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第三代半导体碳化硅规模化上车,功率半导体迎来硅基与宽禁带材料并行发展新格局

第三代半导体碳化硅规模化上车,功率半导体迎来硅基与宽禁带材料并行发展新格局

以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的第三代宽禁带半导体材料,具备禁带宽度大、耐高温、耐高压、低导通损耗、高频特性优异等物理优势,完美适配新能源车高压电控、车载 OBC、光伏逆变器、储能变流器、工业高频电源、快充设备等场景。2026 年碳化硅器件成本持续下行,车企 800V 高压平台大面积普及,碳化硅功率模块装车率快速提升,氮化镓器件在消费快充、通信射频领域稳步渗透,功率半导体行业正式进入硅基器件保基本盘、宽禁带半导体抢占高端增量市场的双线发展新格局。
硅基 IGBT、MOSFET 依旧是功率半导体市场的主流产品,技术成熟、成本低廉,适配低压工控、家电电源、光伏低压逆变器等绝大多数场景,市场需求体量庞大,构成功率半导体稳定的营收基本盘。硅基功率器件国产化进程较早,斯达半导、士兰微、扬杰科技、华润微等企业占据国内可观市场份额,成熟工艺产品基本实现自主供给。而碳化硅器件作为新一代升级方案,在新能源车主逆变器中使用后,能够有效降低整车电控系统损耗、提升续航里程、缩减电控模块体积重量,特斯拉、比亚迪、蔚来、小鹏等主流车企均在高端车型标配碳化硅功率模块,行业渗透率逐年攀升。
碳化硅产业链分为衬底、外延片、芯片设计制造、器件封装四大环节,碳化硅衬底是整条产业链技术壁垒最高的部分,此前长期被海外企业垄断。国内天岳先进、天合光能、露笑科技等企业持续优化碳化硅长晶工艺,6 英寸、8 英寸导电型衬底量产良率不断提升,外延片厂商配套实现外延层厚度、掺杂浓度精准管控,国内衬底、外延自给率稳步提升。碳化硅晶圆代工、器件制造依托现有功率产线改造即可实现量产,国内功率器件厂商快速完成碳化硅模块封装工艺开发,AMB 陶瓷基板封装方案逐步成熟,解决碳化硅器件高温散热难题。
成本是限制碳化硅大范围普及的核心因素,随着衬底良率提升、规模化量产摊薄固定成本,碳化硅模块价格近两年降幅明显,逐步具备大规模替代硅基 IGBT 的经济价值。除车载领域外,大型电化学储能电站、工商业储能、高压充电桩、轨道交通牵引变流器对高压碳化硅器件需求持续释放,打开碳化硅行业长期成长空间。氮化镓器件凭借高频、小型化优势,广泛应用于手机快充、服务器电源、5G 射频器件,商业化落地速度快于碳化硅。
我国新能源汽车、光伏、储能产业规模全球第一,下游应用市场优势显著,为第三代半导体产业提供绝佳的产业化土壤。目前国内碳化硅产业链在衬底良品率、外延均匀性、芯片可靠性层面和国际龙头存在一定差距。国内企业应当沿着衬底 - 外延 - 器件 - 封装全链条同步布局,依托下游海量应用场景完成工艺迭代优化,持续压缩产品成本。未来硅基功率器件与宽禁带半导体将会长期共存,依据不同电压、功率场景差异化应用,我国功率半导体产业有望借助第三代半导体的技术赛道,实现对海外巨头的局部弯道超车。
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