Le carbure de silicium 2.0Comment les semi-conducteurs à large bande passante remodèlent l'infrastructure énergétique mondiale

Le carbure de silicium 2.0Comment les semi-conducteurs à large bande passante remodèlent l'infrastructure énergétique mondiale

1Le principal avantage de la technologie du carbure de silicium: dépasser les limites physiques des matériaux traditionnels à base de silicium
1.1 Découverte de la propriété matérielle
Résistance à haute pression et haute température: Carbure de silicium (SiC) bande d'écart de 3,2 eV (le silicium est seulement 1,1 eV), la résistance au champ de décomposition est 10 fois celle du silicium, peut résister à des environnements de travail à haute température au-dessus de 200 °C,améliorer considérablement la fiabilité du dispositif 16.
Caractéristiques de fréquence élevée et de faible perte: la vitesse de commutation des MOSFET SiC est 100 fois plus rapide que celle des IGBT à base de silicium, la résistance d'allumage est réduite à 1/100 de celle des appareils à base de silicium,et la consommation d'énergie du système est réduite de 70%.
Optimisation du volume et du poids: à la même puissance, le volume des appareils à base de carbure de silicium est réduit à 1/3 de celui des appareils à base de silicium, ce qui favorise la légèreté des équipements de nouvelle énergie 68.
1.2 Parcours d'amélioration économique
2023-2024 baisse des prix mondiaux des dispositifs au carbure de silicium de 35% (tels que le prix unitaire du MOSFET SiC 1200V/40mΩ de 35 yuans à 23 yuans), le coût futur devrait être proche de 1,5 à 2 fois celui des IGBT au silicium,accélérer le processus de commercialisation 3.
2, Analyse approfondie des scénarios d'application dans le domaine des nouvelles énergies
2.1 Les nouveaux véhicules à énergie: les trois modules de base qui conduisent la révolution de l'efficacité énergétique
Invertisseur à entraînement principal: L'utilisation de carbure de silicium peut réduire la perte du système de commande du moteur de 5%, la portée de 10%, Tesla Model 3, BYD Han et d'autres modèles ont atteint une application à grande échelle 13.
Système de facturation à bord (OBC): Les appareils SiC augmentent l'efficacité de charge à plus de 97%, prennent en charge les plates-formes haute tension 800V et atteignent une recharge ultra-rapide de 15 minutes à 80%.
Convertisseurs à courant continu: Les solutions de carbure de silicium réduisent les besoins en capacité du filtre de 40% et augmentent la densité de puissance de 3 fois.
2.2 Pile de recharge: le support technique clé de la recharge rapide haute tension
Les dispositifs en carbure de silicium dans la pile de charge rapide en courant continu peuvent simplifier la topologie du circuit, réduire le volume du radiateur de 50%, supporter une puissance de surcharge de 480 kW,et la taille du marché devrait atteindre 2.5 milliards de yuans en 2024.
2.3 La production d'énergie photovoltaïque: une solution révolutionnaire pour les sauts d'efficacité
L'efficacité de conversion des onduleurs photovoltaïques utilisant des MOSFET SiC est augmentée de 96% à 99%, la perte d'énergie est réduite de 50%, la durée de vie de l'équipement est prolongée de 50 fois,et le coût de l'énergie du cycle de vie est réduit de 12%.
3, la concurrence industrielle et les défis technologiques
3.1 Modèle du marché mondial
Les fabricants internationaux dominent: Wolfspeed, Infineon et cinq autres grandes entreprises occupent une part de marché de 91,9%, la capacité de production mondiale de carbure de silicium prévue pour 2026 est de 4,6 millions de pièces (équivalent à 6 pouces) 3.
Découverte des fabricants chinois: les sociétés de semi-conducteurs purs ont réduit la Rsp (résistance spécifique à l'allumage) du MOSFET SiC 1200V à 2,8­3,3 mΩ, s'approchant progressivement du niveau international de 38.
3.2 Défi technique majeur
Conception du circuit d'entraînement: Les oscillations de tension (dv/dt jusqu'à 100 kV/μs) et les interférences électromagnétiques (EMI) causées par la commutation à haute fréquence doivent être supprimées.
Optimisation des processus de paquetage: Des paquets à faible inductance parasitaire (< 5nH) ont été développés pour correspondre aux caractéristiques de haute fréquence du carbure de silicium 712.
4, les tendances futures et les suggestions stratégiques
4.1 Direction de l'itération de la technologie
Développement de modules de refroidissement à double face et de conceptions intégrées (tels que des paquets IPM) pour réduire davantage le coût et le volume du système119.
4.2 Parcours de collaboration dans la chaîne industrielle
Construire la capacité de localisation de la chaîne complète "substrate - epitaxy - device - application", et le coût cible du substrat de carbure de silicium de la Chine sera réduit à 2000 yuans / pièce 312 en 2026.
Conclusion
La technologie du carbure de silicium favorise l'amélioration structurelle de la nouvelle industrie énergétique grâce à l'innovation des matériaux.il continuera à libérer de la valeur dans les trois dimensions de l'efficacité énergétique, la fiabilité des équipements et l'économie des systèmes, et devenir le porteur de technologie de base de la stratégie mondiale neutre en carbone.