Carbono de Silício 2.0: Como os semicondutores de banda larga estão remodelando a infraestrutura energética global

Carbono de Silício 2.0: Como os semicondutores de banda larga estão remodelando a infraestrutura energética global

1A principal vantagem da tecnologia do carburo de silício: ultrapassar os limites físicos dos materiais tradicionais à base de silício
1.1 Descoberta das propriedades materiais
Resistência à alta pressão e à alta temperatura: Carbide de silício (SiC) faixa de lacuna de 3,2 eV (silício é apenas 1,1 eV), força de campo de degradação é 10 vezes a do silício, pode suportar ambiente de trabalho de alta temperatura acima de 200 ° C,melhorar significativamente a fiabilidade do dispositivo 16.
Características de alta frequência e baixa perda: A velocidade de comutação dos MOSFETs SiC é 100 vezes mais rápida do que a dos IGBTs baseados em silício, a resistência de ligação é reduzida para 1/100 daquela dos dispositivos baseados em silício,e o consumo de energia do sistema é reduzido em 70%.
Optimização do volume e do peso: sob a mesma potência, o volume dos dispositivos de carburo de silício é reduzido para 1/3 dos dispositivos à base de silício, o que facilita o peso leve dos equipamentos de nova energia 68.
1.2 Percurso de melhoria económica
2023-2024 queda global do preço do dispositivo de carburo de silício de 35% (como o preço unitário do MOSFET SiC de 1200V/40mΩ de 35 yuan para 23 yuan), o custo futuro deverá ser próximo do IGBT de silício 1,5-2 vezes,acelerar o processo de comercialização 3.
2, Análise aprofundada dos cenários de aplicação no domínio das novas energias
2.1 Veículos de nova energia: os três módulos principais que impulsionam a revolução da eficiência energética
Inversor de acionamento principal: O uso de carburo de silício pode reduzir a perda do sistema de controle do motor em 5%, a faixa de 10%, Tesla Model 3, BYD Han e outros modelos alcançaram aplicação em larga escala 13.
Sistema de cobrança a bordo (OBC): Dispositivos de SiC aumentam a eficiência de carregamento para mais de 97%, suportam plataformas de alta tensão de 800V e alcançam uma recarga ultra-rápida de 15 minutos para 80%.
Conversores de corrente contínua: As soluções de carburo de silício reduzem os requisitos de capacidade do filtro em 40% e aumentam a densidade de potência em 3 vezes.
2.2 Pilha de carregamento: o principal suporte técnico do carregamento rápido de alta tensão
Dispositivos de carburo de silício em pilha de carregamento rápido DC pode simplificar a topologia do circuito, reduzir o volume do radiador em 50%, suportar 480kW de potência de sobrecarga,e a dimensão do mercado deverá atingir 2.5 mil milhões de yuans em 2024.
2.3 Geração de energia fotovoltaica: uma solução disruptiva para saltos de eficiência
A eficiência de conversão dos inversores fotovoltaicos que utilizam MOSFETs SiC é aumentada de 96% para 99%, a perda de energia é reduzida em 50%, a vida útil dos equipamentos é prolongada em 50 vezes,e o custo de energia do ciclo de vida é reduzido em 12%.
3, padrão de concorrência industrial e desafios tecnológicos
3.1 Padrão do mercado mundial
Os fabricantes internacionais dominam: Wolfspeed, Infineon e outras cinco principais empresas ocupam 91,9% da parte de mercado, 2026 capacidade global de produção de carburo de silício planejamento de 4,6 milhões de peças (equivalente a 6 polegadas) 3.
Produtores chineses avançoAs empresas de semicondutores puros reduziram a Rsp (resistência específica de funcionamento) do MOSFET SiC de 1200 V para 2,8­3,3 mΩ, aproximando-se gradualmente do nível de liderança internacional de 38.
3.2 Obstáculo técnico essencial
Projeto do circuito de acionamento: As oscilações de tensão (dv/dt até 100 kV/μs) e as interferências electromagnéticas (EMI) causadas pela comutação de alta frequência devem ser suprimidas.
Optimização do processo de pacote: Pacotes de baixa indutividade parasitária (< 5nH) foram desenvolvidos para corresponder às características de alta frequência do carburo de silício 712.
4, tendências futuras e sugestões estratégicas
4.1 Direcção da iteração da tecnologia
Desenvolvimento de módulos de arrefecimento de dois lados e de projetos integrados (como pacotes IPM) para reduzir ainda mais o custo e o volume do sistema119.
4.2 Caminho de colaboração na cadeia industrial
Construir a capacidade de localização da cadeia completa de "substrato - epitaxia - dispositivo - aplicação", e o custo alvo do substrato de carburo de silício da China será reduzido para 2000 yuans / peça 312 em 2026.
Conclusão
A tecnologia do carburo de silício está a promover a modernização estrutural da nova indústria energética com a inovação dos materiais.Continuará a liberar valor nas três dimensões da eficiência energética, a fiabilidade dos equipamentos e a economia dos sistemas, e tornar-se o principal portador de tecnologia da estratégia global de neutralidade de carbono.