根据《数字能源2030》白皮书,HUAWEI表示碳化硅产业链爆发的拐点临近,市场潜力将被充分挖掘。

 

 

而未来十年是第三代功率半导体的创新加速期,渗透率将全面提升。

 

能源进入数字能源时代

 

 

据《白皮书》内容,HUAWEI认为,电力电子技术和数字技术成为驱动能源产业变革的核心技术。

 

其中,在电力消费方面,分布式电源和储能装置的接入,大量新型负荷需要直流电源以及需要主动支撑源荷互动。

 

如数据中心、通信基站、电动汽车充电站等,高效率,高功率密度,高可靠性,低成本的转换电源和开关设备等正满足用户日益多样的个性化需求和高标准的电能质量治理需求。

 

新型功率半导体应用需求大幅提升,对能源输送和控制的安全、高效、智能等方面提出更高的要求。这些都需要通过电力电子化设备进行运行、补偿、控制。

 

目前这些设备中所使用的基本都还是硅基器件,而硅基器件的参数性能已接近其材料的物理极限,无法担负起未来大规模清洁能源生产传输和消纳吸取的重任,节能效果也接近极限。

 

SiC产业链拐点将###

 

以SiC为代表的第三代半导体功率芯片和器件,以其高压、高频、高温、高速的优良特性,能够大幅提升各类电力电子设备的能量密度,降低成本造价,增强可靠性和适用性,提高电能转换效率,降低损耗。

 

SiC和GaN都是市场备受瞩目的第三代半导体材料,###代是硅,第二代则是砷化镓。第三代又称宽带隙半导体。SiC是半导体领域###具成长力的材料,预计到2028年市场增长5倍。

 

其###主要应用就是功率电子领域,功率半导体两个###重要参数,一个是电子的迁移速率即速度/电流,另一个是能隙,其决定了半导体的崩溃电场,即###高承受电压。

 

 

SiC和GaN能隙是硅的三倍多,崩溃电场是硅的近10倍。功率元件通常都做开关电源用,需要低导通电阻和大电流,大功率电力系统为提高转换功率需要尽量提高电压,而电压=电场x距离。

 

相同电压下,SiC和GaN可以减少大约十倍的操作距离,距离为电阻成正比,即导通电阻很低。因此相对硅基半导体SiC和GaN可以大幅度提高电力系统效率。

 

光伏、风电等新能源发电、直流特高压输电、新能源汽车、轨道交通、工业电源、民用家电等领域具有极大的电能高效转换需求,而新型功率半导体在则适应了这一需求趋势,未来十年是第三代功率半导体的创新加速期,渗透率将全面提升。

 

未来市场全面升级

 

SiC的瓶颈当前主要在于衬底成本高(是硅的4-5倍,预计未来2025年前年价格会逐渐降为硅持平),受新能源汽车、工业电源等应用的推动,碳化硅价格下降,性能和可靠性进一步提高。

 

据 Yole预计,SiC器件应用空间将从2020年的6亿美金快速增长到2030年的100亿美金,呈现高速增长之势。

 

宽禁带半导体全面应用和数字化控制技术全面协同,推进电动汽车###能效比。随着电力电子技术相关功率器件、拓扑及控制算法的升级,电源部件将达到新的###高效。

 

尤其是SiC等器件新技术、新材料的应用,相比较传统的硅器件,禁带宽度提升3倍,电场强度提升15倍,电子饱和速率提升2倍,导热系数提升3倍,电动车系统级的效率如充电、行驶工况、供电传输、功率变换、加热/制冷、能量回收全链路架构将被持续重构升级。

 

预计在2030年光伏逆变器的SiC渗透率将从目前的2%增长到 70%以上,在充电基础设施、电动汽车领域渗透率也超过的80%,通信电源、服务器电源将全面推广应用。

 

HUAWEI对第三代半导体重视不言而喻

 

旗下HUAWEI哈勃自成立以来,在半导体领域的扩张势不可挡,而其中的一个重点就是第三代半导体。

 

据不完全统计,###今,HUAWEI哈勃投资芯片企业超30家。其中,第三代半导体相关企业就占了9家之多,其中多家为我国SiC重点企业,如山东天岳,天科合达,瀚天天成以及天域半导体,涉及外延和衬底领域。

 

从哈勃的投资范围来看,包括芯片工业AppEDA,半导体材料,芯片制造设备、光电,射频芯片等等。基本上覆盖了大半芯片产业链。

 

这些投资越来越明朗,足以看出HUAWEI将建立起具备自主可控的芯片供应链,为实现自给自足,为避免对国外厂商依赖,相信HUAWEI还会继续行动,直到打破垄断。

 

HUAWEI押注第三代半导体,投资碳化硅材料企业,目的是为了在将来第三代半导体时代到来之前,拥有可控的产业优势。

 

结尾:

 

自2018年以来,国内开始大量涌现碳化硅产业相关项目。尤其是近两年,随着新能源汽车的全面推广应用,我国已发展为全球特色工艺功率芯片及功率半导体器件的核心增长区域市场,实现碳化硅产业化的需求越来越迫切。

 

 

编辑 | 方文

 

部分内容来源于:

芯谋研究:国内近千亿的SiC产业有何特点?;

半导体行业观察:SiC产业面临严峻挑战;

OFweek电子工程网:进军第三代半导体,HUAWEI欲意何为?;

HUAWEI:SiC爆发拐点降###,第三代功率半导体加速成长! ;

HUAWEI:SiC爆发的拐点临近;锋行链盟:HUAWEI发布《数字能源2030》