碳化硅快充時(shí)代來(lái)臨，800V高壓超充開(kāi)始普及！

一直以來(lái)，“里程焦慮”、“充電緩慢”都是卡住新能源汽車(chē)脖子的關(guān)鍵問(wèn)題，是車(chē)企和車(chē)主共同的焦慮；

但隨著(zhù)高壓電氣技術(shù)的不斷進(jìn)步和快充時(shí)代的到來(lái)，將SiC(碳化硅）一詞推向了市場(chǎng)的風(fēng)口浪尖。

繼2019年4月保時(shí)捷Taycan Turbo S 全球首發(fā)三年后，800V高壓超充終于開(kāi)始了普及。相比于400V，800V帶來(lái)了更高的功效，大幅提升功率，實(shí)現了15分鐘的快充補能。

而構建800V超充平臺的靈魂就是材料的革新，基于碳化硅的新型控制器，便引領(lǐng)著(zhù)這一輪高壓技術(shù)的革命。

小鵬發(fā)布的800V高壓SiC平臺

Si（硅）早已是大多數電子應用中的關(guān)鍵半導體材料，但與SiC（碳化硅）相比，則顯得效率低下：

根據半導體材料的區別，行業(yè)內通?？梢詫雽w分為三代：

第一代半導體材料大部分為目前廣泛使用的高純度硅；第二代化合物半導體材料包括砷化鎵、磷化銦；第三代化合物半導體材料以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表。

SiC（碳化硅）是一種由Si（硅）和C（碳）構成的化合物半導體材料。

不僅絕緣擊穿場(chǎng)強是Si的10倍，帶隙是Si的3倍，而且在器件制作時(shí)可以在較寬范圍內控制必要的p型、n型，所以被認為是一種超越Si極限的功率器件材料。

SiC（碳化硅）中存在各種多型體（結晶多系），它們的物性值也各不相同；用于功率器件制作，4H-SiC最為合適。

圖片來(lái)自：IEEE

是什么讓SiC（碳化硅）引領(lǐng)著(zhù)這一輪高壓技術(shù)的革命？

主要是因為：SiC（碳化硅）擁有更高的臨界雪崩擊穿場(chǎng)強、更大的導熱系數和更寬的禁帶。

SiC（碳化硅）具有3電子伏特（eV）的寬禁帶，可以承受比硅大8倍的電壓梯度而不會(huì )發(fā)生雪崩擊穿，禁帶越寬，在高溫下的漏電流就越小，效率也越高；而導熱系數越大，電流密度就越高。

它的絕緣擊穿場(chǎng)強是Si的10倍：因此與Si器件相比，能夠以具有更高的雜質(zhì)濃度和更薄的厚度的漂移層作出600V～數千V的高耐壓功率器件。

高耐壓功率器件的阻抗主要由該漂移層的阻抗組成，因此采用SiC可以得到單位面積導通電阻非常低的高耐壓器件。

圖片來(lái)自Yole2016

特別是：在理論上，相同耐壓的器件SiC（碳化硅）單位面積的漂移層阻抗可以降低到Si的1/300：

而Si材料中，為了改善伴隨高耐壓化而引起的導通電阻增大的問(wèn)題，主要采用如IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor : 絕緣柵極雙極型晶體管）等少數載流子器件（雙極型器件）；但是卻存在開(kāi)關(guān)損耗大 的問(wèn)題，其結果是由此產(chǎn)生的發(fā)熱會(huì )限制IGBT的高頻驅動(dòng)。

SiC（碳化硅）材料卻能夠以高頻器件結構的多數載流子器件（肖特基勢壘二極管和MOSFET）去實(shí)現高耐壓，從而同時(shí)實(shí)現 "高耐壓"、"低導通電阻"、"高頻" 這三個(gè)特性。

另外，帶隙較寬，是Si的3倍，因此SiC（碳化硅）功率器件即使在高溫下也可以穩定工作。

在SiC（碳化硅）強大的性能優(yōu)勢下，其也終于迎來(lái)“輝煌時(shí)代”：

據最近Yole給出的數據顯示：SiC（碳化硅）元件將從2021年10.9億美元成長(cháng)到2027年63億美元，年復合成長(cháng)率達到34%。

無(wú)論是當代的新勢力車(chē)企代表特斯拉還是傳統車(chē)企代表通用汽車(chē)，它們在2020年和2021年有多款新發(fā)布的電動(dòng)車(chē)都在變壓器上采用SiC（碳化硅）元件：

根據Yole調查：特斯拉創(chuàng )紀錄的出貨量幫助SiC（碳化硅）元件在2021年超越10億美元銷(xiāo)售額的關(guān)卡。

如今通用汽車(chē)和特斯拉等汽車(chē)制造商正加大投資，讓采用SiC（碳化硅）元件的電動(dòng)車(chē)在充電后，能行駛更遠，并且電池耗盡時(shí)，也可更快地充電。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，SiC（碳化硅）元件正在推動(dòng)電動(dòng)車(chē)走向未來(lái)：

SiC（碳化硅）元件正在爭奪電動(dòng)車(chē)傳動(dòng)系統核心的80%左右的功率電子裝置，包括將儲存在汽車(chē)電池組中的直流電轉換為車(chē)輛電動(dòng)馬達所需的交流電之主牽引逆變器（Main Traction Inverter）；SiC晶片還在電動(dòng)車(chē)其他部分爭取地位，例如車(chē)載充電器和直流-直流轉換器。

Yole認為為了滿(mǎn)足長(cháng)續航里程的需求，800V電動(dòng)車(chē)是實(shí)現快速直流充電的解決方案，這就是1200V SiC元件可以發(fā)揮關(guān)鍵作用的地方。

從中國這個(gè)全球最大的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)來(lái)看，上汽、廣汽等車(chē)企已經(jīng)開(kāi)始布局碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈，這為國內供應商創(chuàng )造了寶貴的發(fā)展機遇：

特別是，截至目前為止，比亞迪的Han-EV通過(guò)提供快速充電獲得了不錯的銷(xiāo)售量。

因為這一刺激，2022年將有更多汽車(chē)制造商（例如：蔚來(lái)汽車(chē)、小鵬汽車(chē)等）采用SiC元件于電動(dòng)車(chē)上并推向市場(chǎng)。

但與其它領(lǐng)域相同，新技術(shù)在誕生初期，都面臨著(zhù)成本過(guò)高的問(wèn)題：

但是可以確定的是：現在的碳化硅就像過(guò)去光伏領(lǐng)域的HJT電池、氫能領(lǐng)域的膜電極、動(dòng)力電池領(lǐng)域的固態(tài)電池一樣，有著(zhù)比較大的降本空間。

伴隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步、規模效應和產(chǎn)品良率的提升，SiC（碳化硅）也必然會(huì )憑借其優(yōu)異的性能被更廣大的下游客戶(hù)所接受。

最后的最后，借用歌德的名言：

今日所做之事勿候明天，自己所做之事勿候他人。

愿每一位半導體從業(yè)者可以——

常觀(guān)望，常攀登！