从航母到理想L9，为什么都用上这种材料，碳化硅有何优势？
从航母到理想L9都使用了碳化硅材料，是因为该材料有如下优势。一、碳化硅是优秀的第三代半导体材料性能优良的碳化硅，代表着先进的生产力，第三代半导体材料是由碳化硅、氮化镓等构成的一种宽禁带半导体材料，它的击穿电场高、热导率高、电子饱和率高、抗辐射能力强。因而可以在高温、高频率环境下工作，并可在低功耗条件下实现高功率工作。二、推动新能源汽车变革早在2018年，特斯拉MODEL 3在主逆变器中就率先安装了24个由意法半导体生产的碳化硅MOSFET功率模块，这也是该种材料在民用方面较早的大规模应用。以新能源汽车为例，根据Cree公司的计算，如果将纯电动汽车的电源元件转换为碳化硅，则可以提高电能转换效率，提高电能利用效率，降低无效热耗，从而降低整体能耗5%-10%。2019年，碳化硅功率装置的市场规模达到5.41亿美元，2025年有望达到25.62亿，年均复合增长率30%左右。随着下游应用如电动车等的不断发展，导电碳化硅基板的市场将会迅速发展。在应用方面，未来5年，高速发展的新能源汽车将是碳化硅行业的一个长期发展动力。2025-2030年，由于充电桩设施完善，光伏技术成熟，碳化硅产业有望成为第二、第三个驱动力。三、应用市场十分广泛碳化硅不仅仅可以应用在新能源汽车，在高铁列车、航空航天、无线通讯等行业中都有广泛的应用前景，但碳化硅的市场潜力还没有完全开发出来，从产业链的中游来看，它的成长空间很大，将会是推动上游材料发展的一大推动力。
第三代半导体材料有哪些？
碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）。1、碳化硅（SiC）碳化硅，化学式SiC，俗称金刚砂，宝石名称钻髓，为硅与碳相键结而成的陶瓷状化合物，碳化硅在大自然以莫桑石这种稀罕的矿物的形式存在。自1893年起碳化硅粉末被大量用作磨料。 2、氮化镓（GaN）氮化镓是氮和镓的化合物，是一种III族和V族的直接能隙的半导体，自1990年起常用在发光二极管中。此化合物结构类似纤锌矿，硬度很高。氮化镓的能隙很宽，为3.4电子伏特，可以用在高功率、高速的光电元件中，例如氮化镓可以用在紫光的激光二极管，可以在不使用非线性半导体泵浦固体激光的条件下，产生紫光激光。 3、氧化锌（ZnO）氧化锌是锌的氧化物，难溶于水，可溶于酸和强碱。它是白色固体，故又称锌白。它能通过燃烧锌或焙烧闪锌矿取得。在自然中，氧化锌是矿物红锌矿的主要成分。人造氧化锌有两种制造方法：由纯锌氧化或烘烧锌矿石而成。4、金刚石金刚石（diamond），俗称“金刚钻”，它是一种由碳元素组成的矿物，是石墨的同素异形体，化学式为C，也是常见的钻石的原身。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品、工业中的切割工具，也是一种贵重宝石。5、氮化铝（AlN）氮化铝是铝的氮化物。纤锌矿状态的氮化铝是一种宽带隙的半导体材料。故也是可应用于深紫外线光电子学的半导体物料。
碳化硅前景广阔，国内碳化硅企业全力赶超
本文章由湖南贝哲斯信息咨询有限公司研究发布，转载请注明来源。 以碳化硅为代表的第三代半导体具有出色的性能，例如高频、高效率、高输出、耐高压、耐高温和强抗辐射性，众多特点切合节能减排、智能制造、信息安全等国家重大战略需求，它们支撑新一代移动通信、新能源 汽车 、高速轨道列车等产业自主创新发展和转型升级的中心核心材料和电子元器件，已成为全球半导体技术和产业竞争焦点。 碳化硅性能优势明显 由于碳化硅的禁止宽度是硅的三倍，所以碳化硅器件的泄漏电流明显小于硅器件的泄漏电流，从而降低了功率损耗。其次，碳化硅能耐高压，并且其击穿电场强度是硅的十倍以上。最后，碳化硅能耐高温。 碳化硅的热导率比硅更高，这使其更易于散发器件的热量。 但是，目前各种碳化硅器件的成本是硅基器件的2.4-8倍，其中衬底成本和外延成本最高，分别占47%和23%。 从全球碳化硅衬底市场格局来看，美国的CREE在2018年以62%的市场份额领先，其次是美国的II-VI，市场份额约为16%。 总体而言，美国制造商主导着碳化硅市场。 电动 汽车 推动碳化硅市场爆发 第三代半导体另一个重要产品碳化硅，则将受益于电动 汽车 行业的快速成长而迎来爆发机会。 随着新能源 汽车 的发展，对功率半导体器件的需求日益增长。数据显示，传统燃料 汽车 中，半导体器件的平均价值为355美元，而新能源 汽车 中，半导体器件的价值为695美元，几乎翻了一番，其中，功率器件的增长最为显著，从17美元增加到265美元，增长幅度近15倍。目前市场上，用于新能源 汽车 的大多数功率半导体都是硅基器件，例如硅基IGBT和硅基MOSFET。随着技术和产品的成熟，第三代半导体将逐渐取代大多数硅基产品，市场对碳化硅的需求量越来越大。 在2019年，以碳化硅为代表的第三代半导体电力电子设备应用在电动 汽车 领域取得了快速进展。全球有20多家 汽车 制造商在其车载充电器中使用碳化硅器件。特斯拉Model 3逆变器使用ST Microelectronics的全碳化硅功率模块。各 汽车 制造商都计划于未来几年内将碳化硅电力电子器件用于主逆变器中。在充电基础设施方面，台达联手通用等合作开发，将碳化硅功率半导体器件应用于400KW的拆快读充电器中。在电驱动方面，Cree联手，双方都已达成战略合作协议，促进使用基于碳化硅的逆变器开发电驱动动力总成。 碳化硅在光伏产业中的应用 在太阳能应用中，基于硅器件的传统逆变器的成本约占系统的10%，但却是导致系统能量损耗的主要原因之一。将碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET与碳化硅SBD结合的功率模块的光伏逆变器可将转换效率从96%提高到99%以上，能源消耗有50%以上的降幅，并且设备使用寿命能够提升50%，达到减少系统体积、增加功率密度、延长设备寿命和降低制造成本的效果。高效率、高功率密度，高可靠性和低成本是太阳能逆变器的未来发展趋势。在组串式和集中式光伏逆变器中，碳化硅产品有望逐步取代硅基器件。 碳化硅产业链依次为上游衬底，中游外延晶片制造，下游器件制造。从整个碳化硅产业来看，美国、日本和欧洲是产业内部的三老巨头。其中，美国全球独大，占世界碳化硅产量的70%至80%。CREE在碳化硅晶片市场中的市场份额高达60%；欧洲拥有完整的碳化硅衬底、外延、器件和应用程序的产业链，并且在全球电力电子市场中拥有较强的影响力。日本是设备和模块开发方面的绝对领导者。自上世纪八十年代以来，美国、日本和欧洲等发达国家一直将宽禁带半导体技术置于极其重要的战略地位，以保持在航空航天、军事和技术上的领先地位。这些国家和地区在碳化硅半导体领域，已走在世界前列。碳化硅半导体器件产业化主要以英飞凌、Cree公司、GE和罗姆公司、丰田公司等为代表。 国内碳化硅半导体企业正全力赶超 与美日欧相比之下，我国碳化硅企业在技术、产能等方面虽然仍有欠缺，国内拥有全球最大的消费市场，增长速度高于世界平均水平。国第三代半导体产业从 2015 年开始高速增长，从终端市场看未来应用将广泛扩展到人工智能、新能源 汽车 、自动驾驶、5G 技术、车联网等领域。第三代半导体器件在新兴应用领域的渗透迅猛，国内市场化进度显著快于国外。当前我国碳化硅产业链已初具规模，具备将碳化硅产业化的基础，国内企业有望在本土市场应用中实现弯道超车，一些代表性的企业如天科合达、山东天岳、河北同光等竞争力不断提高。 碳化硅半导体具有广泛的潜在应用，在新能源 汽车 、太阳能发电和其他电力相关领域均具有潜在价值。随着下游行业对具有轻量化、高转换效率和低发热特性的半导体功率器件的需求不断增长，工业发展不可避免地要用碳化硅代替功率器件中的硅。然而，碳化硅单晶和外延材料的高成本、材料缺陷等问题尚未完全解决，制造难度高，不成熟的器件封装无法满足高频和高温应用的需求，全球碳化硅技术与产业距离成熟尚有一定的差距，因此碳化硅器件市场的扩张步伐在一定程度上受到限制。 碳化硅材料具有出色的耐热性、耐腐蚀性和导热性，应用前景非常广阔。作为第三代半导体材料，碳化硅得到外界越来越多的关注和重视，现已成为国内外研究热点。未来发展空间不可限量。在各国加紧布置的同时，国内也需要加快碳化硅半导体的整体研究与开发，创建一个独立且具有国际竞争力的碳化硅材料和器件产业。 联系邮箱: info@globalmarketmonitor.com 转载请关注公众号 Market Monitor
第一代、第二代、第三代半导体材料分别是？
1.第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗元素（Ge）半导体材料。作为第一代半导体材料的锗和硅，在国际信息产业技术中的各类分立器件和应用极为普遍的集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业中都得到了极为广泛的应用，硅芯片在人类社会的每一个角落无不闪烁着它的光辉。2.第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）；三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP；还有一些固溶体半导体，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半导体（又称非晶态半导体），如非晶硅、玻璃态氧化物半导体；有机半导体，如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。3.第三代半导体材料主要以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的宽禁带半导体材料。在应用方面，根据第三代半导体的发展情况，其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及其他4个领域，每个领域产业成熟度各不相同。在前沿研究领域，宽禁带半导体还处于实验室研发阶段。扩展资料Si和化合物半导体是两种互补的材料，化合物的某些性能优点弥补了Si晶体的缺点，而Si晶体的生产工艺又明显的有不可取代的优势，且两者在应用领域都有一定的局限性，因此在半导体的应用上常常采用兼容手段将这二者兼容，取各自的优点，从而生产出符合更高要求的产品，如高可靠、高速度的国防军事产品。因此第一、二代是一种长期共同的状态。但是第三代宽禁带半导体材料，可以被广泛应用在各个领域，消费电子、照明、新能源汽车、导弹、卫星等，且具备众多的优良性能可突破第一、二代半导体材料的发展瓶颈，故被市场看好的同时，随着技术的发展有望全面取代第一、二代半导体材料。参考资料百度百科——半导体材料
