我国碳化硅材料产业化取得新进展,如何看待此事?
从航母到理想L9,为什么都用上这种材料,碳化硅有何优势?
从航母到理想L9都使用了碳化硅材料,是因为该材料有如下优势。
一、碳化硅是优秀的第三代半导体材料
性能优良的碳化硅,代表着先进的生产力,第三代半导体材料是由碳化硅、氮化镓等构成的一种宽禁带半导体材料,它的击穿电场高、热导率高、电子饱和率高、抗辐射能力强。
因而可以在高温、高频率环境下工作,并可在低功耗条件下实现高功率工作。
二、推动新能源汽车变革
早在2018年,特斯拉MODEL 3在主逆变器中就率先安装了24个由意法半导体生产的碳化硅MOSFET功率模块,这也是该种材料在民用方面较早的大规模应用。
以新能源汽车为例,根据Cree公司的计算,如果将纯电动汽车的电源元件转换为碳化硅,则可以提高电能转换效率,提高电能利用效率,降低无效热耗,从而降低整体能耗5%-10%。
2019年,碳化硅功率装置的市场规模达到5.41亿美元,2025年有望达到25.62亿,年均复合增长率30%左右。随着下游应用如电动车等的不断发展,导电碳化硅基板的市场将会迅速发展。
在应用方面,未来5年,高速发展的新能源汽车将是碳化硅行业的一个长期发展动力。2025-2030年,由于充电桩设施完善,光伏技术成熟,碳化硅产业有望成为第二、第三个驱动力。
三、应用市场十分广泛
碳化硅不仅仅可以应用在新能源汽车,在高铁列车、航空航天、无线通讯等行业中都有广泛的应用前景,但碳化硅的市场潜力还没有完全开发出来,从产业链的中游来看,它的成长空间很大,将会是推动上游材料发展的一大推动力。
碳化硅的用途?
在半导体领域的应用
碳化硅一维纳米材料由于自身的微观形貌和晶体结构使其具备更多独特的优异性能和更加广泛的应用前景,被普遍认为有望成为第三代宽带隙半导体材料的重要组成单元。
第三代半导体材料即宽禁带半导体材料,又称高温半导体材料,主要包括碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化锌、金刚石等。这类材料具有宽的禁带宽度(禁带宽度大于2.2ev)、高的热导率、高的击穿电场、高的抗辐射能力、高的电子饱和速率等特点,适用于高温、高频、抗辐射及大功率器件的制作。第三代半导体材料凭借着其优异的特性,未来应用前景十分广阔。
在光伏领域的应用
光伏逆变器对光伏发电作用非常重要,不仅具有直交流变换功能,还具有最大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能。归纳起来有自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防单独运行功能(并网系统用)、自动电压调整功能(并网系统用)、直流检测功能(并网系统用)、直流接地检测功能(并网系统用)等。
国内逆变器厂家对新技术和新器件的应用还是太少,以碳化硅为功率器件的逆变器,并且开始大批量应用,碳化硅内阻很少,可以把效率做很高,开关频率可以达到10K,也可以节省LC滤波器和母线电容。碳化硅材料在光伏逆变器应用上或有突破。
在航空领域的应用
碳化硅制作成碳化硅纤维,碳化硅纤维主要用作耐高温材料和增强材料,耐高温材料包括热屏蔽材料、耐高温输送带、过滤高温气体或熔融金属的滤布等。用做增强材料时,常与碳纤维或玻璃纤维合用,以增强金属(如铝)和陶瓷为主,如做成喷气式飞机的刹车片、发动机叶片、着陆齿轮箱和机身结构材料等,还可用做体育用品,其短切纤维则可用做高温炉材等。
碳化硅粗料已能大量供应,但是技术含量极高
的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。碳化硅晶片在我国研发尚属起步阶段,碳化硅晶片在国内的应用较少,碳化硅材料产业的发展缺乏下游应用企业的支撑。就人才培养和技术研发等开展密切合作;加强企业间的交流,尤其要积极参加国际交流活动,提升企业发展水平;关注企业品牌建设,努力打造企业的拳头产品等。