开启了碳化硅上车之路
特斯拉在Model3使用了意法半导体生产的第代大幅碳化硅MOSFET ，开启了碳化硅上车之路 。半导碳化硅MOSFET模组使特斯拉的体将碳中逆变器效率从ModelS的82%提升至Model3的90% 。
比亚迪旗舰车型“汉”搭载了高性能碳化硅MOSFET电机控制模块 ，降低助力其0到100km/h加速仅需3.9秒 。损耗赛道比亚迪预计2023年将采用碳化硅半导体全面替代IGBT半导体 ，开辟整车续航性能将在现有基础上再提升10% 。和新
随着绿色低碳战略的第代大幅不断推进 ，提升能源利用效率和能源转换效率已经成为各行各业的半导共识 。以碳化硅 、体将碳中氮化镓为代表的降低宽禁带半导体(第三代半导体)成为市场聚焦的新赛道 。“宽禁带半导体具备高频 、损耗赛道高效 、开辟高功率 、和新耐高压 、第代大幅耐高温、抗辐射能力强等优越性能。以效率优势带来节能优势 ，是宽禁带半导体贡献碳中和的着力点 。”苏州能讯高能半导体有限公司董事总经理任勉向《中国电子报》记者表示 。
第三代半导体将大幅降低能源损耗
“基于动态参数小 、效率高 、损耗小 、发热小等优势 ，宽禁带半导体对于节能减排做出了积极贡献 ，将对碳中和起到重要的推进作用。”安森美半导体电源方案部市场营销经理袁光明向《中国电子报》记者指出 。
具体来看 ，宽禁带半导体切合了电力电子、光电子和微波射频等领域的节能需求 。在电力电子领域 ，碳化硅功率器件相比硅器件可降低50%以上的能源损耗 ，减少75%以上的设备装置 ，有效提升能源转换率。在光电子领域 ，氮化镓具有光电转换效率高 、散热能力好的优势，适合制造低能耗 、大功率的照明器件 。在射频领域 ，氮化镓射频器件具有效率高 、功率密度高 、带宽大的优势 ，带来高效、节能 、更小体积的设备 。
宽禁带半导体低功耗 、高效能的特点 ，吸引了国内外技术提供商和下游应用企业纷纷布局。在上游供应侧 ，Cree 、英飞凌 、意法半导体 、安森美 、罗姆等国际企业 ，比亚迪 、三安光电 、华润微 、泰科天润 、基本半导体 、苏州能讯等国内企业 ，为市场输送基于碳化硅 、氮化镓的二极管 、晶体管和功率模块 ，并应用于控制 、驱动 、电池等各种电力系统中 。
在下游产品侧 ，宽禁带半导体已经能被消费者清晰感知 。2018年 ，特斯拉在Model3使用了意法半导体生产的碳化硅MOSFET ，开启了碳化硅上车之路 。SiCMOSFET模组使特斯拉的逆变器效率从ModelS的82%提升至Model3的90% ，并降低了传导和开关损耗，实现了续航能力的提升。
2020年2月 ，小米发布一款65W氮化镓充电器产品 ，能够为type-C接口的PC和手机充电 。该充电器上线即售罄，预约人数一度超过10万 ，引爆了氮化镓在消费市场的普及之路 。
宽禁带半导体应用开始大规模落地
碳中和引发的电力系统和产业结构变革 ，既促进了新能源汽车等新兴产业的发展 ，也对数据中心等高耗能场景提出了更高的能效指标 ，并推动了轨道交通等传统领域的智能化转型。这些新趋势都将为宽禁带半导体开辟可观的增量市场 。
“碳中和涉及的发电 、输变电、用电环节都有宽禁带半导体的发展空间 ，重点领域包括电动汽车 、充电桩 、光伏和风电转换 ，以及电子产品充电器等 。”西安电子科技大学研究员郭辉向《中国电子报》记者表示 。
减少汽车行业碳排放是实现“双碳”目标的重要一环 ，减碳效果明显的新能源汽车将迎来更广阔的应用空间 。碳化硅能够为新能源汽车提供能源转换率更高 、体积更小 、重量更轻的电机控制器 ，从而降低整车重量并降低能耗 。
在特斯拉首开先河之后，越来越多的车企在电动车型搭载或计划搭载碳化硅模块 。比亚迪旗舰车型“汉”搭载了高性能碳化硅MOSFET电机控制模块 ，使其0到100km/h加速仅需3.9秒 。比亚迪预计2023年将采用碳化硅半导体全面替代IGBT半导体 ，整车续航性能将在现有基础上再提升10% 。通用汽车将在下一代电动汽车使用碳化硅 ，并将其视为电力电子设计的重要材料 。韩国现代企业计划在2022年推出的电动汽车上使用公司内部开发的碳化硅芯片 。市调机构Yole预计 ，到2025年 ，新能源汽车和充电桩领域的碳化硅市场规模将达到17.78亿美元，约占碳化硅总市场规模的七成 。
轨道交通正在从机械拉闸式控制走向数字化控制 ，碳化硅能为轨道交通提供更加稳定可控的电子核心器件 。碳化硅功率器件已经在轨道交通的牵引逆变器中获得了应用和验证，具有广泛的应用潜力 。
大数据 、云服务 、人工智能的出现 ，推动全球数据中心的处理能力不断增长，服务器部署数量随之攀升 。据IDC统计 ，2020年全球服务器出货量达到1220万台 。基于氮化镓的服务器电源 ，能更高效地助力数据中心的节能目标 。一方面 ，氮化镓能够降低服务器电源的功耗和热耗 。另一方面，氮化镓器件的生产相比硅器件所需的零件更少 ，能够减少生产零件所需的碳排放 。纳微半导体提供的数据显示 ，利用氮化镓每年可以为全球数据中心节约19亿美元左右的电费 。
在贴近消费者的用电环节 ，氮化镓也有用武之地 。目前 ，小米 、苹果 、三星 、OPPO、魅族等手机厂商都推出了氮化镓快充，在缩小充电器体积的同时，为消费者提供更加快速 、高效的充电体验 。同时 ，在太阳能场景中，基于氮化镓的太阳能逆变器可以实现更小的体积 ，甚至被消费者放在家里 ，让消费者得到更清洁 、便宜的电力 ，这对于实现碳中和的目标很有助益 。
技术和产品成熟度仍有巨大提升空间
虽然宽禁带半导体在节能减排上的应用前景已经受到产业界的认可 ，但要真正在“双碳”战略中发挥作用 ，还需要在技术指标和产品成熟度上继续提升 。
“宽禁带半导体产品应继续加强 、加深在提高效率指标方面的开发 ，在减小有效体积的同时 ，提高散热能力 。在产品成熟度以及制造成熟度方面，仍存在进一步优化的空间 。”任勉表示 。
“更有效地助力碳中和，需要优化能效 、减少能耗。碳化硅应进一步降低正向压降以降低损耗 。氮化镓需要提升产品的稳定性和一致性。”袁光明指出 。
具体而言 ，电压和频率是宽禁带半导体性能提升和应用拓展的关键 。以氮化镓为例 ，电压上限的提升 ，将拓展氮化镓的应用领域 。而频率上限的提升 ，将加速氮化镓产品的标准化、产业化步伐 。
“未来电动汽车电池系统的电压将从目前的400V提升到800V ，氮化镓器件的电压从650V升到1200V，就能够应对电动汽车的需求 。同时 ，氮化镓频率上限的提升将推动电源形态的变化 ，使氮化镓电源的模块化、标准化成为可能，并实现产能的提升和成本的降低，为氮化镓的发展带来更多可能 。”纳微半导体高级应用总监黄秀成向记者指出 。
在产业链协作方面 ，氮化镓器件的性能上探需要与控制器等厂商紧密合作。黄秀成指出 ，氮化镓的开关频率已经做到1MHz~2MHz ，但是控制器的指标迭代还没有完成 ，纳微也在通过与相关厂商的紧密合作助力控制器向高频方向发展 ，带来更精致、高效的氮化镓电源解决方案 。(记者张心怡)
