近年来，碳化硅（SiC）逐渐成为半导体产业的“明星”，并在我国引起了广泛的关注。从政府到科研界，从企业到投资者，碳化硅的潜力和战略价值都在逐步显现。那么，为什么中国要全力以赴“死磕”碳化硅？其中的深层原因不仅仅是技术突破，更有全球产业竞争、能源转型、市场需求等多方面的考虑。本文将为您解析中国为何如此重视碳化硅产业，背后的动因到底何在。
碳化硅衬底，来源：山西烁科
碳化硅的独特优势：下一代半导体的宠儿
首先，我们需要了解碳化硅为何被誉为“下一代半导体”的重要材料。传统的硅（Si）半导体材料虽然已经使用多年，但其在高温、高压、高频等极端环境下的性能不足，已经无法满足现代化电子设备的需求。例如，硅基器件在高频和高功率应用场景中，经常出现性能瓶颈，这对新能源、5G、智能电网等领域的应用造成了困扰。
而碳化硅（SiC），作为一种第三代半导体材料，克服了硅基材料的多项短板，具备以下几大优势：
- 耐高压特性
碳化硅的击穿电场强度是硅的10倍以上，能够承受极高的电压，这使得碳化硅在高压应用场景中远超硅基器件。 - 高温稳定性
碳化硅具有更高的热导率，比硅更容易散热，能够在更高温度下稳定工作。这一特性使得碳化硅在功率密度高的应用中表现出色，并且减少了对复杂散热系统的需求。 - 低能耗与高效率
碳化硅具有较低的导通损耗和开关损耗，能够在高频切换时提供更低的能量损失，这大幅提高了功率半导体器件的效率。
正因为这些特性，碳化硅在新能源汽车、光伏发电、智能电网、轨道交通等高端制造和能源领域的应用前景广阔。尤其是在全球向“低碳经济”和绿色能源转型的过程中，碳化硅的市场需求将持续上升。
“换道超车”：抓住第三代半导体的机遇
回顾半导体的发展历史，硅（Si）是第一代半导体材料，砷化镓（GaAs）等是第二代半导体材料。然而，在过去几十年里，硅基材料一直主导着半导体产业。而到了21世纪，随着新能源、5G、人工智能等新兴技术的发展，传统硅基半导体逐渐暴露出无法满足高功率、高频率、极端环境等要求的短板。
中国在第一代和第二代半导体领域，起步较晚，且面临国际技术封锁和制裁，长期处于追赶的状态。在此背景下，第三代半导体材料（如碳化硅）成为了中国半导体产业的“新赛道”，这也是中国为何选择在碳化硅领域“大力投入”的原因之一。
相较于第一代和第二代半导体材料，第三代半导体材料的技术壁垒较低，国际竞争者相对较少，因此中国有机会在这一领域赶超国际同行，实现“换道超车”。我国的碳化硅产业起步与国际发达国家相差不大，这为中国在该领域的追赶提供了有利条件。
此外，碳化硅的独特优势，使其在能源转型和智能化技术应用中，成为了一项具有战略意义的关键技术。这意味着，中国有机会通过自主研发、产业化推进等手段，掌握未来半导体产业的话语权。
碳化硅的市场驱动力：新能源汽车与光伏发电的崛起
中国在推动绿色低碳经济方面的决心，推动了碳化硅在多个行业的快速应用，尤其是在新能源汽车和光伏发电领域。
1. 新能源汽车：巨大的市场需求
新能源汽车的崛起是碳化硅产业发展的最直接推动力之一。根据中国汽车工业协会的数据，2023年，中国新能源汽车的总产销量已突破950万辆，渗透率达到31.6%。根据政府的规划，到2025年，新能源汽车将占汽车总销量的50%以上，2035年，电动汽车将占到所有汽车销量的50%。
2013-2023年中国新能源汽车销量（万辆）及增长率
2015-2023年中国新能源汽车市场渗透率
对于新能源汽车而言，功率半导体是其关键组成部分。尤其是电动汽车的电动机、充电桩等系统，迫切需要高效的功率半导体器件。碳化硅由于其高效、高功率密度、低损耗的特性，已成为新能源汽车动力系统的理想选择。每辆新能源汽车所使用的碳化硅功率器件的价值，约为700-1000美元。
与此同时，碳化硅在充电桩中的应用也显示出巨大潜力。碳化硅器件能够提高充电效率，缩小设备体积，从而加速充电桩普及，进一步推动电动汽车的快速发展。
2. 光伏发电：推动绿色能源的“绿色芯”
光伏发电是中国当前大力发展的一项战略性产业。据中国光伏行业协会预测，到2025年，全球光伏装机容量将超过270GW，碳化硅将在这一领域扮演重要角色。
光伏逆变器中碳化硅功率器件占比预测
目前，光伏发电领域的传统逆变器普遍采用硅基功率器件，但其能效较低，且损耗较大。而碳化硅MOSFET（场效应晶体管）则能有效降低光伏逆变器的能量损失，提高转换效率。从96%提升到99%以上，能效的提升不仅降低了光伏发电的成本，还增加了系统的功率密度，使得设备体积更小，使用寿命更长。
随着中国光伏产业的持续发展，碳化硅在光伏领域的需求将持续增长，成为实现能源绿色转型的重要力量。
政府支持与产业投资：政策和资本的双重助力
自2016年以来，中国政府对碳化硅产业给予了高度关注与支持。国务院、工信部、国家发改委等多个部门出台了有关碳化硅产业的扶持政策，并在产业链的各个环节提供资金和技术支持。这些政策不仅推动了碳化硅技术的研发创新，还帮助国内企业加快了产业化进程。
同时，投资界的热情也为碳化硅产业注入了活力。随着碳化硅产业的前景逐渐明朗，许多资本涌入该领域，从技术研发到生产制造，投资规模逐年扩大。这些资金的注入，不仅加速了技术突破，也推动了产业链上下游的完善。
产能过剩与价格下行：挑战与机遇并存
尽管碳化硅市场前景广阔，但行业内也面临一些挑战。比如，国内部分企业在扩产过程中可能会导致短期的产能过剩，进而造成碳化硅价格的下行压力。然而，业内专家认为，价格下行并不完全是坏事。相反，随着成本的降低，碳化硅的应用将更加广泛，尤其是在新能源汽车、光伏发电等领域，市场需求的爆发将进一步推动碳化硅产业的发展。
结语
碳化硅作为第三代半导体材料，凭借其在高压、高频、高温等极端应用场景下的卓越性能，已成为未来科技竞争中的重要“绿色芯”。在中国政府的大力支持下，碳化硅产业正处于高速发展之中，市场需求不断扩大，技术创新不断突破。
无论是新能源汽车的快速发展，还是光伏发电的绿色转型，碳化硅都将在其中发挥重要作用。而中国，也正通过“死磕”碳化硅，迈向科技自主可控的新时代，逐步在全球半导体产业中占据一席之地。这不仅是一次产业发展的机遇，更是中国迈向科技强国的必由之路。
