碳化硅替换传统硅基功率器件，已经不是一种趋势，而是正在发生的事实。碳化硅不仅在汽车驱动、光伏储能等高压要求领域应用，还有充电桩、PD快充适配器也已经渗透很多，超出了预期。合科泰不仅深耕功率器件多年，还重点主推碳化硅产品线，由此通过碳化硅材料的六大优势和应用系统成本，说明为什么现在是碳化硅替换硅器件的重要时期。

碳化硅材料的六大优势

碳化硅材料实际上就是碳元素和硅元素形成的一种化合物，少有人知道的是，做好的碳化物可用于半导体，作差的碳化物则可作为首饰的人造钻石。目前的主流功率器件仍然是硅基的，不管是平面还是沟槽器件，使用硅器件做高压的代价很高，比如1200V、1700V以上的MOS管或二极管成本相当高昂。碳化硅器件与硅基器件相比，由于宽带隙、高击穿电场强度、良好的热导率、高熔点以及高电子饱和速率的材料特性，这些特性带来了六大显著应用优势，散热更快、耐温能力更强、耐高压、耐高频、损耗低、抗辐射能力强。

比如传统硅基器件一般工作在125到150℃，碳化硅可稳定运行在175~200℃，而只要封装材料跟得上，甚至能持续稳定工作在200℃以上；得益于碳化硅材料更高的临界击穿电场等特性，碳化硅器件能够被设计成具有更低的寄生电容，从而大幅降低开关过程中的充放电损耗。在相同过流能力下，碳化硅芯片面积可缩小至硅的约1/10，同等晶圆面积能切出近10倍的芯片颗粒数。

而对比氮化镓，碳化硅在高频性能上稍逊，但高温特性明显占优。氮化镓125°C时内阻会翻倍，通流能力急剧下降。碳化硅在高温下内阻变化很小，动态电阻几乎不变，在高温、大功率场景下是更稳妥的选择。

碳化硅在消费电子系统成本

碳化硅公认的应用领域在汽车电驱和充电桩上，但消费电子是下一个爆发点。消费电子选型不只是单看开关管价格，还要看系统总成本。

像PD快充适配器是消费电子中最典型的场景。由于碳化硅芯片可切出更多的芯片颗粒，目前碳化硅MOSFET的价格已经与硅基超结产品接近了，如果在PD快充适配器的场景中，使用了碳化硅器件提升开关频率后，变压器可选用更小一号的线圈，在同步整流部分可以选用更低耐压的器件，甚至线材线径也可以减小。比如某一适配器厂家把硅基方案改成碳化硅后，变压器规格缩小，同步整流耐压从85V降到60V，线材线径减了一号，这样整个系统的BOM成本降低约10%。对于大批量出货的消费电子市场里面，这个差价已经是非常可观了。

碳化硅在消费电子中还有两个常被忽视的优势。一个是耐压裕量高很多，比如650V碳化硅器件的实际耐压可达到900V，远超硅基产品，对于浪涌敏感的应用，这意味着更高的可靠性。二就是相对氮化镓的成本上有优势，像是消费类应用里常见的100到130kHz开关频率里，氮化镓的高频优势无法发挥。而据市场反馈，部分碳化硅方案成本仅为氮化镓的1/2到1/3。

目前，国内主流的终端厂商很多都已经在实验室验证了碳化硅方案，这意味着市场对碳化硅的接受度持续提升。等到国内IC厂商推出适配碳化硅驱动的控制芯片，消费类应用的推广瓶颈就会快速突破。

从硅到碳化硅

合科泰在功率半导体领域深耕多年，积累了丰富的器件选型与应用支持经验。我们推出碳化硅产品线，正是为了将我们在硅基器件应用中沉淀的对系统需求、散热设计、可靠性要求的理解，无缝延伸到新一代的SiC方案中，助力我们的客户实现平稳、高效的技术迭代。合科泰部分碳化硅产品如下表：

SiC肖特基二极管（650V）

SiC MOSFET（1200V）