在ASPENCORE举办的2020年全球CEO峰会上，威恩半导体(WeEn)首席战略业务运营官沈心发表了题为“理想照进现实，拥抱第三代半导体新时代”的主题演讲。这里所说的第三代半导体主要是指睿能的SiC MOSFET器件。目前，这一市场被世界上几大功率半导体公司所垄断。市场规模相对较小，但增长速度极快。瑞能从2012年开始研究碳化硅材料领域的器件。目前，碳化硅肖特基二极管已经量产并被电力客户广泛使用，碳化硅MOSFET产品也已推向市场。为什么第三代半导体发展这么快？

从大环境来看，过去40年，世界总人口从40亿增加到75亿。但与此同时，全球用电量从40年前的6000太瓦时增加到现在的24000太瓦时，这意味着人均用电量在过去40年里增加了两倍，远远高于人口增长率。毫无疑问，这种趋势与过去40年我们消费习惯和生活习惯的改变密切相关。最具代表性的新能源汽车大量涌现，极大地带动了二次能源的使用。

人与人之间交流方式的改变对此也有重要影响。贝尔先生发明电话的时候，可以用少量的电维持远距离的通信，但相比之下，现在的手机完成同样距离的通信所消耗的单位能量却大幅增加了。如果考虑到AI、机器学习、大数据处理等新兴技术的需求动力，电气化发展的速度真的很惊人。当然，除了设备本身功耗的增加，能量密度也在不断提高。在下图中，沈心比较了第一代iPhone和去年发布的iPhone 11的电池密度。可以看到第一代苹果手机的电池容量是1400 mAh，而iPhone 11的电池容量已经超过3000 mAh。换句话说，单位体积/重量的电能增加了1.5倍。纯电动汽车是另一个有代表性的应用案例。得益于电池容量和能量密度的快速提升，特斯拉的续航现在已经可以超过400公里，而且这个数字还在不断增加。这对传统硅基半导体器件在开关频率、散热、耐压等方面提出了新的挑战和要求，但这些恰恰是以SiC MOSFET为代表的第三代半导体器件的优势。比如高导热率可以降低对散热系统的要求；强大的耐压能力降低了开关损耗，从而大大提高了系统效率，降低了系统成本。沈引用其Markit的数据表示，第三代半导体市场的规模预计将从2020年的10亿美元增长到2025年的35亿美元，复合年增长率超过20%。这一系列数字的背后，是行业的需求，是供应链的升级和完善，是相关技术的巨大进步。比如碳化硅、氮化镓晶片缺陷密度的降低和良率的提高，稳定了供给，不会因为良率的波动而出现供给不足的情况。另一方面，晶圆面积从过去的2英寸逐渐增加到目前主流的6英寸，一些国际领先厂商甚至已经开始规划8英寸碳化硅的产能，从而保证了供应链的稳定性。从设计角度来说，目前碳化硅二极管的GBS和NBS技术大大提高了芯片本身的抗电流能力，同时优化了设计，降低了成本。关键应用助推碳化硅市场腾飞

目前真正起到风向标作用的是特斯拉Model 3上的SiC MOSFET器件的量产。目前Model 3仅将SiC MOSFET应用于主驱动逆变器，但即便如此，一辆车也需要24个SiC MOSFET器件。未来车载充电器(OBC)、DC-DC等。将是SiC MOSFET器件的理想应用场景。随着电动汽车市场的快速增长，SiC MOSFET的出货量将大幅增长，这并不奇怪。新能源充电桩市场的快速发展不容小觑。大量布置30/40/100 kW充电站，意味着充电能量增加，充电时间缩短。碳化硅器件在降低充电桩整体系统成本、增加系统能量密度、提高冷却系统性能等方面发挥了积极作用。在光伏逆变器和风电行业，得益于低开关损耗、高频、高导热、高可靠性等优势，碳化硅器件在同体积逆变器中可输出两倍以上的原功率，或降低海上风电的维护成本。最后一个值得关注的领域是手机快充，它与我们的生活息息相关。目前手机充电器已经从过去的几瓦升级到现在的65瓦甚至100多瓦，其中大量使用氮化镓器件。与碳化硅类似，氮化镓也可以降低系统散热要求，提高系统整体效率，让同样体积和重量的充电器输出更大的电流，满足快充市场的要求。数据中心也会遇到同样的情况。作为用电大户，即使只提高0.1%-0.2%的效率，也会大大节省全球的能源消耗。挑战和机遇并存

但SiC是一种让人又爱又恨的新材料。目前来看，SiC MOSFET的发展主要受制于两个方面：碳化硅晶圆材料的品质和产品价格。由于MOSFET对碳化硅晶圆材料的品质要求远远高于肖特基二极管产品，SiC MOSFET单颗芯片的尺寸也要大于碳化硅二极管产品，所以对碳化硅晶圆材料的缺陷密度有着更高的要求，更高品质的碳化硅晶圆可以显著提高目前SiC MOSFET芯片的良率。同时，考虑到汽车、光伏、风电、数据中心等行业对产品质量要求极高，未来，对碳化硅材料、器件质量的高要求会成为整个行业向前发展所必须具备的重要因素。

另一方面，碳化硅晶圆材料，特别是高品质晶圆较高的价格也导致SiC MOSFET成本增加，成为制约SiC MOSFET更大规模普及和发展的要素之一。但沈鑫认为，在可预见的未来，随着供应链的发展，其整体系统成本与硅基产品会越来越接近。

“其实，即便单个碳化硅器件价格高于传统硅器件，但我们更看重它在降低系统成本方面所起到的关键作用，尤其是业界一直以来在封装、应用、结构改进、与硅器件相融合等方面进行系统级优化，我相信整个行业会越做越好。”他说。

在沈鑫看来，无论是在中国、欧洲还是美国，行业协会在促进同行业中不同公司间的协作，尤其是上下游之间的协作方面，起着不可替代的作用，这对瑞能这样的IDM公司来说更是如此，双方合作意义巨大。