Siliziumkarbid 2.0: Wie Breitband-Halbleiter die globale Energieinfrastruktur umgestalten

Siliziumkarbid 2.0: Wie Breitband-Halbleiter die globale Energieinfrastruktur umgestalten

1Der Hauptvorteil der Siliziumkarbidtechnologie: Durchbrechen der physikalischen Grenzen traditioneller Materialien auf Siliziumbasis
1.1 Durchbruch in der materiellen Eigenschaft
Hochdruck- und Hochtemperaturbeständigkeit: Siliziumkarbid (SiC) Bandlücke von 3,2 eV (Silizium ist nur 1,1 eV), Abbaufeldstärke ist 10-mal höher als bei Silizium, kann hohen Temperaturen bei Arbeitsumgebung über 200 °C standhalten,die Zuverlässigkeit des Geräts erheblich verbessern 16.
Eigenschaften von hoher Frequenz und geringem Verlust: Die Schaltgeschwindigkeit von SiC-MOSFETs ist 100-mal schneller als die von Silizium-basierten IGBTs, der Einschaltwiderstand wird auf 1/100 des Silizium-basierten Geräts reduziert,und der Energiebedarf des Systems um 70% reduziert.
Volumen- und Gewichtsoptimierung: Bei gleicher Leistung wird das Volumen von Siliziumkarbidgeräten auf 1/3 der Silizium-basierten Geräte reduziert, was das Leichtgewicht von Neuenergiegeräten unterstützt 68.
1.2 Wirtschaftliche Verbesserungspfad
2023-2024 fallen die weltweiten Preise für Siliziumkarbidgeräte um 35% (z. B. 1200V/40mΩ SiC MOSFET-Einheitspreis von 35 Yuan auf 23 Yuan), die zukünftigen Kosten werden voraussichtlich 1,5-2 Mal nahe dem Silizium-IGBT liegen,Beschleunigung der Vermarktung 3.
2, eingehende Analyse von Anwendungsszenarien im Bereich der neuen Energie
2.1 Neue Energiefahrzeuge: Die drei Kernmodule, die die Energieeffizienzrevolution vorantreiben
Hauptantriebsumrichter: Die Verwendung von Siliziumkarbid kann den Verlust des Motorsteuerungssystems um 5% reduzieren, die Reichweite um 10%, das Tesla Model 3, BYD Han und andere Modelle haben eine groß angelegte Anwendung erreicht 13.
Bordgebührensystem (OBC): SiC-Geräte erhöhen die Ladeeffizienz auf mehr als 97%, unterstützen 800-Volt-Hochspannungsplattformen und erreichen eine ultraschnelle Aufladung von 15 Minuten auf 80%.
Gleichspannungs- und Gleichspannungswandler: Siliziumkarbidlösungen reduzieren die Filterkapazität um 40% und erhöhen die Leistungsdichte um das Dreifache.
2.2 Ladestapel: die wichtigste technische Unterstützung des Hochspannungsschnellladens
Siliziumkarbid-Geräte in Gleichstrom-Schnellladestellen können die Schaltkreistopologie vereinfachen, das Volumen des Heizkörpers um 50% reduzieren, 480 kW Überlastleistung unterstützen,und die Marktgröße wird voraussichtlich 2.5 Milliarden Yuan im Jahr 2024.
2.3 Photovoltaikenergie: Eine revolutionäre Lösung für Effizienzsprünge
Die Umwandlungseffizienz von Photovoltaik-Invertern mit SiC-MOSFETs wird von 96% auf 99% erhöht, der Energieverlust um 50% reduziert, die Lebensdauer der Ausrüstung um das 50-fache verlängert,und die Lebenszyklusteuer um 12% gesenkt wird.
3, Industriewettbewerbsmuster und technologische Herausforderungen
3.1 Weltmarktmuster
Internationale Hersteller dominieren: Wolfspeed, Infineon und die anderen fünf größten Unternehmen besetzen einen Marktanteil von 91,9%, 2026 wird eine weltweite Produktionskapazität von 4,6 Millionen Stück (entspricht 6 Zoll) geplant 3.
Durchbruch der chinesischen Hersteller: Die Hersteller von reinen Halbleitern haben den spezifischen Betriebswiderstand (Rsp) von 1200 V SiC-MOSFET auf 2,8 bis 3,3 mΩ reduziert und sich damit allmählich dem internationalen Leitniveau von 38° nähern.
3.2 Wesentlicher technischer Engpass
Antriebskreislaufkonstruktion: Spannungsschwankungen (dv/dt bis 100 kV/μs) und elektromagnetische Störungen (EMI) durch Hochfrequenzschaltungen sollten unterdrückt werden.
Optimierung des Paketprozesses: Niedrige parasitäre Induktivität (< 5nH) wurde entwickelt, um den hohen Frequenzmerkmalen von Siliziumcarbid 712 gerecht zu werden.
4, zukünftige Trends und strategische Vorschläge
4.1 Richtung der Technologieiteration
Entwicklung von doppelseitigen Kühlmodulen und integrierten Konstruktionen (z. B. IPM-Pakete) zur weiteren Senkung der Systemkosten und des Volumens119.
4.2 Weg der Zusammenarbeit in der Industriekette
Erstellen Sie die "Substrat-Epitaxie-Gerät-Anwendung" Vollkettenlokalisierungsfähigkeit, und die Zielkosten für Chinas Siliziumkarbid-Substrat werden 2026 auf 2000 Yuan/Stück 312 reduziert.
Schlussfolgerung
Die Technologie für Siliziumkarbid fördert die strukturelle Modernisierung der neuen Energiewirtschaft durch Materialinnovation.es wird weiterhin Wert in den drei Dimensionen der Energieeffizienz schaffen, Ausrüstungszuverlässigkeit und Systemwirtschaft und werden zum Kerntechnologie-Träger der globalen CO2-neutralen Strategie.