第三代半導(dǎo)體：掌控能效革命的鑰匙

第三代半導(dǎo)體（以SiC、GaN為核心）在新能源革命與全球產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)的雙重驅(qū)動下，正經(jīng)歷一場從技術(shù)攻堅到市場爆發(fā)的“臨界點(diǎn)躍遷”。盡管宏觀經(jīng)濟(jì)承壓，這一賽道卻以超40%的復(fù)合增長率逆勢狂飆，尤其是中國市場規(guī)模預(yù)計年內(nèi)突破千億元大關(guān)，成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)少見的增長極。

國際巨頭加速技術(shù)迭代，國內(nèi)企業(yè)在器件研發(fā)與產(chǎn)業(yè)鏈整合中取得突破，推動車規(guī)級產(chǎn)品與高頻應(yīng)用發(fā)展。通過材料創(chuàng)新與產(chǎn)能布局，第三代半導(dǎo)體正成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)增長新引擎。本次慕尼黑上海電子展（4.15-17日，上海新國際博覽中心）半導(dǎo)體展區(qū)將集中展示半導(dǎo)體行業(yè)技術(shù)突破及產(chǎn)業(yè)化成果，同期舉辦的“第三代半導(dǎo)體技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新發(fā)展論壇”也將邀請來自意法半導(dǎo)體、英飛凌等企業(yè)行業(yè)專家，深度解析第三代半導(dǎo)體在高壓高頻場景下的技術(shù)突破與市場機(jī)遇。

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01 千億市場重構(gòu)全球半導(dǎo)體格局

第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正迎來前所未有的市場機(jī)遇。SiC與GaN憑借高頻、高功率、低損耗的特性，成為支撐 800V 高壓平臺、車規(guī)級快充及數(shù)據(jù)中心能效升級的核心材料。據(jù)集邦咨詢預(yù)測，2026 年碳化硅功率元件市場規(guī)模將達(dá) 53.3 億美元，年復(fù)合增長率 35%；而2024年全球氮化鎵半導(dǎo)體器件市場規(guī)模達(dá)16.8億美元，預(yù)計在2024-2029年預(yù)測期內(nèi)將以21.6%的復(fù)合年增長率增長。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域，GaN 技術(shù)已形成主導(dǎo)地位。手機(jī)端已實(shí)現(xiàn)240W超高功率快充，主流旗艦機(jī)型普遍標(biāo)配 120W 以上 GaN充電器，功率密度達(dá)1.03W/cc，充電效率提升至 98%。在車載應(yīng)用端，100V GaN 器件憑借低導(dǎo)通電阻特性，使11kW 以下車載充電器（OBC）的轉(zhuǎn)換效率突破 98%，單臺車?yán)m(xù)航提升可達(dá)50公里。與之相對，SiC 則在高壓場景中持續(xù)突破，特斯拉、比亞迪等車企的800V高壓平臺加速 SiC 滲透，SiC模塊也已應(yīng)用于1000kW級兆瓦閃充設(shè)備，實(shí)現(xiàn)5分鐘補(bǔ)能400公里的超快充體驗，推動充電樁市場向液冷超充技術(shù)迭代。

在產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)方面，精細(xì)化產(chǎn)能布局與技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)聯(lián)動。意法半導(dǎo)體（展位號：N5.601）與三安光電聯(lián)合投建的重慶8英寸SiC晶圓廠實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)；天科合達(dá)通過 6 英寸超薄襯底技術(shù)及產(chǎn)能擴(kuò)張，協(xié)同產(chǎn)業(yè)鏈伙伴支撐主驅(qū)逆變器產(chǎn)能逐步提升。同時，產(chǎn)能軍備競賽已形成差異化路徑：國際巨頭聚焦8英寸技術(shù)代際跨越，英飛凌（展位號：N5.501）斥資20億歐元擴(kuò)建馬來西亞GaN-on-Si產(chǎn)線，VIS代工廠的650V GaN-on-QST技術(shù)產(chǎn)能利用率突破80%；本土企業(yè)則構(gòu)建垂直整合生態(tài)體系，如無錫第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園設(shè)立120億元專項基金，吸引華潤微、士蘭微（展位號：N4.705）等企業(yè)入駐，形成從設(shè)計、外延到制造的全鏈條布局。

縱觀第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生態(tài)，襯底生長與外延質(zhì)量控制被認(rèn)為是技術(shù)制勝的核心，但功率器件的作用同樣重要，正是其實(shí)現(xiàn)了材料優(yōu)異特性到終端應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。因此，國際國內(nèi)各大廠商也在第三代半導(dǎo)體功率器件的研發(fā)方面持續(xù)投入，取得了一系列令人驚喜的成果。

02 SiC MOSFET的技術(shù)革命與性能突圍

作為核心器件的SiC MOSFET正在以性能迭代推動著電力電子系統(tǒng)的革新。憑借高耐壓、低損耗和耐高溫等特性，SiC MOSFET為新能源汽車、光伏儲能、智能電網(wǎng)等高壓高頻場景提供顛覆性解決方案。在新能源汽車領(lǐng)域，SiC MOSFET可將主驅(qū)逆變器效率提升至99%，續(xù)航增加5%-10%，同時適配800V高壓平臺，推動350kW超充技術(shù)普及。光伏逆變器與儲能系統(tǒng)中，其高頻特性可減少無源器件體積，系統(tǒng)效率提升1%-2%，為清潔能源系統(tǒng)提供關(guān)鍵器件支撐。

國際半導(dǎo)體龍頭企業(yè)加速推進(jìn)SiC MOSFET技術(shù)迭代。意法半導(dǎo)體（展位號：N5.601）于近期推出第四代STPOWER  SiC MOSFET技術(shù)。在滿足汽車和工業(yè)市場需求的同時，意法半導(dǎo)體還針對電動汽車電驅(qū)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件逆變器特別優(yōu)化了第四代技術(shù)。其新SiC MOSFET產(chǎn)品有750V和1200V兩個電壓等級，能夠分別提高400V和800V電動汽車平臺電驅(qū)逆變器的能效和性能。中型和緊湊車型是兩個重要的汽車細(xì)分市場。

中國企業(yè)在SiC MOSFET領(lǐng)域也在實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)突破。清純半導(dǎo)體（展位號：N4.332）推出的SiC MOSFET，電阻為3.5mΩ，擊穿電壓不低于1600V。通過設(shè)計和工藝的改進(jìn)，清純半導(dǎo)體完成對芯片電流路徑上高溫分布電阻的優(yōu)化，特別是溝道電阻與N型區(qū)電阻的折中設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)秀的電阻溫度系數(shù)，175℃下芯片導(dǎo)通電阻僅為室溫下電阻的1.5倍。

泰科天潤（展位號：N4.521）則聚焦車規(guī)級產(chǎn)品的技術(shù)突圍，其1200V/80mΩ SiC MOSFET閾值電壓達(dá)3.5V，雪崩能量超1000mJ，擊穿電壓突破1500V，高溫工況下導(dǎo)通損耗穩(wěn)定性優(yōu)于同類產(chǎn)品。針對主驅(qū)場景開發(fā)的1200V/15mΩ MOSFET已進(jìn)入驗證階段，并規(guī)劃650V至2000V全電壓平臺產(chǎn)品矩陣。

湖南三安（展位號：N5.344）則憑借全產(chǎn)業(yè)鏈整合優(yōu)勢推出多款產(chǎn)品。針對工業(yè)級市場，湖南三安的1200V20mΩ/32mΩ/75mΩ，650V27mΩ/50mΩ及1700V 1Ω SiC MOSFET已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；面向車規(guī)級市場，車載充電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)用SiC MOSFET也實(shí)現(xiàn)小批量出貨，主驅(qū)逆變器用SiC MOSFET已在重點(diǎn)新能源汽車客戶處導(dǎo)入可靠性驗證。

縱觀全球SiC MOSFET產(chǎn)業(yè)格局，技術(shù)迭代與市場需求的共振正推動行業(yè)進(jìn)入加速滲透期。隨著新能源汽車800V高壓平臺普及（2025年滲透率有望超50%）和光伏儲能裝機(jī)量激增（2025年有望超200GW），SiC MOSFET的高頻、高效特性將驅(qū)動電力電子系統(tǒng)向輕量化、高密度方向演進(jìn)。

03 GaN功率器件的性能躍升與應(yīng)用擴(kuò)張

近年來，GaN功率器件通過材料體系創(chuàng)新、器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化與先進(jìn)工藝集成，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵性能指標(biāo)的跨越式發(fā)展。各大企業(yè)相繼推出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高密度集成封裝技術(shù)方案，成功突破500kHz高頻開關(guān)瓶頸，系統(tǒng)整體損耗降低達(dá)80%。通過引入雙面散熱封裝架構(gòu)，功率密度較傳統(tǒng)方案提升20%以上，為新能源、AI算力等新興領(lǐng)域提供關(guān)鍵技術(shù)支持。

英飛凌（展位號：N5.501）近期發(fā)布了全新一代氮化鎵產(chǎn)品CoolGaN  G3和CoolGaN G5系列，采用英飛凌自主研發(fā)的高性能8英寸晶圓工藝制造，將氮化鎵的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到40V至700V。CoolGaN G3系列覆蓋60V、80V、100V和120V電壓等級，以及40V雙向開關(guān)（BDS）器件，主要面向電機(jī)驅(qū)動、電信、數(shù)據(jù)中心、太陽能和消費(fèi)應(yīng)用。CoolGaN G5系列基于GIT(Gate Injection Transistor，柵注入晶體管)技術(shù)推出新一代650V晶體管，以及基于G5的IPS驅(qū)動產(chǎn)品，適用于消費(fèi)、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)和太陽能領(lǐng)域的應(yīng)用。

國內(nèi)廠商同步加速技術(shù)突破。英諾賽科（展位號：N5.361）近期推出100V增強(qiáng)型GaN功率器件INN100EA035A，通過雙面散熱封裝與優(yōu)化設(shè)計，重新定義了電源系統(tǒng)的性能邊界。INN100EA035A 采用Topside cooling En-FCLGA封裝，為業(yè)界優(yōu)質(zhì)P2P Silicon MOS 100V氮化鎵的量產(chǎn)產(chǎn)品，導(dǎo)通電阻極值為3.5mΩ，雙面散熱，且具有低導(dǎo)阻、低柵極電荷、低開關(guān)損耗以及零反向恢復(fù)電荷等特點(diǎn)，這一特性對于效率要求極高的AI和48V電源應(yīng)用尤為重要。

鎵未來公司（展位號：N5.644）推出了具備內(nèi)部絕緣功能的新型封裝功率氮化鎵器件產(chǎn)品，內(nèi)絕緣即封裝體的散熱基板與內(nèi)部的功率芯片以及所有的外部管腳電氣隔離。這一系列封裝產(chǎn)品既保留了功率氮化鎵器件可以提升系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)勢，又可以幫助客戶簡化系統(tǒng)散熱設(shè)計節(jié)省成本，還實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功率密度的進(jìn)一步提升。產(chǎn)品的可靠性可以滿足車規(guī)級以及對可靠性要求高的工業(yè)級應(yīng)用(比如光伏微逆、數(shù)據(jù)中心電源等)的需求。

隨著GaN功率器件在開關(guān)頻率、功率密度和系統(tǒng)效率等核心指標(biāo)上持續(xù)突破，其應(yīng)用版圖已從消費(fèi)電子快充快速延伸至新能源汽車（OBC功率密度達(dá)3.8kW/L）、智能光伏（系統(tǒng)效率突破99%）及AI算力基礎(chǔ)設(shè)施等戰(zhàn)略領(lǐng)域。據(jù)行業(yè)預(yù)測，受益于技術(shù)成熟度提升與規(guī)模化應(yīng)用加速，全球GaN功率器件市場規(guī)模將于2025年突破百億美元量級，形成覆蓋材料制備、芯片設(shè)計、封裝測試到系統(tǒng)應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

咨詢公司Yole預(yù)測，2029年全球SiC/GaN功率器件市場規(guī)模將突破120億美元，其中電動汽車主驅(qū)逆變器、AI算力電源、智能電網(wǎng)將成為千億級增量市場。這場由寬禁帶材料引領(lǐng)的能源效率革命，正通過功率器件的系統(tǒng)級創(chuàng)新，重構(gòu)全球半導(dǎo)體價值鏈的競爭格局。

04 總結(jié)

第三代半導(dǎo)體以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為核心，憑借高頻、高功率、低損耗特性，正引領(lǐng)新能源革命與產(chǎn)業(yè)鏈變革。全球市場高速增長，預(yù)計2026年SiC功率元件規(guī)模達(dá)53.3億美元，GaN器件2024年達(dá)16.8億美元。SiC在新能源汽車800V高壓平臺、光伏儲能等領(lǐng)域突破顯著，主驅(qū)逆變器效率提升至99%；GaN主導(dǎo)消費(fèi)電子快充，實(shí)現(xiàn)240W超高功率與98%轉(zhuǎn)換效率。國際巨頭加速技術(shù)迭代，國內(nèi)企業(yè)如清純半導(dǎo)體、英諾賽科等在器件研發(fā)與產(chǎn)業(yè)鏈整合中取得突破，推動車規(guī)級產(chǎn)品與高頻應(yīng)用發(fā)展。第三代半導(dǎo)體通過材料創(chuàng)新與產(chǎn)能布局，成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)增長新引擎。

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