碳化硅因其出色的高功率密度、耐高壓高溫、低能耗及抗輻射等性能，在新能源汽車(chē)、5G通信、高效電源、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域展現出巨大的市場(chǎng)潛力。我國碳化硅產(chǎn)業(yè)起步于初，目前已在碳化硅材料及器件研制上取得一系列重大突破。

　　“作為成熟的第三代半導體材料，碳化硅取代現行的硅基材料是必然趨勢?！敝袊姍C工程學(xué)會(huì )電力系統電力電子器件專(zhuān)委會(huì )主任委員邱宇峰表示，碳化硅產(chǎn)業(yè)會(huì )有兩波應用浪潮，第一波在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，第二波在電網(wǎng)領(lǐng)域?？梢钥隙ǖ氖?，碳化硅在電網(wǎng)上的需求將堪比新能源汽車(chē)領(lǐng)域。

　　他認為，目前我國碳化硅產(chǎn)業(yè)呈現出高度分化和需求集中的特點(diǎn)，主要體現在碳化硅襯底和外延技術(shù)近年來(lái)有了顯著(zhù)提升，而碳化硅器件技術(shù)發(fā)展及市場(chǎng)應用還滯后于材料的發(fā)展。當前，國內碳化硅生產(chǎn)能力仍以襯底制造為核心，無(wú)論是生產(chǎn)質(zhì)量還是成本控制，在全球已極具競爭優(yōu)勢。

　　“不過(guò)，碳化硅器件在應用上的短板，對碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的完整性產(chǎn)生了直接影響?！眹译娋W(wǎng)中國電力科學(xué)研究院電力電子所副總工程師楊霏說(shuō)，碳化硅器件在電網(wǎng)上的應用仍處于示范工程階段，隨著(zhù)碳化硅產(chǎn)業(yè)對新能源汽車(chē)、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的滲透率持續提升，這一市場(chǎng)需求有望加快打開(kāi)。

　　早在2022年9月，我國首座35千伏/5兆瓦碳化硅柔性變電站在投入運行，此舉標志著(zhù)我國自主研發(fā)的碳化硅電力電子變壓器制造技術(shù)取得了關(guān)鍵突破，楊霏正是該項目負責人。他表示，柔性變電站能實(shí)現“源網(wǎng)荷儲”多元素交直流柔性互聯(lián)，大幅提高能源利用效率，為新型電力系統建設提供技術(shù)支撐，“隨著(zhù)分布式電源進(jìn)入配網(wǎng)并形成有源配網(wǎng)后，電力電子技術(shù)將成為新型電力系統剛需。一旦變成剛需，電網(wǎng)對碳化硅器件的需求量將呈現指數級增長(cháng)”。

　　當前，新能源汽車(chē)是碳化硅器件市場(chǎng)的最大應用場(chǎng)景。隨著(zhù)碳化硅在電網(wǎng)中的應用效果被廣泛認可，這一市場(chǎng)或將成為碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新藍海?！靶滦碗娏ο到y建設要求從根本上改變了電網(wǎng)形態(tài)，亟需新型電力電子裝備。硅器件性能參數已經(jīng)接近極限，碳化硅器件的應用將大大推動(dòng)電網(wǎng)柔性化、電力電子化進(jìn)程?！睏铞f(shuō)，絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）同時(shí)具備了現在主流器件絕緣柵型場(chǎng)效應晶體管（MOSFET）的高速性能和雙極性結型晶體管（BJT）的高增益優(yōu)點(diǎn)。在高壓下，碳化硅IGBT的阻斷能力和導通能力具有明顯優(yōu)勢，適用于特高壓應用領(lǐng)域，在國家能源轉型背景下對高壓大功率輸電、軌道交通等領(lǐng)域具有重要意義。

　　多位專(zhuān)家表示，能源對電網(wǎng)的安全性、可靠性、可控性和靈活性提出了更高要求，未來(lái)電網(wǎng)需要更高電壓、更大容量、更高性能、更小體積的靈活交直流輸電裝置，碳化硅器件將成為新一代電力電子裝置的核心。下一步，應加快推動(dòng)碳化硅在電網(wǎng)中規?；瘧?，充分發(fā)揮其在柔性變電、新能源接入、高壓輸電等環(huán)節的關(guān)鍵作用。

　　2024年，我國碳化硅襯底行業(yè)產(chǎn)能創(chuàng )下了歷史新高。隨著(zhù)滲透率不斷提升，市場(chǎng)對碳化硅襯底品質(zhì)、成本、性能多元化等方面的要求也在不斷提高，對企業(yè)技術(shù)創(chuàng )新、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化能力提出更高要求?！安粩嗤卣寡邪l(fā)深度和廣度，產(chǎn)品創(chuàng )新升級的速度，對于碳化硅企業(yè)至關(guān)重要，而碳化硅襯底片的尺寸擴展已成為業(yè)內的關(guān)鍵徑?！弊鳛閲鴥忍蓟桀I(lǐng)軍企業(yè)，天岳先進(jìn)首席技術(shù)官高超表示，公司研發(fā)的業(yè)內首款具有自主知識產(chǎn)權12英寸碳化硅襯底產(chǎn)品，為碳化硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級提供了重要支撐。

　　據介紹，導電型碳化硅襯底可分為p型和n型。其中，p型碳化硅襯底制備的N溝道SiC IGBT器件在高溫和高壓下表現出色，尤其在高壓大功率領(lǐng)域展現出極為廣闊的應用前景。2020年，國家電網(wǎng)中國電科院成功研制了首枚18千伏N溝道SiC IGBT。目前，國際上基于p型碳化硅襯底制備的N溝道SiC IGBT，在20千伏以上的器件上已得到驗證。12英寸p型碳化硅襯底的問(wèn)世，對于推動(dòng)高端特高壓功率器件國產(chǎn)化具有重要意義。

　　不過(guò)，如何推動(dòng)行業(yè)發(fā)展從“尺寸升級”向“綜合性能優(yōu)化”躍進(jìn)，仍是碳化硅行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新課題。邱宇峰認為碳化硅，目前碳化硅器件規?；瘧玫摹白詈笠还铩碧魬?，既包括可靠性等技術(shù)成熟度因素，也有應用場(chǎng)景綜合成本等考量，需緊扣“雙碳+新基建”需求，加快應用落地。

　　楊霏認為，未來(lái)電力系統對于碳化硅器件需求強烈，要促進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同攻關(guān)，加快實(shí)現碳化硅器件的規?；瘧?。據悉，萬(wàn)伏千安級碳化硅器件在近年內實(shí)現樣品研制后將逐步進(jìn)入商業(yè)化批量應用，屆時(shí)國產(chǎn)碳化硅器件有望全面覆蓋高壓輸電領(lǐng)域，以產(chǎn)能與技術(shù)的“雙向奔赴”推動(dòng)新型電力系統建設。