报告年碳化硅行业深度研究报告

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《华夏A股年IPO白皮书》

起原：国信证券

1碳化硅：能量变换链的材料改革碳化硅（SiC）是一种由碳和硅两种元素构成的宽禁带化合物半导体材料，具备禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强高、电子饱和漂移速度高级特点。由于碳化硅宽能带（~3.2eV）的物理性质，又称为宽禁带半导体。过程几十年的进展，硅（Si）做为半导体行业的原形材料，完结了寰球95%以上的集成电路的创造；跟着电子的进展，化合物半导体如砷化镓（GaAs）、碳化硅、氮化镓（GaN）等也渐渐浸透到下游运用中。按鄙人游运用中呈现的前后按次，半导体紧要的可分为三类：一、锗、硅等半导体材料：硅占有1.1eV的禁带宽度以及氧化后特别褂讪的特点，精深运用于电力电子、光伏等畛域。二、砷化镓、锑化铟等半导体材料：砷化镓占有1.4eV的禁带宽度以及比硅高五倍的电子迁徙率，紧要用于手机等须要高频次的通讯运用中。三、以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料：有更高饱和漂移速度和更高的临界击穿电压等优异益处，合适大功率、高温、高频、抗辐照的运用处地。半导材料进展于今，硅材料曾经濒临完满晶体。基于硅材料上器件的计算和开采也过程了很多代的结讲和工艺优化和革新，正在渐渐濒临硅的物理极限。基于硅材料的器件本能抬高的潜力愈来愈小，而以氮化镓、碳化硅为代表的、半导体具备良好的材料物理特点，为进一步提高电力电子器件的本能供给了更大的空间。为甚么要用碳化硅？（1）与Si比拟，SiC在耐高压、耐高温、高频等方面具备碾压上风，是材料端革新性的攻破。SiC击穿场强是Si的10倍，这象征着一样电压等第的SiCMOSFET外在层厚度只要要Si的相当之一，对应漂移区阻抗大大低落；且SiC禁带宽度是Si的3倍，导电本事更强。同时，SiC热导率及熔点特别高，是Si的2-3倍。另外，SiC电子饱和速度是Si的2-3倍，也许完结10倍的处事频次。（2）与IGBT比拟，SiC也许同时完结高耐压、低导通电阻、高频三个特点。在V以上的运用中，关于Si材料来讲，为了改观由于器件高压化所带来的导通电阻增大的题目，紧要应用绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）等为代表的小量载流子器件。IGBT中，由于小量载流子蕴蓄使得其在关断时存在拖尾电流，既而形成较大的开关花费，并伴有发烧。而SiC是具备马上器件构造特色的大都载流子器件，开关关断时没有拖尾电流，开关花费节减74%。以Wolfspeed供给的碳化硅模块为例，在取代硅IGBT后，逆变器输出功率可增至2.5倍，体积收缩1.5倍，功率密度为原有3.6倍。一方面，碳化硅模块可减小开关花费，改观电源效率而且简化散热系统，如散热器袖珍化、水冷/逼迫风冷改成天然冷却；另一方面，碳化硅模块处事频次高频化，可完结外围器件(电感和电容器等)的袖珍化。另外，碳化硅的参预还也许使得系统总体成本下落，以22kW双向OBC为例，SiC系统成本与Si比拟，节减了15%；同时能量密度是Si系统的1.5倍，过程节减能耗每年可节减40美元左右的单元成本。碳化硅材料：表现碳化硅上风的最关键枢纽凭借Si，C原子的布列按次不同，SiC晶体对应构造不同，当前发觉的SiC大略有多种晶体构造样式，此中，唯一α晶型4H（4H-SiC）也许用来创造功率器件。据电阻率不同，碳化硅晶片可分为导电型和半绝缘型衬底。导电型SiC衬底可过程N和Al做为搀杂剂完结N型和P型导电性，当前产物以N型为主（氮气搀杂），电阻率时常低于0.02Ω·cm，晶体成长
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