2021年第三代半導體行業SiC、GaN下游市場應用分析及產業競爭格局研究報告（78頁）.pdf

1、SiC 助力汽車降低 5 倍能力損耗。以第三代半導體的典型應用場景新能源汽車為例，根據福特汽車公開的信息，相比于傳統硅芯片(如 IGBT)驅動的新能源汽車，由第三代半導體材料制成芯片驅動的新能源汽車，可以將能量損耗降低 5 倍左右。SiC 提高電機逆變器效率 4%，整車續航里程約 7%。作為第三代半導體的代表，碳化硅技術的應用與整車續航里程的提升也有著緊密的聯系，第三代半導體材料在提高能效、電源系統小型化、提高耐壓等方面的性能已經達到了硅器件無法企及的高度。小鵬汽車動力總成中心 IPU 硬件高級專家陳宏表示，相比硅基功率半導體，第三代半導體碳化硅MOSFET 具有耐高溫、低功耗及耐高壓等特點。

2、采用碳化硅技術后，電機逆變器效率能夠提升約 4%，整車續航里程將增加約 7%。SiC 賦能光伏發電，增加太陽能轉換效率。碳化硅作為典型的寬禁帶材料，因其物理特性在太陽能管理中相比硅具有多種材料優勢。碳化硅具備的材料優勢諸如導熱率是硅的三倍、可承受的擊穿電場是硅的 10 倍、較低的導通電阻、柵極電荷和反向恢復電荷特性，使得碳化硅器件與硅同等器件相比，可以以更高的電壓、頻率和電流來開關，同時更高效地管理熱量累積。碳化硅的這些優勢在功率升壓電路中發揮了作用，它使太陽能轉換的效率更高。據國際能源署 IEA 估計，如果到 2024 年，假如僅 2%的分布式太陽能光伏系統部署了碳化硅，其額外可產生的發電量

3、將多達 10GW。GaN 和 SiC 是太陽能逆變器的關鍵。據 Lux Research 研究，由氮化鎵和碳化硅制成的分布式電力電子系統可以將太陽能微型和串狀逆變器的效率提高 98%以上，二極管的能量增益超過 1.5%，而晶體管的能量增益超過 4%。氮化鎵和碳化硅還可以通過降低無源元件的故障率、減少占地面積和節省安裝成本等方式間接節約成本。此外，他們優越的熱導率減少了逆變器中散熱器的尺寸，進而減少了材料成本。超高壓 SiC 器件在智能電網固態變壓器中的應用有利于智能電網的進一步發展。在電網系統建設中，電力變壓器是電壓變換和電氣隔離的基礎設備，是電力網絡的核心。固態變壓器(SST)又稱電力電子變

4、壓器，與傳統變壓器相比，具有體積小、重量輕、供電質量高、功率因數高、自動限流、具備無功補償能力、頻率變換、輸出相數變換等優點。但是由于在電壓、功率耐量等方面的限制，硅基大功率器件在固態變壓器應用中不得不采用器件串、并聯技術和復雜的電路拓撲來達到實際應用的要求，這使得裝置的故障率和成本大大增加。而寬禁帶半導體材料碳化硅則因其耐高壓和耐高溫的物理特性，可以更好地適應于智能電網的固態變壓器的材料需求，簡化固態變壓器的電路結構，減小散熱器空間，并通過提升開關頻率來提高單位功率密度。GaN FET 在汽車和工業領域獨具優勢, 助力減少碳排放。GaN FET 有較高功率密度和效率，并可以大幅減少電源磁性器件的尺寸、延長電池續航、提升系統可靠性、降低設計成本。第三代半導體材料在汽車和工業領域的應用也有助于生產生活中節約能耗，進而減少相動的碳排放。GaN 功率器件在數據中心的應用可以大幅降低數據中心的能耗，幫助減少 30-40%的能源浪費。據元拓高科官網資訊，若全球采用硅芯片器件的數據中心都升級為氮化鎵功率芯片器件，那么全球的數據中心將減少 30-40%的能源浪費，相當于節省了 100 兆瓦時太陽能和減少 1.25 億噸二氧化碳排放量。