电动汽车或将成为宽禁带半导体“杀手级”应用

5月28日，记者从2023中关村论坛“北京（国际）第三代半导体创新发展论坛”上了解到，国际上宽禁带（第三代）半导体材料、器件已实现从研发到规模性量产的跨越，成为推动信息通信、新能源汽车、光伏等产业创新发展和转型升级的新引擎。

宽禁带半导体以碳化硅、氮化镓为代表，具有高频、高效、耐高压、耐高温、抗辐射等特点。

中国工程院院士干勇指出，从国际半导体产业发展趋势来看，由硅半导体材料主导的摩尔定律已逐渐走向物理极限，难以满足微波射频、高效功率电子和光电子等新需求快速发展的需要。在这种情况下，以化合物半导体材料，特别是宽禁带半导体材料为代表的半导体材料对国际半导体产业发展至关重要。“随着5G基站、数据中心等新型用电设施的大规模建设运行，能耗问题开始显现，发展基于第三代半导体材料的高效电能转换技术刻不容缓。第三代半导体材料和器件将推动传统电网向半导体电网发展。未来五年将是第三代半导体产业发展的关键期。”干勇说。

新能源汽车、光伏成为宽禁带半导体大规模应用的主要领域。第三代半导体产业技术创新战略联盟理事长吴玲介绍，宽禁带半导体是高铁、新能源汽车牵引、电控系统的“心脏”，可以使新能源汽车电控系统体积重量减少80%，电能转换效率提升20%。光伏和储能领域对碳化硅、氮化镓的需求持续增长。吴玲预计，光伏方面，未来几年，碳化硅、氮化镓功率器件市场规模年均增速将达到约25.5%，到2026年碳化硅、氮化镓功率器件市场规模将接近7亿元。储能方面，2025年碳化硅储能应用的国内市场规模将达到约4亿元。

当前，碳化硅功率器件已应用于电动汽车内部的关键电力系统，包括牵引逆变器、DC/DC转换器、车载充电器等。在IEEE国际宽禁带半导体技术路线图委员会主席Victor Veliadis看来，电动汽车和混动汽车或将成为促使碳化硅大规模商业化的“杀手级”应用。“碳化硅具有比硅更宽的带隙，允许更高的电压阻断，适用于高功率和高电压应用。这可以使DC/DC转换器、车载充电器变得更高效，在降低成本的同时，让电动汽车充电更快、续航更远。这使其极具竞争力。”Victor Veliadis解释说。

国际半导体市场研究机构Yole预测，到2027年，全球碳化硅功率器件市场规模有望达到约63亿美元，其中新能源汽车碳化硅市场空间有望达到近50亿美元，占比近80%，是碳化硅功率器件下游第一大应用市场。

氮化镓在节能提效方面的潜力也不容小觑。安世半导体副总裁Carlos Castro介绍，功率氮化镓目前有两大应用领域。一是电动汽车市场，包括车载充电器、DC/DC转换器、牵引逆变器等；二是工业领域，例如光伏逆变器、数据中心等。“氮化镓拥有更高的效率、更高的功率密度和更低的系统成本。与硅解决方案相比，碳化硅车载充电器将成本降低了约13%，而氮化镓则将系统成本降低了24%。”Carlos Castro说。

国际半导体照明联盟主席曹健林表示，我国发展宽禁带半导体已具备一定的基础和积累。一是产业链较完整，具备技术突破和产业协同发展的基础；二是国际半导体产业和装备巨头在第三代半导体领域还未形成专利、标准和规模垄断，我国企业有机会迎头赶上;三是与半导体相关的精密制造水平和配套能力快速提升；四是国家积极倡导推动“双碳”战略实施，加快新一代信息技术与工业化的深度融合，为新兴产业发展创造巨大的空间。但曹健林同时指出，我国宽禁带半导体在原始创新和面向应用的基础研究能力、产业创新生态体系建立等方面仍有待提高。