Carburo de silicio 2.0: Cómo los semiconductores de banda ancha están remodelando la infraestructura energética global

Carburo de silicio 2.0: Cómo los semiconductores de banda ancha están remodelando la infraestructura energética global

1, La principal ventaja de la tecnología de carburo de silicio: romper los límites físicos de los materiales tradicionales a base de silicio
1.1 Descubrimiento de las propiedades materiales
Resistencia a altas presiones y altas temperaturas: Carburo de silicio (SiC) banda de hueco de 3.2eV (silício es sólo 1.1eV), la resistencia del campo de degradación es 10 veces mayor que la del silicio, puede soportar un ambiente de trabajo de alta temperatura por encima de 200 °C,mejorar significativamente la fiabilidad del dispositivo 16.
Características de alta frecuencia y baja pérdida: La velocidad de conmutación de los MOSFET de SiC es 100 veces más rápida que la de los IGBT basados en silicio, la resistencia de encendido se reduce a 1/100 de la de los dispositivos basados en silicio,y el consumo de energía del sistema se reduce en un 70%.
Optimización del volumen y del peso: con la misma potencia, el volumen de los dispositivos de carburo de silicio se reduce a 1/3 del de los dispositivos a base de silicio, lo que ayuda a la ligereza de los equipos de nueva energía 68.
1.2 Trayectoria de mejora económica
2023-2024 caída del precio mundial del dispositivo de carburo de silicio del 35% (como el precio unitario del MOSFET SiC de 1200V/40mΩ de 35 yuanes a 23 yuanes), se espera que el costo futuro esté cerca de 1,5-2 veces el del IGBT de silicio,Acelerar el proceso de comercialización 3.
2, Análisis en profundidad de los escenarios de aplicación en el ámbito de las nuevas energías
2.1 Nuevos vehículos de energía: los tres módulos centrales que impulsan la revolución de la eficiencia energética
Inversor de transmisión principal: El uso de carburo de silicio puede reducir la pérdida del sistema de control del motor en un 5%, el rango en un 10%, Tesla Model 3, BYD Han y otros modelos han logrado una aplicación a gran escala 13.
Sistema de tarificación a bordo (OBC): Los dispositivos SiC aumentan la eficiencia de carga a más del 97%, admiten plataformas de alto voltaje de 800V y logran una recarga ultra rápida de 15 minutos al 80%.
Conversores de corriente continua: Las soluciones de carburo de silicio reducen los requisitos de capacidad del filtro en un 40% y aumentan la densidad de potencia en 3 veces.
2.2 Pila de carga: el apoyo técnico clave de la carga rápida de alto voltaje
Los dispositivos de carburo de silicio en la pila de carga rápida de CC pueden simplificar la topología del circuito, reducir el volumen del radiador en un 50%, soportar una potencia de sobrecarga de 480kW,y se espera que el tamaño del mercado alcance 2.5 mil millones de yuanes en 2024.
2.3 Generación de energía fotovoltaica: una solución revolucionaria para los saltos de eficiencia
La eficiencia de conversión de los inversores fotovoltaicos que utilizan MOSFET de SiC se incrementa del 96% al 99%, la pérdida de energía se reduce en un 50%, la vida útil del equipo se prolonga en 50 veces,y el coste de energía del ciclo de vida se reduce en un 12%.
3, el patrón de competencia industrial y los retos tecnológicos
3.1 Patrón del mercado mundial
Los fabricantes internacionales dominan: Wolfspeed, Infineon y otras cinco empresas principales ocupan una cuota de mercado del 91,9%, la capacidad de producción mundial de carburo de silicio para 2026 está prevista en 4,6 millones de piezas (equivalente a 6 pulgadas) 3.
El avance de los fabricantes chinos: las empresas de semiconductores puros han reducido la Rsp (resistencia específica de encendido) del MOSFET SiC de 1200 V a 2,8-3,3 mΩ, acercándose gradualmente al nivel líder internacional de 38.
3.2 Cuello de botella técnico clave
Diseño del circuito de accionamiento: Las oscilaciones de voltaje (dv/dt hasta 100 kV/μs) y las interferencias electromagnéticas (EMI) causadas por la conmutación de alta frecuencia deben suprimirse.
Optimización del proceso de paquetes: Los paquetes de inductancia parasitaria baja (< 5nH) se desarrollaron para coincidir con las características de alta frecuencia del carburo de silicio 712.
4, tendencias futuras y sugerencias estratégicas
4.1 Dirección de iteración de la tecnología
Desarrollo de módulos de refrigeración de doble cara y diseños integrados (como paquetes IPM) para reducir aún más el coste y el volumen del sistema119.
4.2 Trayectoria de colaboración en la cadena industrial
Construir la capacidad de localización de la cadena completa de "substrato - epitaxia - dispositivo - aplicación", y el costo objetivo del sustrato de carburo de silicio de China se reducirá a 2000 yuanes / pieza 312 en 2026.
Conclusión
La tecnología del carburo de silicio está promoviendo la mejora estructural de la nueva industria energética con la innovación de materiales.seguirá generando valor en las tres dimensiones de la eficiencia energética, la fiabilidad de los equipos y la economía del sistema, y convertirse en el proveedor de tecnología central de la estrategia global de neutralidad de carbono.