在電能的產(chǎn)生、輸送和分配過程中，電力傳送效率和使用效率至關(guān)重要。當(dāng)前，電力傳輸功率器件主要是基于硅材料，由于發(fā)展了30年，硅材料的物理性能已經(jīng)發(fā)掘殆盡。碳化硅作為半導(dǎo)體界公認(rèn)的“一種未來的材料”，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。日前，泰科天潤半?dǎo)體科技(北京)有限公司實(shí)現(xiàn)了碳化硅肖特基二極管功率器件的量產(chǎn)。這對我國電力電子業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

  碳化硅材料帶來革命性變化

  碳化硅材料能夠抗高溫，如果汽車采用碳化硅功率器件，將出現(xiàn)革命性變化。

  碳化硅材料有著廣闊的用武之地，小到電腦、家電，大到混合電動車，再大到國家電網(wǎng)、鐵路運(yùn)輸、光伏產(chǎn)業(yè)等需要節(jié)能降耗、提高電力效率的領(lǐng)域都能用到。

  在汽車的應(yīng)用上，泰科天潤總經(jīng)理陳彤向《中國電子報》記者介紹：“汽車的整套水冷系統(tǒng)中裝置的散熱片重達(dá)2～4公斤，成本高、體積大、分量重，可控性較差。碳化硅材料能夠抗高溫，如果汽車中采用碳化硅功率器件，原來幾公斤的散熱片可以大幅減少甚至直接拿掉，這將是一個革命性的變化。”

  對電壓要求極高的工業(yè)領(lǐng)域碳化硅也有廣泛應(yīng)用空間。中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會前副理事長趙正平指出：“硅功率器件最高關(guān)斷電壓只能做到6000伏，而目前碳化硅功率器件最高關(guān)斷電壓可做到20萬伏。我國智能電網(wǎng)建設(shè)要求使用關(guān)斷電壓在萬伏以上的功率器件，單個硅功率器件是無法達(dá)到要求的，碳化硅功率器件卻能輕松勝任。”

  此外，碳化硅在綠色能源發(fā)展中可以起到支撐作用。中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會常務(wù)副理事長肖向鋒表示：“現(xiàn)在煤和石油越來越緊缺，能源危機(jī)是我國面臨的極大考驗(yàn)。國家倡導(dǎo)綠色能源，發(fā)展光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電。如果碳化硅功率器件發(fā)展起來，能大大提高電力傳送效率和使用效率，能源危機(jī)有可能緩解。”

  碳化硅出色的性能優(yōu)勢，能夠?yàn)槲覈纳鐣l(fā)展建設(shè)發(fā)揮出不可或缺的支撐作用。碳化硅的出現(xiàn)，也為全球半導(dǎo)體功率器件產(chǎn)業(yè)開辟了更為廣闊的發(fā)展空間。因此，發(fā)展碳化硅材料，成為了全球半導(dǎo)體企業(yè)的共同選擇。

  我國實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)打破國外壟斷

  泰科天潤公司實(shí)現(xiàn)碳化硅肖特基二極管多個功率器件量產(chǎn)，產(chǎn)品涵蓋600V～3300V等中高壓范圍。

  在全球碳化硅市場的發(fā)展格局中，歐、美、日搶先一步，早在2003年左右就實(shí)現(xiàn)碳化硅功率二極管的商品化。

  對于碳化硅行業(yè)的整體發(fā)展情況，陳彤向記者介紹：“美國是全球碳化硅的老大，所占市場份額最大。英國的主導(dǎo)產(chǎn)品還是硅，碳化硅的發(fā)展正在積累中。日本企業(yè)比較特殊，從材料做到終端產(chǎn)品，不會單獨(dú)賣中間某個配件。”

  此次國內(nèi)企業(yè)泰科天潤公司實(shí)現(xiàn)碳化硅肖特基二極管多個功率器件量產(chǎn)，產(chǎn)品涵蓋600V～3300V中高壓范圍，其中600V/10A、1200V/20A等產(chǎn)品的成品率達(dá)到國際領(lǐng)先水平，600V/50A、1200V/50A實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)突破，1700V/10A、3300V/5A兩個產(chǎn)品也已經(jīng)完成研發(fā)。

  從無到有，實(shí)現(xiàn)碳化硅量產(chǎn)需要克服諸多挑戰(zhàn)。陳彤指出：“一是來自硬件設(shè)備層面的挑戰(zhàn)。目前使用的加工設(shè)備均為通用設(shè)備，并沒有專為碳化硅材料定制的。二是來自人才方面的挑戰(zhàn)。在碳化硅沒有實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的情況下，相關(guān)人才也是空白的。三是來自管理方面的挑戰(zhàn)。由于量產(chǎn)涉及到工藝控制，半導(dǎo)體各個環(huán)節(jié)都要做得非常精準(zhǔn)，才能做出穩(wěn)定且成品率高的產(chǎn)品。”

  碳化硅功率器件的量產(chǎn)，打破了國外技術(shù)壟斷。趙正平告訴《中國電子報》記者：“雖然我國在硅材料的發(fā)展上和國外差距較大，但是在碳化硅材料的推進(jìn)上起步較早，現(xiàn)在已經(jīng)看到希望。”他進(jìn)一步指出：“當(dāng)前國內(nèi)另一家企業(yè)型研究所，中國電科55所也已做出碳化硅二極管和結(jié)型場效應(yīng)功率管，并即將量產(chǎn)。”

  我國碳化硅功率器件的量產(chǎn)，使我國進(jìn)入了碳化硅發(fā)展的隊(duì)列中，與歐、美、日并肩同行。為了使我國碳化硅產(chǎn)品在與國外企業(yè)競爭中具有競爭力，未來還需要有更多的國內(nèi)企業(yè)加入進(jìn)來，相關(guān)配套支撐環(huán)節(jié)完善，才能實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。

  三大舉措推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化

  碳化硅量產(chǎn)為我國提供了后發(fā)優(yōu)勢，對碳化硅產(chǎn)業(yè)來講,發(fā)展的契機(jī)就在這幾年。

  推動碳化硅功率器件的發(fā)展，需要盡早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。對于中國來說，擁有時間上的契機(jī)點(diǎn)。

  陳彤指出：“碳化硅產(chǎn)品量產(chǎn)為我國提供了后發(fā)優(yōu)勢，2014年對整個碳化硅產(chǎn)業(yè)來講非常關(guān)鍵，契機(jī)點(diǎn)就在當(dāng)下幾年。一是全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)并不在高峰期，碳化硅市場并沒有真正啟動;二是最大的市場在中國，目前國外廠商都在等中國市場成熟。我國需要利用好這個時間差，盡快推進(jìn)碳化硅的成熟。”

  對于如何加速碳化硅產(chǎn)業(yè)化步伐，趙正平認(rèn)為：“國家已將碳化硅單晶材料和功率器件作為重點(diǎn)新材料和器件列入國家科技重大專項(xiàng)之中。未來需要做好幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié):一是碳化硅產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)部分的單晶要國產(chǎn)化。做碳化硅功率器件需要較大尺寸的無微管缺陷的單晶片。由于技術(shù)壟斷，在2004年左右一片2英寸的碳化硅單晶片國外賣給我們要5萬元。現(xiàn)在國內(nèi)的3英寸碳化硅單晶片已有小批量供貨，國外的價格在逐步下降，但一片3英寸單晶片也要1.7萬元。如果國內(nèi)實(shí)現(xiàn)碳化硅單晶的產(chǎn)業(yè)化，價格可以降到每片6000元。二是建立一條成熟的碳化硅功率器件生產(chǎn)線，有了生產(chǎn)線，才能生產(chǎn)出產(chǎn)品。三是要與應(yīng)用相結(jié)合。國外更早一步進(jìn)入碳化硅市場，作為后來者，只有產(chǎn)品比對方做得好、更便宜，才能在市場上站住腳。”

  碳化硅材料的發(fā)展程度對我國至關(guān)重要。陳彤指出：“碳化硅的發(fā)展好壞，決定我們能否在下一個30年掌握主動權(quán)，站在全球功率器件的高端領(lǐng)域。如果這一步?jīng)]有跟上，我們有可能重蹈硅功率器件的老路，高利潤環(huán)節(jié)被國外企業(yè)壟斷。”

  在硅材料興盛的30年中，由于我國起步較晚，功率器件產(chǎn)業(yè)一直處在被動局面。碳化硅材料的發(fā)展，提供了一次重新洗牌的機(jī)會。由于當(dāng)前全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)處在低迷時期，碳化硅市場沒有成熟，中國有一個難得的契機(jī)點(diǎn)。當(dāng)前，搶占時間點(diǎn)，推動碳化硅功率器件的產(chǎn)業(yè)化步伐勢在必行。