我们在《什么是第三代半导体》这篇文章里面提过碳化矽（SiC）是第三代半导体的两大主角之一。建议您， 一定要先看一下先前的这一篇文章，接着再来往下读。
碳化矽（SiC）是由美国发明家Edward G. Acheson于1891年发现的。
半导体界的突破
相同规格下，碳化矽基MOSFET的尺寸只有矽基MOSFET的1/10，导通电阻是后者的1/100。与传统矽基为主的IGBT相比，碳化矽基MOSFET的总能量损耗可降低70%。
注：
绝缘栅双极电晶体（英语：Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT），是半导体器件的一种，主要用于电动车辆、铁路机车及动车组的交流电电动机的输出控制。
金属氧化物半导体场效电晶体（简称：金氧半场效电晶体；英语：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，缩写：MOSFET），是一种可以广泛使用在类比电路与数位电路的场效电晶体。
技术困难度
原料提炼的困难
于碳化矽而言，碳粉提炼纯度的第一步，难度非常高、晶体生长缓慢、晶体切割速度慢等因素，这些因素造成成本要低 就不容易。
首先，高质量碳化矽晶体的基础是要有高纯度的碳粉，但提纯过程对工艺要求极高，合成也需要时间摸索。
其次，碳化矽晶体的生长速度非常慢。碳化矽7天才能生长公份左右；相较下，拉出约2公尺长的8英寸矽棒，2-3天就能办到。
碳化矽硬度高，不仅切割耗时长，而且良率低。一般来说，矽片的切割只需几小时，而碳化矽片则要上百小时。
目前主流的制程
碳化矽的衬底尺寸主要包括2英寸（50mm） 、3英寸（75mm） 、4英寸（100mm） 、6英寸（150mm） 、8英寸（200mm） 等规格。尺寸越大，单位衬底可制造的芯片数量越多，边缘的浪费也越小，均摊到单位芯片的成本就越低。
矽基半导体产业中晶圆成本是最大项目（约占50%） ，而碳化矽的附加值集中在上游衬底（成本占比约47%） 。所以，碳化矽产业链的实控权其实掌握在衬底供应商手中。
碳化矽晶圆从6英寸提升到8英寸，芯片数量将从488增至845个，边缘浪费则由14%减至7%。
碳化矽主要分为半绝缘型和导电型。目前半绝缘型产品的主流衬底规格为4英寸，正在向6英寸迈进。导电型产品的主流衬底规格为6英寸，正在寻求向8英寸演进。
成本
原料的成本
CASA的数据显示，2020年，650伏特的碳化矽MOSFET与传统的矽基制成的IGBT的价格比大约是4:1，而在2018年，这一数字高达10:1。
开发的费用
高压快充车型最大的硬体升级需求在于车端功率半导体。原本的矽基IGBT晶片已达到了材料的物理极限，只有具备耐高压、耐高温、高频等优势的SiC（碳化矽），才能匹配高压快充车型的需求。比亚迪曾预计，到2023年，电动汽车将完全用碳化矽为基础的车用功率半导体替代矽基IGBT。更惊人的是，这种替代方案比原本的矽基IGBT芯片方案要高出三倍的价格。
若逆变器使用矽材料的话，价格仛很多，而使用碳化矽，成本必需立即变为三倍以上。除了逆变器，包括电动马达系统、电能转换等在内的线路都需要从传统的矽基产品换成碳化矽零件。这使得高压快充车型的成本提高了很多倍。再说说基础建设的费用。800伏特超充一般功率需达到360kW甚至480kW。
碳化矽的特性和应用领域
碳化矽的特性
碳化矽半导体，是新近发展的半导体的核心材料，以其制作的器件具有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射等特点，具有开关速度快、效率高的优势。以其制作的零件具有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射等特点，具有开关速度快、效率高的优势，可大幅降低产品功耗、提高能量转换效率并减小产品所占的体积。
应用领域
⽬前，第3代半导体有3个主要的应⽤市场。
- 第⼀，是将氮化镓材料⽤来制作5G、⾼频通讯的材料（简称 RF GaN）。⾼通（美股代码：QCOM）就曾经因为⽣产出来的矽晶片非常烫，完全没办法⽤在⼿机上；只好回头跟稳懋（台股代号：3105）和宏捷科（台股代号：8086）下单代工。
- 第⼆个市场，是⽤氮化镓制造电源转换器（简称 Power GaN），这是⽬前最热⾨的领域。过去⽣产相关产品，最难的部分是取得碳化矽的基板，⼀片碳化矽基板，⼀片6吋宽圆片，要价⾼达8万元。
- 第三个市场，氮化镓堆叠在矽基板上的技术（GaN on Si）。这种技术⼤幅降低化合物半导体的成本，⽤在⽣产处理数百伏特的电压转换，可以做到⼜⼩⼜省电。⽬前市⾯已可看到原本便当⼤⼩的笔电变压器，做到只有饼干⼤⼩，目前这种技术内建于许多的⾼阶⼿机和笔电电池充电上。
目前它主要被应用在以5G通信、国防军工、航空航天为代表的射频领域和以新能源汽车、新基础建设为代表的电力电子领域，在民用、军用领域均具有明确且可观的市场前景。
碳化矽半导体将在5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心等新基础建设领域，都已经发挥重要的作用。
著名电动车厂的采用情形
400伏特系统
2016年，在成本控制上从不让步的特斯拉一反常态，率先在Model 3的主逆变器上安了24个由意法半导体（美股代码：STM）生产的碳化矽MOSFET功率模块。要知道，当时碳化矽功率器件的价格是同等矽基零件的十倍以上。
特斯拉作为第一个大规模采用上碳化矽MOSFET的电动车厂，也曾因400伏特电池系统的成本问题而备受困扰。比亚迪（美股代码：BYDDY）、小鹏（美股代码：XPEV）、蔚来（美股代码：NIO）这三家中国的电车厂，只好在2018年跟进特斯拉，立即采用400伏特电池系统。
800伏特系统
特斯拉的Cybertruck和Semi都计划采用800伏特高压充电平台。
除了保时捷Taycan之外，采用800伏特高压快充系统的著名车厂还包括福斯（美股代码：VWAGY）Project Trinity、蔚来、宾士（美股代码：DMLRY）、哪吒S等。
900伏特系统
Lucid Motor Air（美股代码：LCID）则是采用900伏特高压快充。
市场有多大？
据Omdia统计数据，预计到2024年，功率半导体全球市场规模将达到538亿美元，市场前景广阔。
根据Strategy Analytics的统计数据，2019年传统燃油车中功率半导体的价值量仅为71美元，价值量较低；而混合动力汽车中功率半导体的价值量提升至425美元，是传统燃油车的6倍；纯电动汽车中的功率半导体价值量提升至387美元，是传统燃油车的5.5倍。
带给使用者的好处
技术上的好处
由于碳化矽禁带宽度是矽的3倍，导热率为矽的4-5倍，击穿电压为矽的8倍，电子饱和漂移速率为矽的2倍，在高电压、大功率工作环境下其性能更加优异，且电流传导效率更高。电动汽车如果采用第三代半导体碳化矽功率模组，可节约电动车整体耗能5%至10%。
2018年特斯拉在Model 3中首次将IGBT模组换成了碳化矽模组的案例数据也显示，在相同功率等级下，碳化矽模组封装尺寸明显小于矽模块，且开关损耗降低了75%，系统效率可以提高5%左右。这种替换成本每辆车尽管增加近1500元，但整车效率的提升可以在同样续航下使用更小的动力电池，从而在电池端将成本省回来。
但是单单汽车本身提高的百十公里或者更多续航里程，并不足以缓解人们的续航焦虑。甚至建立堪比加油站密度的充电站网路，也并非缓解续航焦虑的关键。真正能缓解续航焦虑的，还是快充速度，而这，同样离不开第三代半导体。
在电动车领域之外，碳化矽期间还可以使特高压电网损耗最高降低60%，轨道交通功率器件系统损耗降低20%以上。
对厂商而言
Wolfspeed的技术长John Palmour就指出，一辆电动汽车采用碳化矽元器件的成本约在250 美元至500 美元之间（视其功率要求而有差异），但碳化矽元器件却能够为汽车制造商在电池成本、电池和逆变器的体积与重量以及冷却要求等多个方面节省成本，每辆车节省总成本可高达2000美元。
对使用者而言
保时捷Taycan是全球首个实现800伏特高压充电平台成功上车并量产落地的车型，在30分钟内电量可以从5%快充到80%。
2022年5月，极狐阿尔法S华为HI版上市，官方宣称在800伏特高压超快充的加持下，仅需10分钟，阿尔法S即可补能200公里。这个速度已刷新行业纪录。三个月后，小鹏在G9车型的宣传语中写下了充电5分钟，续航200公里，再次刷新纪录。没有碳化矽，这些都办不到。
挑战
除了前面提提过的价格是传统电力系统的三倍以上外，光是电动车本身自己的电池系统支援更新的电池系统还是不够，还需要大幅增建电动车的充电站，而且也必需升级旧有已经存在的充电站，使已有的充电站支援新的充电技术才行。
Taycan虽然支持800伏特高压快充，但一般只有保时捷中心或个别商业中心停车场配有专属充电桩，所以平时车辆补能还是以第三方的快充和家用慢充桩为主，充电所需要的时间也更长。
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