2021年碳化硅下游市场应用构成

半绝缘型碳化硅主要用在射频器件上，主要为面向4G/5G通信基站和新一代有源相控阵雷达应用的功率放大器。射频器件是无线通讯设备的基础性零部件，扮演信号转换的角色，目前主流的射频器件有砷化镓、硅基LDMOS、碳化硅基氮化镓等不同类型，半绝缘型碳化硅衬底制备的氮化镓射频器件是迄今为止最为理想的微波射频器件，主要为面向通信基站以及雷达应用的功率放大器，根据Yole预测，到2025年，功率在3W以上的射频器件市场中，砷化镓器件市场份额基本维持不变的情况下，氮化镓射频器件有望替代大部分硅基LDMOS份额，占据50%的射频器件市场份额。

半导电型碳化硅主要用在功率器件上，主要面向电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通、智能电网等高压高温高频场景。功率器件又被称为电力电子器件，是构成电力电子变换装置的核心器件，功率器件主要包括功率二极管、功率三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等。碳化硅功率器件具有高电压、大电流、高温、高频率、低损耗等独特优势，将极大地提高现有使用硅基功率器件的能源转换效率，对高效能源转换领域产生重大而深远的影响，主要应用领域有电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通、智能电网等。相同规格的碳化硅基MOSFET与硅基MOSFET相比，其尺寸可大幅减小至原来的1/10，导通电阻可至少降低至原来的1/100。相同规格的碳化硅基MOSFET较硅基IGBT的总能量损耗可大大降低70%。

外延是碳化硅器件必不可少的环节，外延质量对器件性能影响极大。碳化硅外延晶片是指在碳化硅衬底的基础上，经过外延工艺生长出晶格一致、高纯度、低缺陷的特定单晶薄膜。由于采用升华法制备的单晶衬底无法实现对载流子浓度的精密控制，且无法有效降低晶体缺陷，因此需要在衬底上生长高质量的外延层方可用于器件制造，即外延生长技术是碳化硅器件必不可少的环节，外延质量对器件性能影响极大。

按照晶格堆垛结构的不同，常见的碳化硅单晶材料（衬底和外延）主要包括以下三种晶型：3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC。由于原子堆垛结构的差异，导致4H-SiC在垂直型方向拥有更高的临界电场强度、电子迁移率和更低的导电各向异性，因此4H-SiC更适合商业化的垂直型功率器件（SBD和MOSFET），对应SBD和MOSFET器件特性也优于3C-SiC和6H-SiC单极型器件的理论极限。