碳化硅高速增长的前夕，AI+AR双轮驱动

2025-11-25 15:22

青山财观

关注

碳化硅（SiC）作为第三代宽禁带半导体，凭借其在击穿电场、禁带宽度、热导率、电子饱和漂移速度和折射率等方面的突出优势，正全面渗透新能源、AI、射频通信、AR四大产业，成为推动技术升级与效率革命的关键支撑。

在新能源领域，SiC凭借其耐高压、耐高温，能量损耗低的特性，是实现“高效节能”的核心器件。在电动车上，SiC模块缓解用户“里程焦虑”和“充电焦虑”。光伏和储能方面，逆变器和变流器助力能耗的节约和风光电消纳能力的提升。

AI产业中，一方面，SiC器件可支撑800V乃至更高电压的配电架构：在变电站AC/DC整流、固态变压器和中压DC/DC转换环节中发挥关键作用。另一方面，基于其高导热性，有望破解摩尔定律趋于极限下先进封装散热难题。

AR产业中，SiC由于其高折射率助力终端设备拥有更广阔视场角、并解决彩虹纹问题。在AR眼镜的轻量化、全彩化和长续航中，SiC扮演着重要角色。

在射频领域，由于SiC衬底具有散热性能好，开关频率较高等优势，有望成为5G-A与6G时代射频芯片衬底的重要发展方向。

新能源产业

首先讲下新能源方向，目前的电动车采用800V高压平台+超级快充，可以实现“充电10分钟，续航300公里以上”，在解决用户“充电焦虑”的同时也提升了能源利用效率，进而改善续航里程，其中，SiC起到关键作用。

800V高压平台是新能源车电驱系统发展的主流方向，高压化的背后，本质上是材料与器件的革命。

从原理上看，“功率=电压×电流”，要解决“充电焦虑”的问题，一是提升电流，通常通过增加线束截面积，使得线缆的重量、铜耗、发热都成倍上升，因而传统400V平台容易出现电流过大导致发热、损耗上升的问题。二是提升电压，由400V系统升高到800V系统后，功效提升。但在800V高压下，由于材料特性的限制，Si-IGBT器件的导通损耗、开关损耗都有显著的上升，难以满足性能提升的需求，SiC成为优选材料。

另一方面，电动汽车系统电压向千伏平台跃升，为匹配整车电压，SiC芯片与模块的耐压等级也同步提升至1500V–1700V。例如，比亚迪已成功自研并量产1500VSiC功率芯片。

所谓的800V，或千伏高压平台，电压的提升最主要体现在主驱逆变器中。

伴随着主驱逆变器电压等级提升，DC-DC转换器也需要采用SiCMOSFET，进而高效地将800V母线电压降至12V/48V低压，为车身电器供电；OBC（车载充电机）则需要直接应对800V的电池充电需求。

此外，由于电动车不同于传统燃油汽车，其空调压缩机不仅要承担座舱热管理，还要承担电池系统和电机电控的热管理，采用SiCMOSFET，空调压缩机在提高轻载效率的同时，减少了能量损耗，增强了整体能效。因此，在小米Su7的“全SiC方案”中，空调压缩机也选用SiC。

在光伏发电环节，SiC主要应用于光伏逆变器中。光伏逆变器的核心功能是“直流→交流”。太阳能电池板（单晶硅、多晶硅电池等）产生不稳定的直流电（DC），光伏逆变器需将其转化为符合电网或负载要求的交流电（AC）。

除了发电环节，SiC还可用在储能系统的变流器（PCS）中。当光伏系统发电量有富余时，储能变流器先将电网或负载的交流电反向转换为直流电，存储至储能电池中；待用电高峰或光伏发电不足时，再将电池的直流电重新逆变为交流电，回馈至电网或供给负载。在此双向转换过程中，SiC器件的高频特性与耐高压能力可以提高效率。

AI产业

在AI功率器件方面，SiC器件将用于AI数据中心的两大电能转换环节。一是电网到数据中心电流转换。二是数据中心内部电流转换。在散热层方面，SiC主要作为CoWoS技术的中介层，也有望进入基板和热沉环节。

自2022年生成式AI大模型爆发以来，算力需求呈现指数级上升，这推动了单位算力下硬件的性能提升与成本下降，也带来了AI算力基础设施建设的高速增长。一方面，性能提升与单位算力成本下降的趋势下，芯片和机柜功耗都开始向高密度化演进。

而SiC导热性能优异，有望作为芯片封装的散热材料。首先，从材料的第一性来看，SiC的热导率显著领先于硅、氮化镓、氮化铝、玻璃等材料，虽然在热导率方面金刚石具有更领先的优势，但目前生长和制造工艺不够成熟，而AI算力芯片的散热问题迫在眉睫，因此SiC在散热、结构强度、生产工艺上，成为先进封装中散热材料（中介层、基板、微通道）的最优解。

目前，SiC中介层的大规模应用仍面临挑战：一是成本壁垒，由于目前大硅片均以12吋为主，因此作为散热材料的SiC也需要匹配到12吋，但目前SiC12吋衬底量产技术不够成熟；二是加工壁垒，SiC莫氏硬度达9-9.5，切割和加工难度大、流程复杂，相关设备尚未完全就绪。

AR眼镜，作为突破了手机、电脑等物理屏幕边界的终端硬件，能够将虚拟信息叠加到现实世界中，让用户无需依赖手持设备，即可通过语音、手势、眼动等方式交互，但目前上存在续航时间较短，价格高等产业化不够成熟的地方，因此，对于AR眼镜，暂且定位为智能穿戴设备。

光学显示系统是AR眼镜的核心，约占整个AR眼镜成本的40%+。当前业界对AR眼镜光学显示系统的技术发展路径基本确定为表面浮雕衍射光波导。表面浮雕衍射光波导从技术上看，是通过纳米压印或刻蚀技术，将模板上的图案转移到基片上，借助衍射原理，使光线通过表面浮雕光栅被精细地分束并耦入波导片。在波导片内部，光线经过全反射后，再由表面浮雕光栅耦出，直接进入人眼。

而SiC材料相较于玻璃有更高的折射率，常规折射率在2.7，高于有树脂和玻璃不到2的水平。因此SiC光波导片制程的AR眼镜具有更广阔的视场角，还具备全彩集成特性，能够更好地实现RGB色彩通道的单层集成，解决彩虹纹效应，进而在实现全彩的应用下，大幅降低设备的重量、厚度。

但是目前SiC产品价格较高，制约了SiC光波导片在市场的渗透率。但从长期来看，SiC能解决AR眼镜商业化过程中的重要痛点，且随着SiC产业链的愈加完善，尤其是材料端大尺寸化进展，产能扩张和良率提升实现低成本产品出货后，AR眼镜市场空间将更广阔。

射频通信

伴随数字化、AI的发展，信息的交互指数级增加，这给无线通信信息传递的速率带来了更高的要求。从5G到5G-A、6G,无线通信所需要的电磁波频率越来越高，因为高频段可分配的带宽更宽；根据香农定理，带宽越宽，相同信噪比下通信速率越高，故高频段通常支持更高速率（但需克服传播损耗）。GaN-on-SiC的方案，充分发挥了氮化镓和SiC各自的优势，在5G-A与6G时代，有望成为市场的主流选择。

GaN-on-SiC是指使用外延技术在SiC衬底上生长一层氮化镓薄晶体层的结构。氮化镓和SiC二者相辅相成，SiC拥有极高的热导率，作为衬底能快速导出氮化镓功能层工作时产生的热量，解决GaN自身散热差的短板，避免器件因过热失效。氮化镓作为功能层，其宽禁带、高电子迁移率等特性可以更好地实现信号放大、电能转换等核心功能。