一直以來，“里程焦慮”、“充電緩慢”都是卡住新能源汽車脖子的關鍵問題，是車企和車主共同的焦慮；

但隨著高壓電氣技術的不斷進步和快充時代的到來，將SiC(碳化硅）一詞推向了市場的風口浪尖。

繼2019年4月保時捷Taycan Turbo S 全球首發三年后，800V高壓超充終于開始了普及。相比于400V，800V帶來了更高的功效，大幅提升功率，實現了15分鐘的快充補能。

而構建800V超充平臺的靈魂就是材料的革新，基于碳化硅的新型控制器，便引領著這一輪高壓技術的革命。

小鵬發布的800V高壓SiC平臺

Si（硅）早已是大多數電子應用中的關鍵半導體材料，但與SiC（碳化硅）相比，則顯得效率低下：

根據半導體材料的區別，行業內通常可以將半導體分為三代：

第一代半導體材料大部分為目前廣泛使用的高純度硅；第二代化合物半導體材料包括砷化鎵、磷化銦；第三代化合物半導體材料以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表。

SiC（碳化硅）是一種由Si（硅）和C（碳）構成的化合物半導體材料。

不僅絕緣擊穿場強是Si的10倍，帶隙是Si的3倍，而且在器件制作時可以在較寬范圍內控制必要的p型、n型，所以被認為是一種超越Si極限的功率器件材料。

SiC（碳化硅）中存在各種多型體（結晶多系），它們的物性值也各不相同；用于功率器件制作，4H-SiC最為合適。

圖片來自：IEEE

是什么讓SiC（碳化硅）引領著這一輪高壓技術的革命？

主要是因為：SiC（碳化硅）擁有更高的臨界雪崩擊穿場強、更大的導熱系數和更寬的禁帶。

SiC（碳化硅）具有3電子伏特（eV）的寬禁帶，可以承受比硅大8倍的電壓梯度而不會發生雪崩擊穿，禁帶越寬，在高溫下的漏電流就越小，效率也越高；而導熱系數越大，電流密度就越高。

它的絕緣擊穿場強是Si的10倍：因此與Si器件相比，能夠以具有更高的雜質濃度和更薄的厚度的漂移層作出600V～數千V的高耐壓功率器件。

高耐壓功率器件的阻抗主要由該漂移層的阻抗組成，因此采用SiC可以得到單位面積導通電阻非常低的高耐壓器件。

圖片來自Yole2016

特別是：在理論上，相同耐壓的器件SiC（碳化硅）單位面積的漂移層阻抗可以降低到Si的1/300：

而Si材料中，為了改善伴隨高耐壓化而引起的導通電阻增大的問題，主要采用如IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor : 絕緣柵極雙極型晶體管）等少數載流子器件（雙極型器件）；但是卻存在開關損耗大 的問題，其結果是由此產生的發熱會限制IGBT的高頻驅動。

SiC（碳化硅）材料卻能夠以高頻器件結構的多數載流子器件（肖特基勢壘二極管和MOSFET）去實現高耐壓，從而同時實現 "高耐壓"、"低導通電阻"、"高頻" 這三個特性。

另外，帶隙較寬，是Si的3倍，因此SiC（碳化硅）功率器件即使在高溫下也可以穩定工作。

在SiC（碳化硅）強大的性能優勢下，其也終于迎來“輝煌時代”：

據最近Yole給出的數據顯示：SiC（碳化硅）元件將從2021年10.9億美元成長到2027年63億美元，年復合成長率達到34%。

無論是當代的新勢力車企代表特斯拉還是傳統車企代表通用汽車，它們在2020年和2021年有多款新發布的電動車都在變壓器上采用SiC（碳化硅）元件：

根據Yole調查：特斯拉創紀錄的出貨量幫助SiC（碳化硅）元件在2021年超越10億美元銷售額的關卡。

如今通用汽車和特斯拉等汽車制造商正加大投資，讓采用SiC（碳化硅）元件的電動車在充電后，能行駛更遠，并且電池耗盡時，也可更快地充電。

簡單來說，SiC（碳化硅）元件正在推動電動車走向未來：

SiC（碳化硅）元件正在爭奪電動車傳動系統核心的80%左右的功率電子裝置，包括將儲存在汽車電池組中的直流電轉換為車輛電動馬達所需的交流電之主牽引逆變器（Main Traction Inverter）；SiC晶片還在電動車其他部分爭取地位，例如車載充電器和直流-直流轉換器。

Yole認為為了滿足長續航里程的需求，800V電動車是實現快速直流充電的解決方案，這就是1200V SiC元件可以發揮關鍵作用的地方。

從中國這個全球最大的電動汽車市場來看，上汽、廣汽等車企已經開始布局碳化硅全產業鏈，這為國內供應商創造了寶貴的發展機遇：

特別是，截至目前為止，比亞迪的Han-EV通過提供快速充電獲得了不錯的銷售量。

因為這一刺激，2022年將有更多汽車制造商（例如：蔚來汽車、小鵬汽車等）采用SiC元件于電動車上并推向市場。

但與其它領域相同，新技術在誕生初期，都面臨著成本過高的問題：

但是可以確定的是：現在的碳化硅就像過去光伏領域的HJT電池、氫能領域的膜電極、動力電池領域的固態電池一樣，有著比較大的降本空間。

伴隨著技術的進步、規模效應和產品良率的提升，SiC（碳化硅）也必然會憑借其優異的性能被更廣大的下游客戶所接受。

編輯：黃飛

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