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，，，，比如国内的单晶亚太半导体科技（浙江）有限公司（以下简称“单晶亚太半导体”）
，，
，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，，
，根据单晶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，，，比如单晶亚太半导体在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
。。。
。