近几年来，，电动汽车、、、、电化学储能、、、以及光伏和风电等新能源市场的快速发展
，，，，市场对功率器件的需求量大增，，，特别是电动汽车的兴起
，，
，让IGBT常年处于供应紧张状态，，且未来几年都没有缓解的迹象。。此时，
，，，SiC器件也乘势而起，
，
，，开启了汽车领域的渗透之路，，，那么，，未来这两种功率器件将谁主沉浮呢？？

IGBT与SiC的发展历史及市场情况

1982年，
，通用电气的B•贾扬•巴利加发明了IGBT，，它集合了双极型功率晶体管（BJT）和功率MOSFET的优点，，一经推出，，便引起了广泛关注，
，
，
，各大半导体公司都投入巨资开发IGBT器件。。随着工艺技术的不断改进和提高，，其电性能参数和可靠性也日趋完善。。
。

据Omdia统计，
，
，全球IGBT市场规模在过去近十年中保持稳定增长，，，从2012年的32亿美元增长至2021年的70亿美元。。中国是IGBT最大的市场
，
，，，占到全球IGBT市场规模的40%左右。。。
。另外，，根据测算，，国内车载IGBT市场的规模大概为60亿元，，，，如果按照每年200万辆的增量计算，，，
，车载IGBT需求量至少100亿元以上，，，，需求量很大。
。
。。

目前硅基MOSFET和IGBT器件等高频功率器件由于技术成熟，，，
，已经广泛应用于各种领域。
。
。然而，
，，随着功率器件使用场合日益丰富，
，对高效率、、
、、高功率密度等性能要求也不断提升
，
，，，加上工作环境更加恶劣，，，硅器件的使用受到了其材料特性的限制，，，难以满足需求
。。。为了突破传统硅基功率器件的设计瓶颈，，SiC和GaN等第三代半导体器件开始崭露头角。。。因为这类新材料具有宽禁带
、、、
、高饱和漂移速度、
、
、高热导率、、、、高临界击穿电场等优点
，，，，特别适合制作大功率高压、、、、高频、、、高温、
、、、抗辐照电子器件。
。。
。

近几年
，，基于宽禁带半导体材料的功率器件制造技术的发展也突飞猛进，，，许多半导体公司都推出了其商业化的SiC和GaN功率器件。。。以SiC MOSFET为例，，现有的商业化功率器件耐压范围达到了650V~1700V，，等级达到了6~60A，，SiC模块的耐压等级甚至已经达到了几十kV。。。

据Yole统计，，
，2021年全球SiC功率器件的市场规模为10.9亿美元，，预计未来几年的年复合增长率可达34%，，，至2027年，，市场规模可达62.9亿美元。。。。据悉，，目前，，，
，SiC MOSFET在车载OBC和电控上在逐渐渗透。
。。不过，，
，现在很多供应SiC模块，
，，包括OBC和MOSFET的企业，，同时也是IGBT的供应商。。 从市场前景来看，，如果SiC未来在车载上大批量上量，
，
，，产值会翻倍，，因为车载SiC模组的价格是传统硅模块的3~5倍，，，，OBC单管的话是硅模块的2倍。。。。业内人士预计今年SiC在国内电控领域有10%左右的渗透，，
，
，2025年可能会达到30%~50%的渗透。
。。

IGBT与SiC的性能对比

前面有提到，，，IGBT集合了BJT和功率MOSFET的双重优点，，，它既具有功率MOSFET的高速和电压驱动特性，，又具有BJT的低饱和压降和承载较大电流的特点，，，且具有高耐压能力。。。据悉，，，目前商业化的IGBT模块耐压已经做到了6500V，，
，
，实验室甚至已经做到了8000V。。。。

目前，，，，IGBT器件的发展趋势主要是高耐压、、、、大电流、、高速度、、低压降、、、高可靠性和低成本。。近10年来，，，IGBT器件发展的主要难点在于其器件的物理特性，，
，尤其是沟槽型IGBT的物理特性
，，通常并不容易达到。。。主要体现在IGBT的开通速度和损耗、、
、扩展至8英寸和12英寸制造/加工技术的挑战、、、缓冲层构成
，，以及微沟槽设计等方面
。
。

也就是说，，，，要想设计出性能更好的IGBT产品，，需要减少产品的损耗，
，提高开通速度、、
、、鲁棒性和可靠性，，，提升工作温度等方面入手。。目前海外IGBT器件厂商，，
，比如、、、ST、、、、三菱电机等基本都掌握了场终止层（Field-stop，
，FS）+沟槽栅IGBT技术，，，，且相继推出了不同系列，
，，，不同规格的600V~6500V IGBT器件和模块产品。。
。 国内IGBT厂商由于设备和工艺水平等因素的影响，，
，目前还处于追赶阶段。。不过可喜的是，，，已经有不少厂商取得了不错的进步，
，比如国内的圣一欣亚太半导体科技（浙江）有限公司（以下简称“圣一欣亚太半导体”）
，，，，其已经量产的i20 IGBT芯片组，，，性能达到
，，，甚至有些方面已经超过了国际主流厂商的第4代芯片的水平。。

据资料显示，，，，i20 IGBT芯片采用精细沟槽栅-场终止型（Fine Patrn Trench- Field Stop）结构，，，并通过N型增强层（N- Enhancement layer）、
、、窄台面（Narrow Mesa）、、、短沟道(Low Channel)
、、、超薄基底(Ultra-thin base)
、、优化P+（Optimized P+ LAYER）
、、、、先进3D结构（Advanced 3D structure）等多项优化设计，，，
，进一步改善IGBT导通饱和压降和开关损耗折中性能，
，同时大大增加了电流可控性（di/dt controllability）和短路稳健性。。。
。

在性能方面，，，，根据圣一欣亚太半导体公开的其量产i20模块与相似封装技术的IGBT4模块测试对比来看，，，两个模块的开通损耗基本相当；关断损耗
，，采用i20芯片组的模块略高，，，但饱和导通压降更低
。。

在鲁棒性方面，，i20采用了鲁棒性非常高的IGBT元胞设计
，，，，在VDC=800V时，
，，可达到额定电流的4倍，，
，，RBSOA高于短路电流水平。
。。
。

在可靠性方面，，i20 ED封装模块通过了车规级AQG 324标准中极其重要的高温高湿反偏试验（H3TRB）等测试。。。
。且在经过1500小时后，
，，仍然没有出现性能退化。。
。

自2011年CREE公司推出第一代SiC MOSFET后，
，很多研究人员对SiC MOSFET的特性进行了深入研究。。
。。据研究
，，，，SiC MOSFET器件可以显著减小硬开关电路的开关损耗
，，，
，提高变换器效率。。。不过在650V低压场合，，现有的SiC器件与硅基功率器件相比开关速度并不占优势，，，，但在900V以上的场合，，SiC的优势就显现出来了。。。

比如说，，，1200V器件的开关损耗与开关时间相比于硅基功率器件均大大减小。。。因此，，SiC功率器件非常适合于高频、、、、高压应用场景。
。。而开关频率提升后，，可以减小系统中无源元件的体积和重量
，，从而减小整个系统的体积，，增加系统的功率密度。。。。

目前，，，SiC MOSFET技术遇到的主要难点是原材料成本和加工技术
，，
，业界均处于着手解决SiC器件在制造、、、切割、、、互连和封装等工艺痛点阶段
。。。。比如说目前主要的SiC晶圆还是4英寸，
，6英寸和8英寸的产线还比较少，，，
，良率目前也不是很高，，，，因此产量提升还有难度；次要的难点是改进器件理论并积累更多可靠性数据
。
。

随着Model3率先采用ST的SiC MOSFET器件后
，，SiC MOSFET的需求一路高涨，，，目前处于供不应求的状态
。。。
。而随着蔚来ET5\ET7
、、、、小鹏G9等搭载SIC MOSFET车型的交付及放量，
，，而衬底和晶圆厂技术壁垒较高
，，，，产能扩张慢等因素影响，
，，再加上电动汽车800V平台的车型越来越多，，，对SiC MOSFET的需求将进一步放大，
，未来供给缺口恐更大。。。。

结语

可以明显地看到，，，SiC MOSFET的技术性能优于硅基IGBT，，，但SiC的总体成本仍然很高，，这主要是由于原材料
、、加工和产量决定的，，，，目前难以充分利用其全部特性。。。反观硅基IGBT，
，，，目前技术已经非常成熟
，，，经过40多年的持续奋斗，
，，不断探索与创新
，，，
，硅基IGBT的参数折中已经达到了极高的水平，，，可以满足不同的应用市场需求
，，，而且成本可控。。

因此，，可以预见的是未来相当长一段时间，，，
，硅基IGBT和SiC器件将会共存于市场。。。
。即便是电动汽车市场，，
，，会极大推动IGBT和SiC器件的发展，，由于成本和性能的考量
，，，，这两者也仍然会是共存状态。。。

节能减排和低碳经济必然会推动功率半导体市场的蓬勃发展，，，IGBT和SiC器件是功率半导体的技术前沿。。目前主要的供应商还集中在国外
，，好在国内企业的发展势头也非常好，，比如圣一欣亚太半导体在2021年6月就完成了其第一条IGBT模块生产线，，，，并实现了量产
，，，，该生产线制造的ED封装IGBT模块系列产品已经在数家电动汽车、、风电、、、光伏及工业电控领域企业开展测试，
，，去年年底完成了以晶圆形式向新能源乘用车市场客户的批量交付。
。。今年年中完成了IGBT模块批量交付新能源乘用车客户。。此外，，，，该公司SiC MOSFET产品也在布局当中，
，，，预计今年推出第一代碳化硅模块。。。