碳化硅（SiC）晶片需经过晶体生长、切片、研磨、抛光等多道工序，其中晶体生长环节是成本与良率的核心瓶颈。功率器件市场规模的增长，主要由新能源汽车、光伏逆变、储能等下游大功率场景对高温、高压、高频器件的需求扩张所驱动，同时SiC材料本身在禁带宽度、热导率、击穿场强上的物理特性，使其在大功率应用中具备替代部分硅基方案的潜力。

SiC晶片的工艺复杂度与成本结构

SiC晶片属于碳化硅产业链的衬底环节。产业链自上而下分别为衬底、外延、设计以及制造，海外厂商多采用一体化IDM架构，国内则以专注某一环节为主。

衬底制备的难点集中在晶体生长。目前主流的单晶生长路线是物理气相传输法（PVT），约90%以上的企业采用该方法。其显著问题是生长速度慢——一般每小时仅能生长0.2—0.3毫米，换算到一周约为2—3厘米；行业头部企业Wolfspeed一周约4厘米。与之对比，硅材料一周大约能生长几米的晶体，两者存在百倍级差距。叠加相对较低的良率，衬底成本居高不下。

从器件成本构成看，衬底占比约47%，外延约23%，设计、制造、封测合计约30%。衬底环节不仅成本占比高，技术壁垒也最高。市场格局方面，据Wolfspeed 2021 Investor Day数据，Wolfspeed份额为62%，II-VI为14%，Rohm为13%，SK Siltron为5%，天科合达为4%，其他为2%。

下游需求如何推动功率器件市场扩张

SiC作为第三代半导体材料，核心优势来自宽禁带特性。其禁带宽度为3.2 eV，高于第一代半导体Si的1.12 eV。更宽的禁带意味着导带与价带之间的能量差更大，电子与空穴被激发后的复合率降低，更多载流子可用于导电或传热，因此材料具备更强的导热性与导电能力。同时，宽禁带使损耗电流远小于硅基，降低功率损耗，并因关断过程中不存在电流拖尾现象而提升开关频率。

这些特性对应的正是大功率应用场景的需求。SiC器件广泛应用于制作高温、高频、大功率和抗辐射电子器件；同属第三代半导体的GaN则侧重高频率，两者并非直接竞争关系。新能源汽车、光伏逆变、储能等场景对高温、高压、高频能力的要求，构成了功率器件市场规模扩张的需求侧驱动。

在成本仍高于硅基方案的阶段，混合型SiC成为过渡路径之一。以ROHM的方案为例，主体芯片仍为硅基IGBT，仅将续流二极管（FRD）替换为SiC。据该公司计算，其损耗较传统IGBT下降约67%，而成本上升部分相对可控，仅二极管部分成本提高约3倍。

常见问题

SiC晶片为什么成本高？

成本高的主要来源是衬底环节，尤其是晶体生长部分。PVT法生长速度慢，一般每小时仅0.2—0.3毫米，一周约2—3厘米，而硅材料一周可生长几米，加上良率相对较低，衬底价格因此显著高于硅基材料。

SiC和GaN是竞争关系吗？

两者同属第三代半导体，但适用场景不同。GaN侧重高频率，SiC侧重大功率，与IGBT的应用场景联系更紧密，因此并不构成直接竞争关系。

混合型SiC方案有什么特点？

混合型方案保留硅基IGBT作为主体器件，仅将续流二极管替换为SiC。据ROHM计算，其损耗较传统IGBT下降约67%，成本上升部分相对可控，仅二极管部分成本提高约3倍。