碳化硅（SiC）作为新能源领域的焦点，其功率半导体在新能源汽车、光伏、轨道交通等领域展现出了替代传统硅基半导体的潜力。SiC以其低功耗、长寿命、高频率、小体积、轻质量等优势脱颖而出。然而，SiC衬底和外延作为其核心材料，占据了器件成本的70%，成为制约其产业发展的瓶颈。当前，国内外厂商均在努力扩大产能，以应对这一挑战。然后，特斯拉宣布将大砍碳化硅用量75%的消息冲上了热搜。这一消息，也让业内对于碳化硅究竟能否替代IGBT在新能源汽车中的地位，产生了怀疑。曾被“捧上天”的碳化硅是否真的要“跌落神坛”？碳化硅在新能源汽车领域究竟有没有替代IGBT的能力？在这场“代际”之争中，谁会是真正的赢家？在探讨SiC时，我们不可避免地会将其与IGBT进行比较。IGBT是一种双极型器件，适用于中高压和中低频的应用，而SiC则是一种宽禁带半导体材料，能够实现高耐压和高速的单极型MOSFET。与IGBT相比，SiC MOSFET在导通电阻、芯片面积、开关损耗、开关速度和工作温度等方面均表现出优势。尽管如此，IGBT在工艺成熟度、成本、封装选择和兼容性等方面仍具有竞争力。早在2018年特斯拉将碳化硅应用到其Model 3车型中，新能源车中一直使用的功率器件是IGBT。彼时，IGBT是新能源车电控系统的核心组成部分，被誉为新能源车的“心脏”。但随着特斯拉用48颗碳化硅芯片取代原有的84颗IGBT后，碳化硅在新能源车中的应用加速，随着800V高压的到来，IGBT在新能源车中的核心地位开始被动摇。
随着800V平台的到来（以实现在功率相同的情况下，通过抬高电池电压，减少流过的电流，减少发热损耗，以提高汽车的续航里程。），高压作为碳化硅的主要特点，在实施过程中也面临着很多挑战。800V高压在实施的过程中，需要注意以下潜在安全风险：首先，电压提升至800V对于汽车“三电”系统的安全性也带来了很多挑战，空调压缩机、DCDC直流变换器、OBC车载充电机等各项应用场景必须能满足在800V高电压平台上的安全工作。其次，随着电压的提升，平台的绝缘问题也需要加强，否则会发生漏电的情况。最后，由于高电压是通过很多电池串联实现的，在高压及大电流工作环境下如何保证电池的安全，如何合理计算电池整体的续航里程并保证电池的使用寿命也需要更多关注。但是，碳化硅作为新技术，从零到一的阶段需要一段时间的磨合期。虽然，特斯拉在2018年便在新能源汽车中采用了碳化硅，但实际上“这是一个非常大胆且冒险的操作”。此前，多方预测显示，碳化硅技术将于2025年左右才能达到上车标准，而特斯拉却将这一时间大大提前。“这是由于特斯拉并非传统车企，而是一家科技公司。采用碳化硅上车的方式来提升公司的科技感，从而市值提升，是一个绝佳且大胆的方案，但真正的车企并不能将特斯拉作为一个典型的案例来学习。尽管距离碳化硅上车已经历4年，但如今达到车规级标准的碳化硅没有多少，且仍需要一定时间磨合才可大规模达到车规级标准。另外，成本的制约使碳化硅技术往往只能用在出货量较小的高端车型中。虽然碳化硅本身价格相比较于硅IGBT相对便宜，但是新材料、新技术往往需要更多的宣传力度，这部分额外成本也会增加碳化硅新能源汽车自身的成本。相比较于常规车型而言，高端车型有议价优势，因此高端车型中采用碳化硅的比例会更高。其次，碳化硅新能源汽车属于新技术，在前期的发展过程中需要有磨合期，在这过程中会出现一些问题。而高端车型体量较小，若出现问题进行召回损失也比较小。以上两点原因也导致了现阶段碳化硅在新能源汽车领域难以大规模普及，短时间内也难以完全替代IGBT。不少碳化硅企业开始尝试通过增加晶圆面积来解决碳化硅成本方面的痛点，将传统的4英寸或6英寸晶圆提升至8英寸甚至未来12英寸的晶圆。这是由于不同晶圆面积的切割成本相似，在大尺寸的晶圆上能够切割出更多的die片，从而可以有效降低die片单位成本。但是，在提升晶圆面积的同时，如何保证良率是目前需要解决的挑战，目前良率相对稳定的依旧是6英寸及以下的晶圆。事实上，新能源到底是碳化硅还是IGBT，二者却不是“你死我活”的竞争状态。未来，二者在新能源汽车市场中的合作关系远远大于竞争关系。据了解，特斯拉将碳化硅用量砍掉75%，并不意味着这部分的应用将完全放弃碳化硅，而是采用碳化硅+IGBT的组合方式，这一方式也被视为最具成本效益的解决方案之一。在实际应用中，IGBT主要用于工业电机驱动器、不间断电源、光伏逆变器、牵引逆变器等场合。而SiC则在高压和高速的应用中发挥着重要作用，如电力因数校正、直流/直流转换器、电动汽车/混合动力汽车、高频逆变器等。例如，SiC可以提高电动汽车主逆变器的效率和功率密度，降低冷却需求和电池容量。在日常生活中，IGBT和SiC都扮演着开关的角色。IGBT可以控制大电流通过或断开，适用于空调、洗衣机、太阳能发电等大功率设备。而SiC则以其快速开关速度和低导通电阻在电动汽车、快速充电器、无线充电等高效率和高频率设备中发挥作用。尽管SiC具有诸多优势，但其制造工艺和成本方面的挑战仍不容忽视。高精度设备和技术需求、原材料供应和专利技术限制以及产量和质量问题都推高了SiC的成本。然而，考虑到SiC在性能上的优势和在节能环保方面的潜力，其在半导体照明、5G通信技术、太阳能、智能电网、新能源并网、高速轨道交通、国防军工等领域的应用前景仍值得期待。
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