我們在《什麼是第三代半導體》這篇文章裡面提過碳化矽（SiC）是第三代半導體的兩大主角之一。建議您， 一定要先看一下先前的這一篇文章，接著再來往下讀。
碳化矽（SiC）是由美國發明家Edward G. Acheson於1891年發現的。
半導體界的突破
相同規格下，碳化矽基MOSFET的尺寸只有矽基MOSFET的1/10，導通電阻是後者的1/100。與傳統矽基為主的IGBT相比，碳化矽基MOSFET的總能量損耗可降低70%。
註：
絕緣柵雙極電晶體（英語：Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT），是半導體器件的一種，主要用於電動車輛、鐵路機車及動車組的交流電電動機的輸出控制。
金屬氧化物半導體場效電晶體（簡稱：金氧半場效電晶體；英語：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，縮寫：MOSFET），是一種可以廣泛使用在類比電路與數位電路的場效電晶體。
技術困難度
原料提煉的困難
於碳化矽而言，碳粉提煉純度的第一步，難度非常高、晶體生長緩慢、晶體切割速度慢等因素，這些因素造成成本要低 就不容易。
首先，高質量碳化矽晶體的基礎是要有高純度的碳粉，但提純過程對工藝要求極高，合成也需要時間摸索。
其次，碳化矽晶體的生長速度非常慢。碳化矽7天才能生長公份左右；相較下，拉出約2公尺長的8英寸矽棒，2-3天就能辦到。
碳化矽硬度高，不僅切割耗時長，而且良率低。一般來說，矽片的切割只需幾小時，而碳化矽片則要上百小時。
目前主流的製程
碳化矽的襯底尺寸主要包括2英寸（50mm） 、3英寸（75mm） 、4英寸（100mm） 、6英寸（150mm） 、8英寸（200mm） 等規格。尺寸越大，單位襯底可製造的芯片數量越多，邊緣的浪費也越小，均攤到單位芯片的成本就越低。
矽基半導體產業中晶圓成本是最大項目（約佔50%） ，而碳化矽的附加值集中在上游襯底（成本佔比約47%） 。所以，碳化矽產業鏈的實控權其實掌握在襯底供應商手中。
碳化矽晶圓從6英寸提升到8英寸，芯片數量將從488增至845個，邊緣浪費則由14%減至7%。
碳化矽主要分為半絕緣型和導電型。目前半絕緣型產品的主流襯底規格為4英寸，正在向6英寸邁進。導電型產品的主流襯底規格為6英寸，正在尋求向8英寸演進。
成本
原料的成本
CASA的數據顯示，2020年，650伏特的碳化矽MOSFET與傳統的矽基製成的IGBT的價格比大約是4:1，而在2018年，這一數字高達10:1。
開發的費用
高壓快充車型最大的硬體升級需求在於車端功率半導體。原本的矽基IGBT晶片已達到了材料的物理極限，只有具備耐高壓、耐高溫、高頻等優勢的SiC（碳化矽），才能匹配高壓快充車型的需求。比亞迪曾預計，到2023年，電動汽車將完全用碳化矽為基礎的車用功率半導體替代矽基IGBT。更驚人的是，這種替代方案比原本的矽基IGBT芯片方案要高出三倍的價格。
若逆變器使用矽材料的話，價格仛很多，而使用碳化矽，成本必需立即變為三倍以上。除了逆變器，包括電動馬達系統、電能轉換等在內的線路都需要從傳統的矽基產品換成碳化矽零件。這使得高壓快充車型的成本提高了很多倍。再說說基礎建設的費用。800伏特超充一般功率需達到360kW甚至480kW。
碳化矽的特性和應用領域
碳化矽的特性
碳化矽半導體，是新近發展的半導體的核心材料，以其製作的器件具有耐高溫、耐高壓、高頻、大功率、抗輻射等特點，具有開關速度快、效率高的優勢。以其製作的零件具有耐高溫、耐高壓、高頻、大功率、抗輻射等特點，具有開關速度快、效率高的優勢，可大幅降低產品功耗、提高能量轉換效率並減小產品所佔的體積。
應用領域
⽬前，第3代半導體有3個主要的應⽤市場。
- 第⼀，是將氮化鎵材料⽤來製作5G、⾼頻通訊的材料（簡稱 RF GaN）。⾼通（美股代碼：QCOM）就曾經因為⽣產出來的矽晶片非常燙，完全沒辦法⽤在⼿機上；只好回頭跟穩懋（台股代號：3105）和宏捷科（台股代號：8086）下單代工。
- 第⼆個市場，是⽤氮化鎵製造電源轉換器（簡稱 Power GaN），這是⽬前最熱⾨的領域。過去⽣產相關產品，最難的部分是取得碳化矽的基板，⼀片碳化矽基板，⼀片6吋寬圓片，要價⾼達8萬元。
- 第三個市場，氮化鎵堆疊在矽基板上的技術（GaN on Si）。這種技術⼤幅降低化合物半導體的成本，⽤在⽣產處理數百伏特的電壓轉換，可以做到⼜⼩⼜省電。⽬前市⾯已可看到原本便當⼤⼩的筆電變壓器，做到只有餅乾⼤⼩，目前這種技術內建於許多的⾼階⼿機和筆電電池充電上。
目前它主要被應用在以5G通信、國防軍工、航空航天為代表的射頻領域和以新能源汽車、新基礎建設為代表的電力電子領域，在民用、軍用領域均具有明確且可觀的市場前景。
碳化矽半導體將在5G基站建設、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心等新基礎建設領域，都已經發揮重要的作用。
著名電動車廠的採用情形
400伏特系統
2016年，在成本控制上從不讓步的特斯拉一反常態，率先在Model 3的主逆變器上安了24個由意法半導體（美股代碼：STM）生產的碳化矽MOSFET功率模塊。要知道，當時碳化矽功率器件的價格是同等矽基零件的十倍以上。
特斯拉作為第一個大規模採用上碳化矽MOSFET的電動車廠，也曾因400伏特電池系統的成本問題而備受困擾。比亞迪（美股代碼：BYDDY）、小鵬（美股代碼：XPEV）、蔚來（美股代碼：NIO）這三家中國的電車廠，只好在2018年跟進特斯拉，立即採用400伏特電池系統。
800伏特系統
特斯拉的Cybertruck和Semi都計劃採用800伏特高壓充電平台。
除了保時捷Taycan之外，採用800伏特高壓快充系統的著名車廠還包括福斯（美股代碼：VWAGY）Project Trinity、蔚來、賓士（美股代碼：DMLRY）、哪吒S等。
900伏特系統
Lucid Motor Air（美股代碼：LCID）則是採用900伏特高壓快充。
市場有多大？
據Omdia統計數據，預計到2024年，功率半導體全球市場規模將達到538億美元，市場前景廣闊。
根據Strategy Analytics的統計數據，2019年傳統燃油車中功率半導體的價值量僅為71美元，價值量較低；而混合動力汽車中功率半導體的價值量提升至425美元，是傳統燃油車的6倍；純電動汽車中的功率半導體價值量提升至387美元，是傳統燃油車的5.5倍。
帶給使用者的好處
技術上的好處
由於碳化矽禁帶寬度是矽的3倍，導熱率為矽的4-5倍，擊穿電壓為矽的8倍，電子飽和漂移速率為矽的2倍，在高電壓、大功率工作環境下其性能更加優異，且電流傳導效率更高。電動汽車如果採用第三代半導體碳化矽功率模組，可節約電動車整體耗能5%至10%。
2018年特斯拉在Model 3中首次將IGBT模組換成了碳化矽模組的案例數據也顯示，在相同功率等級下，碳化矽模組封裝尺寸明顯小於矽模塊，且開關損耗降低了75%，系統效率可以提高5%左右。這種替換成本每輛車儘管增加近1500元，但整車效率的提升可以在同樣續航下使用更小的動力電池，從而在電池端將成本省回來。
但是單單汽車本身提高的百十公里或者更多續航里程，並不足以緩解人們的續航焦慮。甚至建立堪比加油站密度的充電站網路，也並非緩解續航焦慮的關鍵。真正能緩解續航焦慮的，還是快充速度，而這，同樣離不開第三代半導體。
在電動車領域之外，碳化矽期間還可以使特高壓電網損耗最高降低60%，軌道交通功率器件系統損耗降低20%以上。
對廠商而言
Wolfspeed的技術長John Palmour就指出，一輛電動汽車採用碳化矽元器件的成本約在250 美元至500 美元之間（視其功率要求而有差異），但碳化矽元器件卻能夠為汽車製造商在電池成本、電池和逆變器的體積與重量以及冷卻要求等多個方面節省成本，每輛車節省總成本可高達2000美元。
對使用者而言
保時捷Taycan是全球首個實現800伏特高壓充電平台成功上車並量產落地的車型，在30分鐘內電量可以從5%快充到80%。
2022年5月，極狐阿爾法S華為HI版上市，官方宣稱在800伏特高壓超快充的加持下，僅需10分鐘，阿爾法S即可補能200公里。這個速度已刷新行業紀錄。三個月後，小鵬在G9車型的宣傳語中寫下了充電5分鐘，續航200公里，再次刷新紀錄。沒有碳化矽，這些都辦不到。
挑戰
除了前面提提過的價格是傳統電力系統的三倍以上外，光是電動車本身自己的電池系統支援更新的電池系統還是不夠，還需要大幅增建電動車的充電站，而且也必需升級舊有已經存在的充電站，使已有的充電站支援新的充電技術才行。
Taycan雖然支持800伏特高壓快充，但一般只有保時捷中心或個別商業中心停車場配有專屬充電樁，所以平時車輛補能還是以第三方的快充和家用慢充樁為主，充電所需要的時間也更長。
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