碳化硅是什么？

碳化硅又称金钢砂或耐火砂，是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。

碳化硅的生产工艺

高温煅烧后的炉料从外到内分别是:未反应料(在炉中起保温作用)、氧碳化硅羼(半反应料，主要成分是C与SiO。)、粘结物层(是粘结很紧的物料层，主要成分是C、SiO2、40%~60%SiC以及Fe、Al、Ca、Mg的碳酸盐)、无定形物层(主要成分是70%~90%SiC，而且是立方SiC即β-sic，其余是C、SiO2及Fe、A1、Ca、Mg的碳酸盐)、二级品SiC层(主要成分是90%~95%SiC，该层已生成六方SiC即口一SiC，但结晶体较小、很脆弱，不能作为磨料)、一级品SiC层(SiC含量<96%，而且是六方SiC即口一SiC的粗大结晶体)、炉芯体石墨。
    在上述各层料中，通常将未反应料和一部分氧碳化硅层料作为乏料收集，将氧碳化硅层的另一部分料与无定形物、二级品、部分粘结物一起收集为回炉料，而一些粘结很紧、块度大、杂质多的粘结物则抛弃之。而一级品则经过分级、粗碎、细碎、化学处理、干燥与筛分、磁选后就成为各种粒度的黑色或绿色的SiC颗粒。要制成碳化硅微粉还要经过水选过程;要做成碳化硅制品还要经过成型与结烧的过程。

碳化硅的市场和发展

碳化硅SiC属于第三代化合物半导体，与硅基材料相比具有宽禁带、高临界击穿场强、高热导率等特征。在大部分厂商完成低缺陷密度单晶生长工艺及厚单晶生长工艺研发后，碳化硅衬底的单位面积价格会降低，凸显出经济性。碳化硅器件市场包括功率器件与射频器件，前者主要用于汽车、工业与能源领域，后者主要用于5G建设。业内预测，年全球SiC器件市场规模为43亿美元，随着碳化硅器件在电力、射频等领域的渗透率提升，预计到2026年市场规模将增长至89亿美元，对应年复合增长率为19.9%。

中国第三代半导体器件主要应用于工业及商业电源、消费类电源、光伏逆变器、不间断电源UPS、新能源汽车和工业电机等。其中，光伏逆变器中SiC的渗透率逐年提高，目前规模达到6.8亿元，年光伏逆变器中使用碳化硅功率器件的占比为10%，光伏逆变器龙头企业已采用碳化硅MOSFET功率器件替代硅器件，可提高转换效率、降低能量损耗、提升设备循环寿命。研究机构预计年碳化硅光伏逆变器占比将达到50%。

电动汽车系统涉及功率半导体应用的组件主要包括主逆变器、车载充电系统OBC、车载DC/DC转换器，其中约80%的市场规模来自于主逆变器，17%来自于OBC。碳化硅模块的使用使得整车的能耗更低、尺寸更小、行驶里程更长。Yole数据显示，到2027年，SiC车规级市场规模有望达到49.8亿美元。

研究表明，汽车电池充电机采用SiC MOSFET可在系统层面降低15%-20%的物料成本，对于400V系统，相同充电速度下，SiC的充电量可较硅基材料翻倍；与硅基材料相比，SiC车载充电器的体积缩小60%，器件热量和能量损失都更少。将纯电动汽车逆变器中的功率组件改成SiC可显著降低电力电子系统的体积、重量和成本，SiC器件整体损耗相比硅基器件降低80%以上，导通及开关损耗减小，有助于增加电动车的续航里程5%-10%。此外，电池节省的成本超过了碳化硅逆变器增加的成本，据测算，采用800V高压SiC平台的系统成本比400V Si IGBT平台节省高达6%。

业内预计52%的SiC器件将会应用在汽车领域，碳化硅器件对新能源汽车性能的提升尤为显著，海外厂商逐渐意识到SiC需求的增长，纷纷开始大规模扩产。从供给端来看，碳化硅衬底、外延材料制作难度大，碳化硅产业链产能受限，全球厂商持续投入，但仍存在巨大供给缺口。国内多项政策扶持利好相应厂商，国内上下游积极布局扩产，在全球碳化硅行业存在巨大供给缺口背景下，有望加速抢占全球市场份额。三安光电、斯达半导、天岳先进、时代电气、士兰微、东尼电子、露笑科技、北方华创等公司在该领域势头强劲。