碳化硅（SiC）对多数人而言是生疏的名词，却在这几年爆红，成为未来 5G、电动车中的要害第三类半导体资料。
特斯拉的 Model 3 用碳化硅替代传统的硅基底芯片来做电流转化模组; 华为将碳化硅运用在 5G 基站的功率放大器中，并入局布局该工业，以旗下公司名义出资第三类半导体资料碳化矽企业山东天岳。
碳化硅是归于第三代半导体资料，也是地球上第三硬的化合物，仅次于钻石和碳化硼，据说是太阳系刚诞生的 46 亿年前的陨石中，所发现的少数物质，因而，碳化硅又被称为是“阅历 46 亿年韶光之旅的半导体资料”。
电动车、射频RF许多运用碳化硅
与传统的硅晶圆相较，碳化硅凭什么一夕爆红？
碳化硅相较于传统硅晶圆有更高的功率密度、让设备的尺度和体积更小、相应的电池体积也会更小，因而可以延伸电池惯例运用的寿数，让电动车的行进路程更远。
打个比如，运用碳化硅资料的逆变器模块，与运用传统硅资料的比较，电池效能可进步 10%，且电池的领会积缩小 30%，这也可以解说为什么电动车会大力倡议碳化硅这项新资料。
另一个许多的运用，是射频 RF 元件，由于碳化硅可以有更好的散热，因而，5G 基地台中的射频元件也很合适运用碳化硅。
（图：Tesla官网）
已然碳化硅有这么多长处，那为什么市面上运用不大举替代硅晶圆？
首要在于碳化硅工业还面对四个应战：供给缺乏、良率、产品电气功能体现待提高、本钱过高。
由于碳化硅产值还太小且安稳度不行，且上述也说到，碳化硅是地球是第三硬的化合物，因而与硅比较，碳化硅坚固的原料和杂乱的制作流程，也导致本钱很高。
尽管单个碳化硅元件的本钱仍是高于传统硅元件，但以全体体系本钱视点视之，仍是节约许多。
例如，在电动车中，碳化硅可能会额定添加 300 美元的前期本钱，但从整个体系来看，电池本钱、电动车空间和冷却本钱的下降，可以大大削减约 2,000 美元的本钱。
全球车厂热心拥抱碳化硅
再进一步深入探讨碳化硅工业之前，咱们先来看看有哪些工业巨子渐渐的开端运用这种新资料，而且带来什么样的商场冲击。
特斯拉：
全球碳化硅功率半导体商场的规划，将从 2017 年的 3.02 亿美元，快速生长至 2023 年的 13.99 亿美元，未来车厂在功率电子中选用碳化硅的比重会继续添加，像是主逆变器、车载充电器 (OBC)、直流 - 直流(DC-DC) 转化器等。
特斯拉的 Model 3 是榜首家选用碳化硅 SiC MOSFET 来做逆变器的车厂，首要是与意法半导体协作，相较于市面上的电动车多是运用硅基底芯片如 IGBT、MOSFET 等来制作。
Model 3 运用了 SiC MOSFET 模组后，AC / DC 的电流转化功率在长间隔电动车商场上排名榜首，加速特斯拉的首要竞争对手车商开端评价运用碳化硅资料 SiC MOSFET。
保时捷（Porsche）：
在 2018 年 10 月即宣告碳化硅 SiC MOSFET 模组的电动车快速充电桩。
德国轿车零组件供给商 Delphi ：
Delphi 在 2019 年宣告最新运用碳化硅模组的 800V Inverter，相较于现在电动车以运用 400V Inverter 体系为主，运用碳化硅的 800V Inverter 能延伸行进间隔，并缩短充电时刻。
比亚迪（BYD）：
已入局自研碳化硅工业，而且扩展碳化硅功率元件的规划，要树立完好的工业链，整合资料（高纯碳化硅粉）、单晶、外延片（Epitaxy）、硅片、模组封装等，以下降碳化硅器材的制作本钱，加速碳化硅运用在电动车范畴。
碳化硅供给链
现在碳化硅晶圆供给商是以美国科锐（Cree）为龙头，但参加该范畴的半导体商渐渐的变多，美国、韩国、欧洲都有碳化硅晶圆供给商参加其间。
美国科锐（Cree）：
现在是碳化硅范畴的龙头，市占率过半。由于 Cree 看好未来需求，也在 2019 年发动扩产方案，总出资 10 亿美元，估量在碳化硅晶圆产能与碳化硅晶圆制作资料上，可添加高达 30 倍。
别的，Cree 也将把旗下的功率元件（Power）和射频（RF）工作群更名为 Wolfspeed，而 Wolfspeed 是 SiC Diode、SiC MOSFET 的首要厂商，也让整个 Cree 集团在碳化硅工业供给链实力扩展。
美国资料公司 II-VI：
是一家工程资料和光电元件供给商，一起也是碳化硅资料供给商。
南韩硅晶圆厂 SK Siltron：
2019 年宣告收买美国化学大厂杜邦（DuPont）的碳化硅晶圆工作。
有必要留意一下的是，除了上述的美、韩供给商，法国资料供给商 Soitec 也正式入局，而且宣告与半导体设备大厂运用资料协作。
运用资料与 Soitec 看好电动车、通讯设备、工业运用等运用关于以碳化硅为衬底的芯片需求繁荣生长，因而携手打开对新一代碳化硅衬底的研制。
Soitec 有一项专利技能 Smart Cut，现在已大范围的运用于绝缘硅 SOI 产品的出产，这次与运用资料的协作，将取得运用资料在制程技能与出产设备方面的支撑。
Soitec 全球战略履行副总裁 Thomas Piliszczuk 表明，两家公司将在 CEA-Leti 的衬底立异中心中添加一条碳化硅优化衬底的试验出产线，方针是在2020 年上半年开端运转，下半年可推出运用 Soitec 的 Smart Cut 技能出产碳化硅晶圆片样品。
Piliszczuk 进一步指出，在处理碳化硅的流程上，首要是选用 Smart Cut 技能将碳化硅晶圆体进行精准切开成超薄单晶碳化硅层，再将切开后的超薄单晶碳化硅层，放置在其他的资料之上，而形成了一个全新的结构。这样的全新结构，与纯的碳化硅的资料比较，可以有更好的电气功能，并添加良率。
未来，碳化硅方针是完结与 IGBT 本钱挨近。IGBT 从 1990 年开展至今，中心 30 年阅历了 7 代技能，晶圆尺度更从 4 吋一向扩展到 12 吋，晶片厚度从 300μm 下降到 60μm，本钱也降到了本来的 5 分之 1。
由此可知，碳化硅之旅也相同需求阅历一段不短的时刻，才能让本钱与 IGBT 挨近。
未来，碳化硅并不会彻底替代 IGBT 或 MOSFET，由于这些技能产品在开关特性、功耗、本钱等方面都不相同，硅与碳化硅元件会一起并存开展。
碳化硅关于 Soitec 而言，是全新事务。除此之外，Soitec 也广泛供给各种资料，像是 FD-SOI 晶圆、压电绝缘资料 POI、硅光子（Silicon Photonics）、氮化镓 GaN 等资料。
FD-SOI 技能许多人关于并不生疏，由于 GlobalFoundries、三星、意法半导体现已推展该技能多年，FD-SOI 技能更被视为是台积电、英特尔引领的 FinFET 技能之外的另一个条道路。
FD-SOI 技能十分合适于边际核算和 AIOT（人工智能和物联网结合）范畴的芯片，市面上现已有许多公司是选用 FD-SOI 技能出产相关芯片，包含瑞芯微电子、NXP 等。
在压电绝缘资料 POI 方面，大多数都用在 5G 手机上需求的射频滤波器上，也是因应 5G 年代光临下，频谱越来越密布，需求手机前端的射频模块来进行过滤频率信号。
在硅光子（Silicon Photonics）方面，首要是用于数据中心及高速核算的硅光子（Silicon Photonics）。
在氮化镓 GaN 方面，Soitec 在 2019 年 6 月收买了一家姓名叫做 EpiGaN 的公司，正式跨入 GaN 资料范畴，是一家在 GaN 范畴十分抢先的小型公司，未来能供给 5G 的基础设施。
再者，Soitec 在收买 EpiGaN 后，现已推出了两款产品，分别为硅基氮化镓和碳化硅基氮化镓。
针对独有的 Smart Cut 技能，现在 Soitec 有三种产品运用 Smart Cut 技能，分别为绝缘硅 SOI 产品、新式压电产品 POI、碳化硅 SiC，其实氮化镓也可以正常的运用 Smart Cut 技能，现在是处于研讨阶段。
Soitec 也活跃打开在我国的布局，2019 年与上海新傲科技强化协作，上海厂的 200mm SOI 晶圆年产值将从年产 180,000 片提高至 360,000 片，新增产能首要针对车用范畴所需求的 RF-SOI 与功率 Power-SOI 元件等，两边协作形式是由新傲担任 SOI 晶圆制作，Soitec 则办理全球产品销售。
关于碳化硅的晶圆来说，最为广泛的是 6 英寸尺度，Soitec 猜测在 2024 年，全球整体有用商场（TAM）关于碳化硅晶圆的需求将会到达每年 400 万～500 万片。
在碳化硅硅片制作商方面，首要的功率半导体 IDM 厂商包含英飞凌、ON Semiconductor、意法半导体、ROHM、Mitsubishi Electrics 等，都供给商场碳化硅硅片与 SiC Module。
Soitec 希望能是 2020 年上半年完结根据 Smart CutTM 技能的碳化硅衬底样品，第二个方针是 2021 年上半年，能运用 Smart Cut 的技能完结碳化硅产品的量产。
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