第三代半导体风口下 长城抢占技术高地

　　回首2021年，“缺芯”无疑是后疫情时代出现最为频繁的一词。不过由缺芯引发的停工、减产、延迟交付、涨价等连锁反应，在考验车企应变能力的同时，也倒逼了长城、丰田、比亚迪、蔚来、大众等车企的在半导体领域的布局。

　　尤其是在第三代半导体领域。

　　12月29日，长城汽车与行业领先的第三代半导体企业——河北同光半导体股份有限公司（以下简称“同光股份”）签署战略投资协议，正式进军第三代半导体核心产业。

　　据介绍，长城汽车此次作为领投方入股同光股份，将推进后者的碳化硅产业发展，聚焦第三代宽禁带半导体SiC（碳化硅）在新能源汽车产业的应用，推动SiC半导体材料与芯片的产业化。

什么是第三代半导体？

　　半导体是常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，目前从应用普及的进程来划分，可分为第一代半导体材料、第二代半导体材料和第三代半导体材料。

　　不过第三代半导体与第一代、第二代并非完全的迭代替换，它们在不同的领域均有着各自的优势，但在部分场景下，第三代半导体的性能还是超越了第一代和第二代。

　　比如，第一代半导体中的Si（硅）凭借优异的性能、低廉的价格及成熟的工艺，在大规模集成电路领域拥有不可撼动的地位，是目前传统数字芯片、模拟芯片、CPU、GPU的最好选择。

　　而第三代半导体作为宽禁带半导体材料，则在其他方面具备诸多优异的物理特性。以SiC为例，相比传统的Si半导体材料，SiC拥有3倍的禁带宽度、3倍的热导率、近10倍的击穿场强以及2倍的电子饱和漂移速率，是制造高压、高温、抗辐照功率半导体器件的优良半导体材料，适用于600V甚至1200V以上的高温大电力领域，如新能源汽车、汽车快充充电桩、光伏和电网。

　　研究表明，在新能源汽车领域，采用SiC解决方案可以带来以下四大大优势：

　　1.提高开关频率降低能耗。据了解，采用全SiC方案逆变器开关损耗下降80%，整车能耗降低5%-10%；

　　2.缩小动力系统整体模块尺寸，以丰田开发的碳化硅PCU为例，其体积仅为传统硅PCU的五分之一；

　　3.在相同续航情况下，使用更小电池，能减少无源器件使用，降低整体物料成本。另外，在功率等级相同的条件下，采用SiC器件可将电驱、电控等体积小型化，既能满足功率密度更高、设计更紧凑的需求，也能使电动车续航里程更长。

　　4.缩短电池充电时间，采用SiC方案的电动车有着更高的充电功率和更小的电池，可以大幅缩短电动车充电时间。

2030年将达到100亿美元的市场规模

　　早在2018年，特斯拉就在Model 3的主逆变器中，安装了24个由意法半导体生产的SiC-MOSFET功率模块，成为第一家在主逆变器中集成全SiC功率器件的汽车厂商。

　　当时，相较于Model S上使用的IGBT模块，Model 3所采用的SiC芯片能够为逆变器带来5-8%的效率提升，逆变器效率可从82%提升至90%，大幅改善续航能力。此外，SiC器件在高温下的表现也更好，哪怕达到200度的高温，也能维持正常功率，保证长时间的高效率输出。

　　近三年时间过去，SiC的使用也由此前的特斯拉一家，壮大至目前的全球超过20家汽车厂商。行业分析认为，未来SiC的发展还将进入高速增长的时代。

　　据Yole预测，SiC器件应用空间将从2020年的6亿美金快速增长至2030年的100亿美金。另外，华为也预计，2030年光伏逆变器的SiC渗透率将从目前的2%增至70%以上，在充电基础设施、电动汽车领域的渗透率将超过80%。

　　在此背景下，国内企业正积极研发和探索SiC器件的产业化，并形成了相对完整的SiC产业链体系。此次与长城签署战略协议的同光股份，便是其中之一。

长城将规模化应用SiC产品

　　资料显示，同光股份成立于2012年，主要从事碳化硅单晶的研发、制备和销售，企业产品涵盖直径4、6英寸高纯半绝缘和导电型碳化硅单晶衬底，是河北省规模最大，也是国内率先实现量产第三代半导体材料碳化硅单晶衬底的高科技企业。

同光股份生产的6英寸导电型衬底

　　目前，同光股份拥有碳化硅单晶生长炉200余台，年产能为6万片。今年9月份，同光股份的第一个扩产项目——涞源工厂已投入运行，据悉，同光股份未来还将规划建设至2000台碳化硅晶体生长炉，完成建设后，其碳化硅单晶衬底年产能将可达60万片。

　　此次，长城汽车投资同光股份，也是其推进2025战略的重要部署。

　　根据长城规划，到2025年，长城将实现全球年销量400万辆，其中80%为新能源汽车，未来五年，长城累计研发投入将达到1000亿元。而大算力芯片和碳化硅等第三代半导体关键核心技术领域，则是长城汽车2025战略中重点发展方向之一。

　　长城汽车提出，要结合碳化硅、大算力芯片、信息融合等核心技术，在智能化以及新能源领域加大投入；在产品应用方面，由长城汽车全新孵化的独立运营品牌——沙龙汽车，所发布的首款高端车型机甲龙已应用了碳化硅产品，同时，长城后续的系列车型也将规模化地应用SiC产品。

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