當下，低碳化和數字化齊頭并進的發展，帶來了萬物互聯、能源效率、未來出行等多重變革。而在這個突飛猛進的過程中，第三代半導體則發揮著重要作用。

同屬第三代半導體，碳化硅和氮化鎵近年來不斷發光發熱，成為半導體領域的“流量明星”。那么，這兩種材料，誰的市場前景更大呢？

碳化硅和氮化鎵：在不同引擎驅動下前進

碳化硅和氮化鎵都具有禁帶寬度大、電子漂移飽和速度高、導電性能好等特點，這就決定了碳化硅與氮化鎵有部分重疊的應用領域，雙方均可應用于電動汽車、光伏儲能領域。

但兩者也有各自的優勢，比如碳化硅在導熱率上更具優勢，而氮化鎵則具備更高的電子遷移率，因此碳化硅與氮化鎵的應用領域必定有所區別。針對這一問題，化合物半導體市場與業內多家企業進行深入溝通，了解不同企業的看法與布局。

國星光電直言，碳化硅與氮化鎵雖有競爭，卻各有側重。據介紹，碳化硅更側重于高壓應用，尤其是在電動汽車電池800V電壓平臺技術，SiC的高壓工作特性會更具有應用優勢；GaN則更側重高頻應用，在OBC、DCDC、儲能電源系統等應用中可以實現降低體積與重量，提升效率。

但未來，隨著GaN耐壓能力的進一步提升，其可承受1200V超高電壓，并具備更高性價比時，在新能源市場的應用優勢將越發明顯。而SiC憑借其固有的優勢，將往更高耐壓的技術路徑深入發展，在超高壓電網等領域得以施展拳腳。

芯塔電子則指出，GaN功率器件既擁有類似SiC在寬禁帶材料方面的性能優勢，也擁有更強的成本控制潛力。與傳統硅材料相比，基于GaN材料制備的功率器件擁有更高的功率輸出密度和更高的能量轉換效率，并可以使系統小型化、輕量化，可有效降低電力電子裝置的體積和重量。隨著新能源汽車市場的爆發式增長，未來在新能源汽車市場，GaN也將擁有自己的一席之地。

芯塔電子也指出了GaN在新能源汽車領域所面臨的挑戰。據悉，由于車規級認證過程較慢，對器件的可靠性和安全性要求較高，并且GaN要同時面臨硅器件和SiC器件的競爭，因此只有GaN做得足夠好，成本足夠低，才可以有較強的競爭力，否則難以進行大規模應用和普及。此外，由于硅基GaN功率器件的工作電壓較低，而耐高壓的SiC基GaN功率器件又比較貴，GaN功率器件預計要到2025年后才有可能在電動車上進行部署。

羅姆指出，GaN和SiC均在功率器件的應用中存在巨大潛力。其中，GaN器件作為高頻工作中出色的器件，在中等耐壓范圍的應用中備受期待。近日，羅姆開始量產具有業界超高性能的650V耐壓GaN HEMT，非常適用于服務器和AC適配器等各種電源系統的效率提升和小型化。

據介紹，與SiC相比，GaN具有出色的高速開關特性，因而在基站和數據中心等領域中，GaN器件由于可以降低各種開關電源的功耗并實現小型化而被寄予厚望；而在汽車行業，GaN器件則可應用于車載OBC，48V DC/DC轉換器。

圖源：羅姆

總體而言，碳化硅和氮化鎵在應用上的競爭領域以耐受電壓600V-900V為界，高于此區間以碳化硅為主，比如高鐵、輸變電、新能源汽車以及工業控制等；而低于此區間則以氮化鎵的應用潛力更大，比如微波射頻、開關以及充電器等。

從市場空間上而言，由于成本及技術原因，目前硅基半導體材料仍然是市場的主流，而碳化硅與氮化鎵器件的滲透率仍有較大提升空間。

其中，SiC的市場規模又高于GaN。根據TrendForce集邦咨詢旗下化合物半導體研究處最新報告《2023 SiC功率半導體市場分析報告-Part1》分析，2023年整體SiC功率元件市場規模達22.8億美元，年成長41.4%，至2026年SiC功率元件市場規模可望達53.3億美元。

碳化硅的成長沃土：新能源汽車

根據乘聯會統計的數據，2022年全年，國內新能源汽車零售567.4萬輛，同比增長90%；而零售量的高速增長也帶動了新能源汽車滲透率的持續提升，達27.6%，較2021年提升超12個百分點。

但目前新能源汽車的發展仍受續駛里程、充電時間和電池容量的制約，是產業界亟待解決的重要問題。碳化硅可滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應用需求，進而解決新能源汽車的里程焦慮和充電焦慮，而汽車功率半導體也成為當下碳化硅發揮作用最大的領域，也是該材料最大的下游應用市場。但車規級對產品要求較高，且目前國際企業和國內企業正處于發展的不同階段。

國星光電認為，國際龍頭廠商在半導體行業具有技術積累優勢，國產SiC要實現突圍，需要實現規模化生產及應用，預測3-5年內國內廠商有望追趕上國際廠商的技術水平，以支撐規?；?/p>

據悉，目前國星光電已面向光伏、儲能、消費類電源、工業電源、電網、新能源汽車及充電樁等領域推出多款SiC產品，包括有TO-247-2封裝的SiC SBD、TO-247-3/4封裝的SiC MOSFET分立器件；NS62m、NSEAS系列封裝的SiC MOSFET功率模塊。

芯塔電子指出，國內碳化硅產業鏈都在積極擴產，但產能還未真正大規模釋放，產能等方面與海外巨頭還有差距，國內碳化硅產業要依靠整個國內產業鏈的合作與深度協同，才能更好的與海外巨頭競爭。

具體到汽車市場，芯塔電子表示，國內多家碳化硅廠家都計劃在近兩年向市場提供碳化硅MOSFET，行業整體工藝能力有所提升，國內碳化硅行業的整體競爭力將不斷提升，與國際大廠的差距在縮小，這是利好。

但芯塔電子也指出，當下碳化硅的發展也存在較大挑戰。一方面，隨著電動汽車市場的持續增長，800V高壓平臺車型及高壓快充網絡正在加速布局，這對碳化硅企業提出了更高的挑戰；另一方面，2023年國際宏觀經濟和政治形勢波動帶來的全球經濟不確定性風險加劇，而供應鏈安全關系到產業的可持續發展，這是整個產業面臨的壓力和挑戰。

芯塔電子目前已在光伏、工業電源等領域積累數百家優質客戶資源，SiC MOSFET已成功導入新能源汽車、光伏、儲能、充電樁、高端電源等領域多家頭部客戶。此外，其車規級碳化硅模塊產業已經完成落地，計劃將于2023年底完成通線。
泰科天潤指出，目前國外友商車規級SiC產品交期嚴峻，且SIC MOSFET良率不高。國際友商優先交付大客戶訂單而導致國內下游供應不足，疊加復雜的國際形勢，導致國產化替代的加速，早期對國內廠商持觀望態度的國外友商以及本土客戶也開始持開放態度，與國內原廠交流。在此背景下，國內企業要注重提高性價比、提升核心競爭力、批量生產良率穩定的產品。
目前泰科天潤已有多款型號產品在汽車電子行業應用于OBC、DCDC等車載類電源中，后續6英寸以及正在動工的8英寸線也會朝汽車市場布局，豐富碳化硅MOSFET系列。據悉，公司預計在2023年針對650V/1200V/1700V SiC MOS 陸續推出各個型號的產品。

此外，基本半導體車規級碳化硅芯片產線于4月24日正式通線；芯粵能碳化硅芯片制造項目預計在今年下半年進入量產環節；智新半導體二期產線在5月18日正式開工；比亞迪半導、斯達半導、時代電氣以及士蘭微等企業的IGBT模塊和芯片已開始上車，國產碳化硅廠商進入汽車應用有了先行樣本。
國際方面，羅姆于2010年量產SiC MOSFET。在車載領域，羅姆于2012年推出支持AEC-Q101認證的車載品，并在車載充電器（OBC）領域擁有很高的市場份額。此外，羅姆碳化硅產品還應用于車載DC/DC轉換器等領域。

2018年，羅姆在德國杜塞爾夫開設了“Power Lab”，幫助眾多汽車和工業設備領域廠商提高其設計效率；2020年6月，羅姆發布了業界先進的第4代低導通阻抗碳化硅MOSFET，在不犧牲短路耐受時間的前提下，成功實現業界超高水平的低導通電阻。

羅姆還與多個公司聯合發展車規級SiC技術，比如與北汽新能源、聯合汽車電子、臻驅科技分別建立碳化硅聯合實驗室；與緯湃科技就電動汽車電力電子技術簽署開發合作協議，并成為其碳化硅技術的首選供應商；與吉利簽署了戰略合作協議，締結以碳化硅為核心的戰略合作伙伴關系；與正海集團成立碳化硅功率模塊合資公司海姆?？疲槐籙AES(聯合電子)公司認證為碳化硅功率器件解決方案的首選供應商，產品用于逆變器。

此外，Wolfspeed已與奔馳、捷豹路虎、通用汽車等達成了戰略合作協議；安森美正考慮投資20億美元提高碳化硅芯片的產量，目標是到2027年占據碳化硅汽車芯片市場40%的份額；英飛凌與Stellantis簽署了一份非約束性諒解備忘錄，為其提供為期多年的碳化硅半導體供應服務；意法半導體已與二十家車企達成合作，其中中國市場的下游客戶包括比亞迪、吉利、長城、現代、小鵬等整車廠，以及華為、匯川技術、欣銳科技等供應商……

總結

碳化硅材料具有獨特的電、光、聲等特性，其制備的器件具有優異的性能，在未來自有其星辰大海，也有機會誕生更多百億甚至千億市值的公司；但氮化鎵也不遑多讓，在汽車、數據中心、工業等應用領域的發展前景十分廣闊。

總體而言，材料特性決定應用領域，碳化硅及氮化鎵將在不同場景發光發熱；而盡管市場空間有大小，但碳化硅及氮化鎵均是當下炙手可熱的新材料，為多項新技術賦能。

孫子兵法中寫道，寧可備而不戰，不可無備而戰——因此，不管專注于碳化硅亦或是氮化鎵，在市場爆發的當下，處于產業鏈各環節的企業都需要有足夠的信心和耐心，積極擴充產能、提升技術，以獲得更高的性能、更多的單位產出以及更低的成本。（文：化合物半導體市場 Winter）