碳化硅分為黑碳化硅和綠碳化硅兩種常見品種，兩者均屬于α-SiC的類型。黑碳化硅含有少量的雜質，因此其硬度略低于綠碳化硅，但其耐磨性和導熱性能優異，廣泛應用于制造研磨材料、耐火材料等。而綠碳化硅則因純度更高，硬度更大，被廣泛應用于高精度加工、電子行業和太陽能光伏領域。碳化硅的這些獨特屬性使其成為現代工業中不可或缺的材料。例如，在半導體產業中，碳化硅能夠制作出承受高電壓和高溫的電子器件，這在提高能源效率和降低設備尺寸方面發揮著重要作用。此外，由于碳化硅的高熱導性和化學穩定性，它也被廣泛用于高溫結構材料、耐磨材料和航空航天領域。隨著技術的不斷進步，碳化硅在新能源汽車、5G通信技術等領域的應用也日益增多，預示著其在未來科技發展中將扮演更加重要的角色。同時，隨著環保意識的提高，低碳、環保的材料日漸受到重視，碳化硅作為一種高效、環保的新材料，其市場前景無疑是廣闊的。其中：

碳化硅在禁帶寬度、擊穿電場強度、飽和電子 漂移速率、熱導率以及抗輻射等關鍵參數方面具 有顯著優勢，進一步滿足了現代工業對高功率、高 電壓、高頻率的需求。以碳化硅為襯底制成的功率 器件相比硅基功率器件具有優越的電氣性能，可以 滿足電力電子技術對高溫、高功率、高壓、高頻及 抗輻射等惡劣工作條件的新要求，從而成為半導 體材料領域最具前景的材料之一。未來，以碳化硅 （SiC）為代表的第三代寬禁帶半導體將成為半導 體產業升級的關鍵。

半導體材料目前已經發展至第三代。傳統硅基半導體由于自身物理性能不足以及受限于摩爾定律，逐漸不適應于半導體行業的發展需求，砷化鎵、碳化硅、氮化鎵等化合物半導體也因而誕生。從技術來看，半導體材料目前已發展了三代。第一代半導體材料以傳統的硅（Si）和鍺（Ge）為代表，是集成電路制造的基礎，廣泛應用于低壓、低頻、低功率的晶體管和探測器中，90%以上的半導體產品是用硅基材料制作的；第二代半導體材料以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）和磷化鎵（GaP）為代表，相對硅基器件具有高頻、高速的光電性能，廣泛應用于光電子和微電子領域；第三代半導體材料以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石（C）、氮化鋁（AlN）等新興材料為代表。

3.1國內現狀

碳化硅（SiC）作為第三代半導體材料的典型代 表，與第一代半導體材料硅（Si）相比，擁有更加優 異的物理化學特性，使得碳化硅器件能降低能耗 20%以上、減少體積和重量30%~50%，降低碳排放 量20%以上，實現電力電子系統的高效化、小型化、 輕量化和低耗化。因此，碳化硅電力電子器件將廣 泛應用于電動汽車、軌道交通、智能電網、通信雷 達和航空航天等重要國民經濟和軍工領域。國際上 部分國家在該領域起步早，6英寸碳化硅襯底已經 量產，8英寸已研制成功。而國內以4英寸為主，6英 寸尚處在攻關階段。我國碳化硅單晶襯底材料長期 依賴進口，其高昂的售價和不穩定的供貨情況大大 限制了國內相關行業的發展。目前，中國有碳化硅 冶煉企業200多家，年生產能力220多萬噸（其中：綠碳化硅塊120多萬噸，黑碳化硅塊約100萬噸）；加工制砂、微粉生產企業300多家，年生產能力200多萬噸 ，國內碳化硅產業廠商見下表。

表 國內產業鏈中的知名企業

2018年，山西省政府與中電科集團達成戰略合 作關系，展開全方位合作。通過吸引上游企業，形成 產業聚集效應，打造電子裝備制造、三代半導體產 業生態鏈，建成國內最大的碳化硅材料供應基地。

中國電科（山西）電子信息科技創新產業園項 目包括“一個中心、三個基地”：“一個中心”即中 國電科（山西）三代半導體技術創新中心；“三個基 地”即中國電科（山西）碳化硅材料產業基地、中國 電科（山西）電子裝備智能制造產業基地、中國電 科（山西）能源產業基地。這個1000畝的產業園將 串聯起山西轉型綜改示范區上下游十多個產業，帶 動山西半導體產業集群迅速發展，實現中國碳化 硅的完全自主供應。其中，中國電科（山西）碳化硅 產業基地一期項目建筑面積2.7萬平方米，能容納 600臺碳化硅單晶生產爐和18萬片N型晶片的加工 檢測能力，可形成7.5萬片的碳化硅晶片產能，基地 的粉料合成設備、單晶生長設備都是自主研發生產 的全國產化設備。2020年，碳化硅晶片產量達3萬 余片，市場占有率超過50%，公司實現產值27,986 萬元；2021年，投資大力提升車間的智能化水平， 建設基于5G技術的智能化、數字化車間，各個生 產環節的技術參數在中控室一屏可視。該項目目 前成為中國前三、世界前十的碳化硅生產企業，可實現年產值10億元。

新能源汽車、工業電源等應用的推動，全球 電力電子碳化硅的市場規模不斷增長，2020年的 市場規模達6億美元。在競爭格局方面，行業龍頭 企業的經營模式以IDM模式為主，主要的市場份 額被Infineon、Cree、羅姆以及意法半導體占據，國 內外廠商的競爭差距較大。

在半導體應用中，SiC主要用于電力電子器件 的制造。從SiC器件制造流程順序來看，SiC器件的 制造成本中襯底、外延的成本占比最大，其中SiC 襯底成本占比50%，SiC外延的成本占比25%，這兩 大工序是SiC器件的重要組成部分。在上游原料供 應方面，高純石英砂是碳化硅的主要原料之一。因 高純石英砂的制備成本高、加工工藝要求高，因此 目前全球具備批量生產高純石英砂的廠商較少，具體參見下表。

下游需求情況來看，2018-2019年，受新能源汽車、工業電源等應用的推動，全球電力電 子碳化硅的市場規模從4.3億美元增長至5.64億美 元，2020年的市場規模超過6億美元。

從全球碳化硅襯底的企業經營情況來看，2018 年美國CREE公司占龍頭地位，市場份額達62%，其次 是美國II-VI公司，市場份額約為16%。總體來看，在 碳化硅市場中，美國廠商占據主要地位。

Wolfspeed, Inc.是北卡羅來納州的一家公司，成立于1987年。該公司是寬禁帶半導體的創新者，專注于功率和射頻（RF）應用的碳化硅和氮化鎵（GaN）材料和器件。公司產品系列包括碳化硅和GaN材料、功率器件和射頻器件，產品面向電動汽車、快充、5G、可再生能源和存儲、航空航天和國防等多種應用領域。該公司的材料產品和功率器件應用于電動汽車，電機驅動，電源，太陽能和交通應用。該公司材料產品和射頻器件應用于軍事通信、雷達、衛星和電信等領域。

據各公司官網披露，Wolfspeed投資近10億美元進行擴產，預計在2017-2024間整體產能，將擴大30倍；ROHM計劃在2017年-2024，年間產能擴充16倍；II-VI計劃5年內產能擴充5-10倍。根據Yole，全球半絕緣型碳化硅襯底市場出貨量（折算為4英寸）將由2020年的16.56萬片增長至2025年的43.84萬片，年復合增長率為21.50%。

wolf speed產能釋放計劃就國內來說，國內在建的碳化硅外延項目，對6英寸導電型碳化硅襯底拋光片的需求量累計每年超過 150 萬片。同全球的情況一樣，也面臨供需不匹配的問題，因此，襯底以及下游外延片的產能也在持續擴張。天岳先進投資20億元建設上海“碳化硅半導體材料項目”，聚焦于6英寸導電型碳化硅襯底材料生產，計劃于2026年達產且達產產能為30萬片/年，目前，天岳先進已獲得13.93億元的導電型碳化硅襯底合同訂單。露笑科技募集資金約25.67億元投資碳化硅項目，計劃達產產能為24萬片/年，目前，露笑科技已獲得超15萬片襯底需求。

表 廠商產能規劃

2022年，Wolfspeed 宣布計劃耗資數十億美元在美國喬治亞州的查塔姆縣建立世界上最大的碳化硅材料制造工廠。在如今全球范圍最緊迫的挑戰之一：從內燃機 (ICE) 技術轉向電動汽車 (EV) 技術。Wolfspeed 創始人兼首席技術官約翰·帕爾莫表示，“我們希望我們正在做的事情能夠結束 ICE 時代。為了加速轉型，更精簡化業務。就在不久前，Wolfspeed低價將射頻業務賣給半導體設備和組件供應商MACOM，成為目前業內唯一的一家純碳化硅半導體制造商。

碳化硅（SiC）技術在過去幾年中取得了顯著的進展，尤其是在半導體行業。碳化硅作為一種高效率、高耐溫和高電導率的材料，為半導體領域帶來了新的可能性。與傳統的硅基半導體相比，SiC半導體在高溫和高電壓環境下展現出更好的性能，這使得它在電力電子設備中的應用變得極為重要。例如，SiC材料用于電動汽車的電源轉換器，可以顯著提高能源效率和減小體積。此外，碳化硅在太陽能逆變器、高頻通訊系統以及軍事應用中也顯示出巨大潛力。

市場展望方面，碳化硅技術的迅速發展預示著其市場規模將持續增長。隨著電動汽車和可再生能源領域的不斷擴張，對高效能、高耐用的SiC半導體的需求正日益增加。根據市場研究，碳化硅半導體的市場預計將在未來幾年內實現顯著增長。此外，由于其在高溫和高電壓下的優越性能，SiC在工業和電網應用中的使用也在不斷擴大。盡管碳化硅制造成本相對較高，但隨著制造技術的進步和規模化生產，成本預計會逐漸降低，這將進一步推動碳化硅技術的市場滲透和應用領域的拓展。總的來說，碳化硅技術在未來的高科技領域中扮演著越來越重要的角色，市場前景廣闊。

[1]李景,黃佳,李國鵬等.國內外碳化硅標準比對分析[J].標準科學,2024(01):101-113.