傾佳電子行業(yè)洞察：中國SiC功率器件產(chǎn)業(yè)的崛起如何重新定義行業(yè)熱點與技術路線

一些曾被視為行業(yè)發(fā)展關鍵瓶頸和熱點議題的技術挑戰(zhàn)，例如柵氧可靠性問題以及作為過渡方案的SiC-IGBT混合器件，其在產(chǎn)業(yè)界的關注度風光不在甚至無人問津。

1. 傾佳電子引言：SiC產(chǎn)業(yè)的范式轉換與核心議題的演變

1.1 傾佳電子行業(yè)洞察背景與核心議題陳述

碳化硅（SiC）功率器件產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷一場深刻的轉型，其重心正從早期的技術探索與性能驗證，轉向大規(guī)模商業(yè)化應用與成本優(yōu)化。在這一歷史性的進程中，一些曾被視為行業(yè)發(fā)展關鍵瓶頸和熱點議題的技術挑戰(zhàn)，例如柵氧可靠性問題以及作為過渡方案的SiC-IGBT混合器件，其在產(chǎn)業(yè)界的關注度風光不在甚至無人問津。這一現(xiàn)象背后的多重動因，其中中國供應商提供的“優(yōu)質且廉價”的全面外延供應在此次產(chǎn)業(yè)范式轉換中所扮演的關鍵角色。通過梳理和分析，傾佳電子將闡明，這種轉變并非意味著這些技術挑戰(zhàn)已不復存在，而是表明其性質已經(jīng)發(fā)生了根本性變化，即從“能否解決”的研發(fā)難題轉變?yōu)椤叭绾胃咝А⒁?guī)?；刂啤钡钠胀ㄖ圃鞓I(yè)。

1.2 傾佳電子行業(yè)洞察結構與分析框架

傾佳電子將采用“技術成熟度-經(jīng)濟可行性-供應鏈戰(zhàn)略”三位一體的分析框架，逐層遞進地闡述核心議題的演變，并最終揭示中國產(chǎn)業(yè)鏈崛起所帶來的深遠影響。第二章將從技術維度，審視柵氧可靠性問題如何從核心技術壁壘轉變?yōu)榭煽刂圃焯魬?zhàn)。第三章將從經(jīng)濟維度，分析SiC-IGBT混合器件作為過渡性解決方案，為何在全SiC成本曲線持續(xù)下探的沖擊下逐漸式微。第四章將從供應鏈維度，剖析中國外延供應的崛起，如何作為核心催化劑，加速了上述轉變并重塑了全球產(chǎn)業(yè)格局。第五章將進行總結與展望，探討未來行業(yè)新的焦點所在。

2. 柵氧可靠性：從核心技術壁壘到可控制造挑戰(zhàn)的范式轉移

2.1 SiC/SiO?界面缺陷：一個歷史性的技術難題

柵氧層是SiC MOSFET器件的核心組成部分，其質量直接決定了器件的性能與可靠性。然而，與成熟的硅基器件相比，SiC與熱生長氧化物SiO?之間的界面存在著根本性的技術難題 。這一界面的缺陷密度遠高于Si/SiO?界面，其主要原因在于熱氧化過程中產(chǎn)生的碳副產(chǎn)物、懸掛鍵和晶格失配等結構缺陷 。這些缺陷曾是SiC器件商業(yè)化進程中的最大障礙，其具體表現(xiàn)為兩大核心挑戰(zhàn)：

第一，閾值電壓（Vth?）漂移。在長時間偏壓和高溫應力下，界面及近界面陷阱會捕獲或釋放電荷，導致器件的$V_{th}$發(fā)生不穩(wěn)定漂移 。正向漂移會增加器件的導通電阻（ RDS?on?），從而增大導通損耗；而負向漂移則可能導致器件提前導通，這在高頻開關應用中可能引發(fā)災難性的系統(tǒng)故障 。

第二，柵極漏電流與介質擊穿（TDDB）。SiC的寬禁帶特性使得SiC MOSFET在阻斷狀態(tài)下，其柵氧層需要承受高達$7.5text{MV/cm}$的電場強度，遠高于Si器件 。在如此高的電場下，載流子更容易通過隧穿效應進入氧化層，導致柵極漏電流顯著增加，并最終引發(fā)介質完整性失效，造成不可逆的器件故障 。這兩種現(xiàn)象都直接影響了SiC MOSFET的長期穩(wěn)定性和應用可靠性，使其曾被視為阻礙大規(guī)模應用的關鍵瓶頸 。

然而，對該問題的深入分析表明，業(yè)界對柵氧可靠性的關注點正在發(fā)生轉變。雖然相關研究仍在持續(xù)，但該問題已從一個“根本性技術瓶頸”轉變?yōu)橐粋€“可控制造挑戰(zhàn)”。它不再是“能否”制造出可靠器件的問題，而是轉變味“如何以高良率、低成本”大規(guī)模制造的普通制造業(yè)。這一轉變標志著SiC技術已取得階段性突破，并正從實驗室研究進入產(chǎn)業(yè)化成熟期。

2.2 R&D的突破與產(chǎn)業(yè)化解決方案的成熟

面對柵氧可靠性這一核心挑戰(zhàn)，SiC研究界與產(chǎn)業(yè)界投入了大量精力，并取得了顯著的技術進展。其中最成功的解決方案之一便是退火（Annealing）工藝的優(yōu)化。研究表明，采用氮化退火（如NO、N?O）可以有效鈍化SiC/SiO?界面上的缺陷，顯著降低界面態(tài)密度，從而大幅提升溝道載流子遷移率和器件的可靠性 。此外，引入高介電常數(shù)（High-k）介質層也被證明是降低柵氧層所承受電場強度、抑制隧穿電流、并延長介質壽命的有效手段 。

這些技術突破為SiC器件的大規(guī)模商業(yè)化奠定了基礎。研究表明，通過持續(xù)的技術進步，SiC MOSFET的“本征（Intrinsic）”可靠性已能與硅基器件相媲美 。然而，一個新的挑戰(zhàn)隨之浮現(xiàn)：雖然內(nèi)在的物理問題得到了解決，但大規(guī)模量產(chǎn)中由襯底缺陷、加工瑕疵等引起的“外在（Extrinsic）”缺陷仍然是一個重要問題，這些缺陷會成為器件的“薄弱環(huán)節(jié)”，導致早期失效 。

當一個核心技術難題被“馴服”后，它便不再是行業(yè)創(chuàng)新的主旋律，而是成為日常制造工藝和良率控制的組成部分。柵氧可靠性問題的階段性解決，使得SiC器件的主要成本瓶頸從核心技術研發(fā)轉移到了上游材料（襯底和外延片）的制造和良率控制上 。這種矛盾的交替，正是為什么行業(yè)焦點從對“柵氧”的深度研究轉移到對“成本”和“供應鏈”的宏觀考量的根本原因。技術挑戰(zhàn)的解決為更高層次的商業(yè)化挑戰(zhàn)——即規(guī)?；a(chǎn)和成本控制——鋪平了道路。

為了更清晰地呈現(xiàn)這一范式轉移，以下表格對SiC與Si器件在柵氧挑戰(zhàn)上的差異進行了系統(tǒng)性對比，并揭示了行業(yè)關注點的戰(zhàn)略性變化。

3. SiC-IGBT混合器件：一個被成本曲線超越的過渡方案

3.1 混合器件的誕生與價值主張

SiC-IGBT混合器件并非一項革命性技術，而是在SiC產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期，針對特定市場需求而誕生的務實性解決方案。它將SiC肖特基二極管（SBD）或SiC MOSFET與成熟的硅基IGBT進行集成，旨在結合兩者的優(yōu)勢 。

其核心價值主張在于性能與成本的平衡。從技術角度看，SiC器件擁有更快的開關速度和顯著更低的開關損耗，尤其是在關斷時的拖尾電流幾乎為零，這能夠大幅降低系統(tǒng)的能量損耗 。研究表明，混合方案可以將總開關損耗降低約44% ，同時還能實現(xiàn)更高的開關頻率 。這種性能提升，使得混合模塊特別適用于要求高效率和高功率密度的應用場景 。

從經(jīng)濟角度看，早期全SiC器件因其高昂的成本而難以大規(guī)模普及 。在這種市場條件下，混合器件提供了一個極具吸引力的“甜蜜點”：在僅增加10%左右的成本下，提供顯著的效率提升和系統(tǒng)級優(yōu)勢 。其本質是利用了SiC在開關特性上的優(yōu)勢，同時依靠成本更低的Si-IGBT來承擔大部分導通電流，從而在性能和成本之間取得理想的平衡?；旌掀骷某霈F(xiàn)，完美地填充了SiC性能優(yōu)越但價格昂貴與Si-IGBT技術成熟但性能受限之間的市場空白，成為一個理性的過渡性選擇。

然而，混合器件的“風頭不在”，并非其技術本身失敗，而是全SiC方案的成本下降速度超出了市場預期。這種現(xiàn)象揭示了一個重要的產(chǎn)業(yè)發(fā)展邏輯：一個技術路線的勝出，往往不是因為其完美無缺，而是因為其綜合成本效益在特定階段超越了其他所有方案。當全SiC方案的系統(tǒng)成本趨近甚至持平時，混合器件作為“折中方案”的獨特價值便不復存在。

3.2 碳化硅材料的成本下行與全SiC方案的崛起

碳化硅功率器件的成本結構與硅基器件截然不同，其成本主要集中在上游材料：襯底和外延片合計占總成本的70% ，而硅片在硅基器件成本中僅占7% 。因此，要推動SiC器件的普及，核心任務便是降低上游材料成本。

近年來，隨著全球SiC襯底和外延片技術的成熟以及產(chǎn)能的持續(xù)擴張，其價格呈現(xiàn)出顯著的下行趨勢。數(shù)據(jù)顯示，全球6英寸外延片單價已從2020年的1.14萬元/片降至2024年的7300元/片，并預計到2029年將進一步降至4400元/片 。這一持續(xù)的成本下行，直接削弱了混合器件最初的“成本折中”價值主張。

更重要的是，全SiC方案除了器件本身性能卓越外，還能帶來顯著的系統(tǒng)級成本節(jié)約。SiC器件的高效率和低損耗意味著系統(tǒng)可以采用更小、更輕的散熱器，并使用更緊湊的無源元件，從而降低了整個系統(tǒng)的總成本、體積和重量 。這在對體積和重量敏感的新能源汽車等應用中尤為關鍵 。有分析指出，使用SiC MOSFET的系統(tǒng)總成本與使用IGBT的系統(tǒng)成本差異正在迅速縮小，預計未來幾年內(nèi)將趨于接近 。

這種成本下行，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展邏輯從“技術探索”轉向“商業(yè)優(yōu)化”的必然結果。當全SiC方案在成本上不再是高不可攀的“奢侈品”時，其在性能上的絕對優(yōu)勢（更高的效率、更小的體積）自然成為市場選擇的主流?；旌掀骷瓿闪怂臍v史使命，為全SiC方案的全面普及鋪平了道路，它的逐漸淡出是產(chǎn)業(yè)走向成熟的標志。

4. 中國SiC產(chǎn)業(yè)鏈的崛起：加速行業(yè)成熟的關鍵催化劑

4.1 中國供應商的產(chǎn)能擴張與市場份額

中國已初步形成了涵蓋襯底、外延、器件的全產(chǎn)業(yè)鏈，并在政府政策的支持下加速發(fā)展 。在SiC外延片領域，中國已經(jīng)涌現(xiàn)出以瀚天天成為代表的領軍企業(yè)。瀚天天成作為中國首家提供商業(yè)化4英寸和6英寸外延片的廠商，其產(chǎn)能規(guī)劃顯示，計劃在完成二期廠房建設后實現(xiàn)十倍產(chǎn)能增長，達到年產(chǎn)30萬片 。而在SiC襯底領域，中國天岳先進與英飛凌、博世等國際巨頭簽署了長期供應協(xié)議 ，中國SiC襯底銷售額已占據(jù)全球市場的24.4%，顯示出強大的市場競爭力 。

中國供應商的快速崛起，打破了原有國際廠商的寡頭壟斷格局 ，并通過大規(guī)模投資和政府支持，為全球SiC市場注入了巨大的新產(chǎn)能。這種崛起并非僅僅是簡單的供應增加，而是形成了一個強大的市場-技術-資本“雙向奔赴”的閉環(huán)。一方面，龐大的國內(nèi)市場需求，特別是在新能源汽車、光伏逆變器等領域，為本土廠商提供了規(guī)?；炞C和出貨的基礎 。另一方面，本土廠商的規(guī)?；芰τ诌M一步加速了成本下行，使得SiC器件在關鍵應用領域加速滲透。

4.2 “優(yōu)質”與“廉價”的辯證分析

用戶命題將中國供應商的“優(yōu)質”和“廉價”并置，這一措辭揭示了深入分析的必要性。中國供應商的“廉價”并非簡單的低價競爭，而是多重因素疊加的結果。首先，大規(guī)模的投資和產(chǎn)能擴張實現(xiàn)了規(guī)模效應；其次，地方政府的政策支持和補貼降低了初期成本；最后，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應，使得上游材料和設備供應日趨完善，降低了整體制造成本 。

正是足夠好的質量配合極具競爭力的價格，使得SiC器件能夠以更快的速度進入對成本敏感的應用（如新能源汽車），從而加速了全SiC方案的普及。這種“以價換量”的戰(zhàn)略，使得中國供應商得以迅速占領市場份額。因此，行業(yè)關注的重心自然從對“極致技術性能”的追求，轉向了對“供應鏈安全”和“批量供貨能力”的考量。汽車OEMs與SiC制造商建立長期供應協(xié)議，正是這種戰(zhàn)略轉移的最佳體現(xiàn) 。隨著地緣政治風險加劇，全球汽車OEMs開始尋求供應鏈多元化，而中國的本土OEMs則表現(xiàn)出明確的本地化采購傾向，預計到2030年，本土采購比例將從目前的15%升至60% 。這種采購策略的轉變，使得SiC廠商的競爭焦點從單一的技術指標轉移到了更宏觀的商業(yè)能力。

4.3 中國力量如何改變行業(yè)格局

中國供應商的崛起，不僅改變了成本結構和技術路線的選擇，更深層次地重塑了全球SiC產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略重心。首先，大規(guī)模的產(chǎn)能擴張和成本下探，直接加速了全SiC方案的普及，使得混合器件的經(jīng)濟性優(yōu)勢迅速消失。其次，供應鏈的本地化趨勢，使得SiC器件的供應安全成為下游客戶的關鍵考量，這為中國本土供應商提供了巨大的市場契機 。最后，中國的市場-技術-資本閉環(huán)，使得SiC產(chǎn)業(yè)的競爭從簡單的技術性能競賽，轉向了產(chǎn)能、成本、良率、供應鏈安全和客戶關系的全方位博弈，開啟了一個新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展周期 。

5. 總結與展望：SiC行業(yè)新周期的開啟

5.1 核心發(fā)現(xiàn)總結

通過對SiC功率器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展軌跡的深度分析，本報告得出以下核心發(fā)現(xiàn)：

柵氧可靠性問題：它已從一個基礎性的技術研發(fā)難題，轉變?yōu)橐粋€在成熟工藝下可管理的制造良率問題。行業(yè)已找到了有效的技術路徑，并將其內(nèi)化為日常生產(chǎn)工藝的一部分。

SiC-IGBT混合器件：作為一個有效的成本-性能折中方案，其存在價值已被持續(xù)下行的全SiC成本曲線所超越。當全SiC方案在系統(tǒng)級成本上更具競爭力時，混合方案的過渡性使命便宣告完成。

中國供應商的崛起：中國供應商以其大規(guī)模的產(chǎn)能擴張和極具競爭力的價格，作為核心催化劑，顯著加速了上述兩大轉變的進程。這不僅改變了成本結構和技術路線的選擇，更深層次地重塑了全球SiC產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略重心。

5.2 行業(yè)新焦點：從技術可行性到商業(yè)化落地

SiC產(chǎn)業(yè)正進入一個以商業(yè)化落地為核心的新周期，其競爭焦點已發(fā)生根本性轉移。

技術焦點：行業(yè)重心已轉移至更高層次的規(guī)模化挑戰(zhàn)。這包括：8英寸晶圓技術的突破與良率提升 ，上游襯底與外延片的缺陷控制，以及更高效、更高可靠性的器件封裝與模塊化 。

商業(yè)焦點：競爭從單一技術指標比拼轉向了綜合的商業(yè)博弈。核心要素包括：通過垂直整合以控制全產(chǎn)業(yè)鏈成本；構建具有韌性和安全性的供應鏈，以應對地緣政治風險；以及與下游大客戶建立長期戰(zhàn)略合作關系，以確保市場份額和持續(xù)出貨 。

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5.3 對行業(yè)參與者的啟示與建議

SiC行業(yè)的這場范式轉換，為所有參與者提供了重要的啟示。

對于技術創(chuàng)新者：研發(fā)應更側重于解決規(guī)?；a(chǎn)中的良率和一致性問題，而非從零開始的基礎科學探索。重點應放在如何將實驗室成果高效、低成本地轉化為大規(guī)模量產(chǎn)能力。

對于電力電子設計人員：必須重新評估SiC-IGBT混合方案的長期價值，并加速向全SiC方案的轉型。市場不再青睞折中方案，而是追求極致的綜合成本效益。

對于供應鏈管理者：建立多元化、本地化的供應鏈至關重要，以確保在不斷變化的地緣政治和市場環(huán)境中保持競爭優(yōu)勢。與具有成本和產(chǎn)能優(yōu)勢的中國供應商建立戰(zhàn)略合作，將成為未來成功的關鍵因素。

審核編輯 黃宇