涉及基礎核心技術產品、碳化矽成型產品以及多套行業解決方案，基礎核心產品以碳化矽肖特基二極體為代表。
早在2015年，泰科天潤就宣布推出了一款3300V/50A高功率碳化矽肖特基二極體產品。據報道，該產品具有低正向電壓降、快開關速度、卓越的導熱性能等特性，適用於軌道交通、智能電網等高端領域。
據介紹，3300V/50A高功率碳化矽肖特基二極體工作時的正向壓降的典型值為2.22V（IF=50A,Tj=25℃）、4.75V（IF=50A,Tj=175℃）；反向漏電流的典型值為120uA（VR=3300V,Tj=25℃）、200uA（VR=3300V,Tj=175℃）；在惡劣的電氣環境下最大限度地提高可靠性；可在-55℃到175℃溫度範圍內正常工作。產品可提供未封裝的裸晶片，器件封裝類型可根據客戶要求定製。
2018年10月，泰科天潤與高溫長壽半導體解決方案領先供應商CISSOID達成戰略合作，共同推進碳化矽功率器件在工業各領域，尤其是新能源汽車領域實現廣泛應用，如上文介紹，新能源汽車將會是碳化矽功率器件市場規模的主要增長領域。
汽車中用量最多的半導體器件主要是三大類，傳感器、MCU和功率器件。其中功率器件主要應用在動力控制系統、照明系統、燃油噴射、底盤安全等系統中。與傳統汽車相比，新能源汽車新增大量功率器件用量，為什麼呢？
由於新能源汽車普遍採用高壓電路，當電池輸出高電壓時，需要頻繁進行電壓變換，這時電壓轉換電路（DC-DC）用量大幅提升，此外，還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等，這些對IGBT、MOSFET、二極體等半導體器件的需求量也大幅增加。
據泰科天潤官微介紹，公司當前的產品主要以SiC肖特基二極體為主，可以提供反向電壓為600V、1200V、1700V、3300V等級別的器件，包括擊穿電壓為600V，工作電流為1A、2A、3A、4A、5A、6A、8A、10A、20A的器件，以及擊穿電壓為1200V，工作電流為2A、5A、10A、20A、30A、40A、50A的器件，此外，器件的封裝類型主要為TO-220、TO-247（可根據客戶要求定製）。
2、深圳基本半導體
深圳基本半導體成立於2016年，由清華大學、浙江大學、劍橋大學、瑞典皇家理工學院等國內外知名高校博士團隊創立，專注於碳化矽功率器件的研發與產業化，是深圳第三代半導體研究院發起單位之一。
深圳基本半導體有限公司長期專注SiC功率器件研發，主要產品包括SiC二極體、SiC?MOSFET及車規級全SiCMOSFET模塊，廣泛應用於新能源發電、新能源汽車、軌道交通和智能電網等領域。
以SiC二極體為例，通過採用國際領先的碳化矽設計生產工藝，基本半導體旗下SiC二極體的性能對標國際知名廠商同類產品，甚至在某些產品參數上更優於國際廠商，實現光伏逆變器、車載電源、新能源汽車充電電源、通訊電源、伺服器電源等行業的大規模應用。
同時，基本半導體在2018年10月正式發布的1200V碳化矽MOSFET，是第一款由中國企業自主設計並通過可靠性測試的工業級產品，各項性能達到國際領先水平，其中短路耐受時間更是長達6μs。
SiC功率模塊對於器件晶片本身要求很高、對封裝要求很高。前不久，深圳基本半導體營銷總監蔡雄飛先生在接受媒體採訪的時候透露，基本半導體目前正在研發一款對標「用於特斯拉Model3的ST全SiCMOSFET模塊」的車規級產品，2019年已經能提供工程樣品，將會跟國內知名汽車整車廠進行聯合開發以及樣機研發，預期該產品將於2021-2022年上市。
3、揚傑科技
揚傑科技成立於2006年8月2日，2014年1月在深交所創業板掛牌上市，公司專業致力於功率半導體晶片及器件製造、集成電路封裝測試等領域的產業發展，主營產品為各類電力電子器件晶片、功率二極體、整流橋、大功率模塊、DFN/QFN產品、SGTMOS及碳化矽SBD、碳化矽JBS等。產品廣泛應用於消費類電子、安防、工控、汽車電子、新能源等諸多領域。
從揚傑科技2018年半年度報告中了解到，公司正在積極推進SiC晶片、器件研發及產業化項目，加強碳化矽領域的專利布局，重點研發擁有自主智慧財產權的碳化矽晶片量產工藝，針對電動汽車、充電樁、光伏逆變等應用領域。
揚傑科技官網顯示，目前已有的4個碳化矽碳化矽肖特基模塊，型號分別是MB200DU01FJ、MB200DU02FJ、MB300U02FJ、MB40DU12FJ，如查看Datasheet可以知道，MB200DU01FJ這個型號，可以應用在電鍍電源、高頻電源、大電流開關電源、反向電池保護、焊機等場景中。
4、芯光潤澤
芯光潤澤成立於2016年3月，是一家專業從事第三代半導體SiC功率器件與模塊研發和製造的高科技企業。目前已與西安交大、西安電子科技大學、華南理工等院校成立聯合研發中心，與美的集團、愛發科集團和強茂集團等企業簽署合作。
2018年9月18日，芯光潤澤國內首條碳化矽智能功率模塊（SiCIPM）生產線正式投產，該項目於2016年12月正式開工建設，據了解，該產線投產穩定後，每月生產規模可達30萬、每年可達360萬顆。
從芯光潤澤官網獲悉，公司目前擁有碳化矽產品為碳化矽SBD和碳化矽MOSFET，如XGSCS1230SWA是碳化矽SBD其中一個型號，可以滿足電壓為1200V的電壓需求，適用場景為開關電源、功率因數校正、電力逆變器、不間斷電源（UPS）、電機驅動等等。
5、瑞能半導體
瑞能半導體有限公司是由恩智浦半導體與北京建廣資產管理有限公司共同投資建立的高科技合資企業，於2016年1月19日宣布正式開業，運營中心落戶上海。瑞能半導體一直專注於研發行業領先的、廣泛且深入的雙擊功率半導體產品組合，包括可控矽整流器和三端雙向可控矽、矽功率二極體、高壓電晶體和碳化矽二極體等。
公司的碳化矽二極體主要應用在工業、伺服器、空調等領域，從官網了解到，瑞能半導體碳化矽二極體型號共有25個，都可以滿足電壓為650V的需求，如型號NXPSC16650B，可以應用在功率因數校正、開關模式電源、不間斷電源（UPS）、光伏逆變器、LED/OLED電視、電機驅動等場景中。
6、上海瞻芯電子
上海瞻芯電子成立於2017年7月17日，是一家由海歸博士領銜的Fabless半導體初創公司，齊集了海內外一支經驗豐富的工藝、器件、電路設計、系統應用、市場推廣和商務管理的高素質核心團隊。公司致力於開發以碳化矽功率器件為核心的高性價比功率晶片和模塊產品，為電源和電驅動系統的小型化、高效化和輕量化提供完整的半導體解決方案。
2017年10月上旬，公司完成工藝流程、器件和版圖設計，在10月到12月間完成初步工藝試驗；並且從2017年12月開始正式流片，在短短不到5個月內克服種種困難，成功地在一條成熟量產的6英寸工藝生產線上完成碳化矽(SiC)MOSFET的製造流程。晶圓級測試結果表明，各項電學參數達到預期，為進一步完成工藝和器件設計的優化奠定了堅實基礎。2018年5月1日，第一片國產6英寸SiCMOSFET晶圓正式誕生。
四、總結
全球SiC功率器件市場的發展趨勢。隨著國際上SiC功率器件技術的進步和製造工藝從4英寸升級到6英寸，器件產業化水平不斷提高，SiC功率器件的成本迅速下降。目前業界對於SiC材料的成本下降曲線較為樂觀，單位逆變器峰值相電流價值量（$/Arms）2025年有望降至當前新能源汽車IGBT單位成本水平。根據STM對MOSFET（SiC）和IGBT（Si基）的成本對比，預計2-3年內MOSFET（SiC）的成本有望下降至IGBT（Si基）的2~2.5倍，年均降幅約15%。
隨著SiC功率器件的成本下降，有望引領包括新能源汽車在內的諸多行業，在功率半導體使用上迎來大規模升級疊代，短期看與MOSFET、混合模塊等器件的結合路徑，在操作性和經濟性角度存在一定優勢，有望繼續成為部分主機廠商未來2-3年的新選擇、新需求。
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