2021年第三代半导体行业SiC、GaN下游市场应用分析及产业竞争格局研究报告（78页）.pdf

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1、SiC 助力汽车降低 5 倍能力损耗。以第三代半导体的典型应用场景新能源汽车为例，根据福特汽车公开的信息，相比于传统硅芯片(如 IGBT)驱动的新能源汽车，由第三代半导体材料制成芯片驱动的新能源汽车，可以将能量损耗降低 5 倍左右。SiC 提高电机逆变器效率 4%，整车续航里程约 7%。作为第三代半导体的代表，碳化硅技术的应用与整车续航里程的提升也有着紧密的联系，第三代半导体材料在提高能效、电源系统小型化、提高耐压等方面的性能已经达到了硅器件无法企及的高度。小鹏汽车动力总成中心 IPU 硬件高级专家陈宏表示，相比硅基功率半导体，第三代半导体碳化硅MOSFET 具有耐高温、低功耗及耐高压等特点。

2、采用碳化硅技术后，电机逆变器效率能够提升约 4%，整车续航里程将增加约 7%。SiC 赋能光伏发电，增加太阳能转换效率。碳化硅作为典型的宽禁带材料，因其物理特性在太阳能管理中相比硅具有多种材料优势。碳化硅具备的材料优势诸如导热率是硅的三倍、可承受的击穿电场是硅的 10 倍、较低的导通电阻、栅极电荷和反向恢复电荷特性，使得碳化硅器件与硅同等器件相比，可以以更高的电压、频率和电流来开关，同时更高效地管理热量累积。碳化硅的这些优势在功率升压电路中发挥了作用，它使太阳能转换的效率更高。据国际能源署 IEA 估计，如果到 2024 年，假如仅 2%的分布式太阳能光伏系统部署了碳化硅，其额外可产生的发电量

3、将多达 10GW。GaN 和 SiC 是太阳能逆变器的关键。据 Lux Research 研究，由氮化镓和碳化硅制成的分布式电力电子系统可以将太阳能微型和串状逆变器的效率提高 98%以上，二极管的能量增益超过 1.5%，而晶体管的能量增益超过 4%。氮化镓和碳化硅还可以通过降低无源元件的故障率、减少占地面积和节省安装成本等方式间接节约成本。此外，他们优越的热导率减少了逆变器中散热器的尺寸，进而减少了材料成本。超高压 SiC 器件在智能电网固态变压器中的应用有利于智能电网的进一步发展。在电网系统建设中，电力变压器是电压变换和电气隔离的基础设备，是电力网络的核心。固态变压器(SST)又称电力电子变

4、压器，与传统变压器相比，具有体积小、重量轻、供电质量高、功率因数高、自动限流、具备无功补偿能力、频率变换、输出相数变换等优点。但是由于在电压、功率耐量等方面的限制，硅基大功率器件在固态变压器应用中不得不采用器件串、并联技术和复杂的电路拓扑来达到实际应用的要求，这使得装置的故障率和成本大大增加。而宽禁带半导体材料碳化硅则因其耐高压和耐高温的物理特性，可以更好地适应于智能电网的固态变压器的材料需求，简化固态变压器的电路结构，减小散热器空间，并通过提升开关频率来提高单位功率密度。GaN FET 在汽车和工业领域独具优势, 助力减少碳排放。GaN FET 有较高功率密度和效率，并可以大幅减少电源磁性器件的尺寸、延长电池续航、提升系统可靠性、降低设计成本。第三代半导体材料在汽车和工业领域的应用也有助于生产生活中节约能耗，进而减少相动的碳排放。GaN 功率器件在数据中心的应用可以大幅降低数据中心的能耗，帮助减少 30-40%的能源浪费。据元拓高科官网资讯，若全球采用硅芯片器件的数据中心都升级为氮化镓功率芯片器件，那么全球的数据中心将减少 30-40%的能源浪费，相当于节省了 100 兆瓦时太阳能和减少 1.25 亿吨二氧化碳排放量。