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，能源危機是我國面臨的極大考驗。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，能源危機有可能緩解。”

  碳化硅出色的性能優(yōu)勢，能夠為我國的社會發(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。

  我國實現(xiàn)量產(chǎn)打破國外壟斷

  泰科天潤公司實現(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，不會單獨賣中間某個配件。”

  此次國內(nèi)企業(yè)泰科天潤公司實現(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)品的成品率達到國際領(lǐng)先水平，600V/50A、1200V/50A實現(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上起步較早，現(xiàn)在已經(jīng)看到希望。”他進一步指出：“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)，使我國進入了碳化硅發(fā)展的隊列中，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)加入進來，相關(guān)配套支撐環(huán)節(jié)完善，才能實現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。

  三大舉措推進產(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)展的契機就在這幾年。

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

  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，契機點就在當(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新材料和器件列入國家科技重大專項之中。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?，F(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點。當(dāng)前，搶占時間點，推動碳化硅功率器件的產(chǎn)業(yè)化步伐勢在必行。