隨著電動汽車、智能電網(wǎng)、核電、太陽能、風(fēng)能等能源領(lǐng)域以及航海、航空、航天、高速軌道交通等技術(shù)的不斷發(fā)展，對功率器件的性能提出了更高的要求。目前，基于硅基材料制作的功率器件已經(jīng)隨其結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝的改進日趨完善，但受到材料本身的特點，限制了其進一步的完善。第三代半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)滿足了人們對于未來器件使用的更高需求，人們預(yù)測第三代半導(dǎo)體材料能夠替代第一代半導(dǎo)體材料，在工業(yè)界獲得更廣泛的應(yīng)用。

第三代半導(dǎo)體材料具有高禁帶寬度，高的擊穿電場、熱導(dǎo)率、電子飽和速率及高抗輻射能力，適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，主要代表材料有碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、金剛石、氮化鋁等。其中，碳化硅材料各項指標均優(yōu)于硅，其禁帶寬度幾乎是硅的3倍，理論工作溫度可達600℃，遠高于硅器件工作溫度。技術(shù)成熟度最高，應(yīng)用潛力最大。

一、碳化硅在電動汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

碳化硅作為未來電動汽車充電模塊和電動模塊中的關(guān)鍵先進電子材料，有望推動實現(xiàn)綠色出行的能源供應(yīng)、低碳、智能、可持續(xù)發(fā)展，搶占未來高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點。碳化硅器件對電動車充電模塊性能的提升主要體現(xiàn)在三方面：

（1）提高頻率，簡化供電網(wǎng)絡(luò)；

（2）降低損耗，減少溫升。

（3）縮小體積，提升效率。

碳化硅器件能提高純電動汽車或混合動力汽車功率轉(zhuǎn)化性能。電動汽車的電動模塊中電動機是有源負載，其轉(zhuǎn)速范圍很寬，且在行駛過程中需要頻繁地加速和減速，工作條件比一般的調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜。采用碳化硅功率器件可有效提高其驅(qū)動系統(tǒng)，獲得更高的擊穿電壓、更低的開啟電阻、更大的熱導(dǎo)率；并且能保證在更高溫度下可以穩(wěn)定工作，原來幾公斤的散熱片可大幅減少甚至直接刪去，這將引起電動汽車設(shè)計方面革命性的變化，使電動汽車或混合動力汽車功率轉(zhuǎn)化能耗損失降低20%，對大幅提高電動汽車續(xù)航里程具有重要意義。

圖：使用碳化硅材料的新能源汽車

二、碳化硅在新型輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用

碳化硅基功率開關(guān)由于具有極低的開態(tài)電阻，并且能應(yīng)用于高壓、高溫、高頻場合，是硅基器件的理想替代者。與使用硅功率電源裝置相比，使用碳化硅功率模塊，其體積與重量會減小40%以上，同時由開關(guān)損失引起的功率損耗可降低5倍以上，這將對未來電網(wǎng)形態(tài)和能源戰(zhàn)略調(diào)整產(chǎn)生重大影響。碳化硅器件規(guī)模應(yīng)用于固態(tài)斷路器、換流閥、有源濾波等已有裝備上將為實現(xiàn)智能電網(wǎng)、加速我國能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型提供核心元器件及關(guān)鍵裝備等提供支撐。

碳化硅智能功率模塊

三、碳化硅在太陽能等領(lǐng)域的應(yīng)用

碳化硅功率器件應(yīng)用于太陽能逆變器、不間斷電源設(shè)備以及風(fēng)能電機驅(qū)動器等大功率模組件，可以使設(shè)備的尺寸更小、物料成本更低以及效率更高。新標準太陽能硅基逆變器典型的轉(zhuǎn)換效率接近96%，而采用碳化硅基逆變器的平均效率能提高到97.5%，相當于減少了25%的逆變器損耗，碳化硅基逆變器在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域可提高轉(zhuǎn)換效率20%。

芯光潤澤光伏逆變器實現(xiàn)尺寸縮減、降低物料成本以及效率提高

四、碳化硅材料在LED照明領(lǐng)域的應(yīng)用

LED光電器件的核心材料碳化硅和氮化鎵等第三代半導(dǎo)體材料的技術(shù)及應(yīng)用正在成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。碳化硅LED照明設(shè)備能將原LED燈使用數(shù)量下降1/3，成本下降40～50%，而亮度卻提高兩倍，導(dǎo)熱能力提高10倍以上。LED照明是未來光照領(lǐng)域的發(fā)展方向，日常生活中人們可見到的各類信號燈、車內(nèi)照明、信息屏、彩色顯示設(shè)備，白光照明現(xiàn)在都利用碳化硅LED半導(dǎo)體照明，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電光轉(zhuǎn)換效率，達到大幅降低成本和減少污染的目的。