第三代半導體：掌控能效革命的鑰匙

第三代半導體（以SiC、GaN為核心）在新能源革命與全球產業(yè)鏈重構的雙重驅動下，正經(jīng)歷一場從技術攻堅到市場爆發(fā)的“臨界點躍遷”。盡管宏觀經(jīng)濟承壓，這一賽道卻以超40%的復合增長率逆勢狂飆，尤其是中國市場規(guī)模預計年內突破千億元大關，成為全球半導體產業(yè)少見的增長極。

國際巨頭加速技術迭代，國內企業(yè)在器件研發(fā)與產業(yè)鏈整合中取得突破，推動車規(guī)級產品與高頻應用發(fā)展。通過材料創(chuàng)新與產能布局，第三代半導體正成為全球半導體產業(yè)增長新引擎。本次慕尼黑上海電子展（4.15-17日，上海新國際博覽中心）半導體展區(qū)將集中展示半導體行業(yè)技術突破及產業(yè)化成果，同期舉辦的“第三代半導體技術與產業(yè)鏈創(chuàng)新發(fā)展論壇”也將邀請來自意法半導體、英飛凌等企業(yè)行業(yè)專家，深度解析第三代半導體在高壓高頻場景下的技術突破與市場機遇。

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01 千億市場重構全球半導體格局

第三代半導體產業(yè)正迎來前所未有的市場機遇。SiC與GaN憑借高頻、高功率、低損耗的特性，成為支撐 800V 高壓平臺、車規(guī)級快充及數(shù)據(jù)中心能效升級的核心材料。據(jù)集邦咨詢預測，2026 年碳化硅功率元件市場規(guī)模將達 53.3 億美元，年復合增長率 35%；而2024年全球氮化鎵半導體器件市場規(guī)模達16.8億美元，預計在2024-2029年預測期內將以21.6%的復合年增長率增長。

在消費電子領域，GaN 技術已形成主導地位。手機端已實現(xiàn)240W超高功率快充，主流旗艦機型普遍標配 120W 以上 GaN充電器，功率密度達1.03W/cc，充電效率提升至 98%。在車載應用端，100V GaN 器件憑借低導通電阻特性，使11kW 以下車載充電器（OBC）的轉換效率突破 98%，單臺車續(xù)航提升可達50公里。與之相對，SiC 則在高壓場景中持續(xù)突破，特斯拉、比亞迪等車企的800V高壓平臺加速 SiC 滲透，SiC模塊也已應用于1000kW級兆瓦閃充設備，實現(xiàn)5分鐘補能400公里的超快充體驗，推動充電樁市場向液冷超充技術迭代。

在產業(yè)鏈建設方面，精細化產能布局與技術創(chuàng)新實現(xiàn)聯(lián)動。意法半導體（展位號：N5.601）與三安光電聯(lián)合投建的重慶8英寸SiC晶圓廠實現(xiàn)規(guī)模化量產；天科合達通過 6 英寸超薄襯底技術及產能擴張，協(xié)同產業(yè)鏈伙伴支撐主驅逆變器產能逐步提升。同時，產能軍備競賽已形成差異化路徑：國際巨頭聚焦8英寸技術代際跨越，英飛凌（展位號：N5.501）斥資20億歐元擴建馬來西亞GaN-on-Si產線，VIS代工廠的650V GaN-on-QST技術產能利用率突破80%；本土企業(yè)則構建垂直整合生態(tài)體系，如無錫第三代半導體產業(yè)園設立120億元專項基金，吸引華潤微、士蘭微（展位號：N4.705）等企業(yè)入駐，形成從設計、外延到制造的全鏈條布局。

縱觀第三代半導體產業(yè)生態(tài)，襯底生長與外延質量控制被認為是技術制勝的核心，但功率器件的作用同樣重要，正是其實現(xiàn)了材料優(yōu)異特性到終端應用的轉化。因此，國際國內各大廠商也在第三代半導體功率器件的研發(fā)方面持續(xù)投入，取得了一系列令人驚喜的成果。

02 SiC MOSFET的技術革命與性能突圍

作為核心器件的SiC MOSFET正在以性能迭代推動著電力電子系統(tǒng)的革新。憑借高耐壓、低損耗和耐高溫等特性，SiC MOSFET為新能源汽車、光伏儲能、智能電網(wǎng)等高壓高頻場景提供顛覆性解決方案。在新能源汽車領域，SiC MOSFET可將主驅逆變器效率提升至99%，續(xù)航增加5%-10%，同時適配800V高壓平臺，推動350kW超充技術普及。光伏逆變器與儲能系統(tǒng)中，其高頻特性可減少無源器件體積，系統(tǒng)效率提升1%-2%，為清潔能源系統(tǒng)提供關鍵器件支撐。

國際半導體龍頭企業(yè)加速推進SiC MOSFET技術迭代。意法半導體（展位號：N5.601）于近期推出第四代STPOWER  SiC MOSFET技術。在滿足汽車和工業(yè)市場需求的同時，意法半導體還針對電動汽車電驅系統(tǒng)的關鍵部件逆變器特別優(yōu)化了第四代技術。其新SiC MOSFET產品有750V和1200V兩個電壓等級，能夠分別提高400V和800V電動汽車平臺電驅逆變器的能效和性能。中型和緊湊車型是兩個重要的汽車細分市場。

中國企業(yè)在SiC MOSFET領域也在實現(xiàn)多點突破。清純半導體（展位號：N4.332）推出的SiC MOSFET，電阻為3.5mΩ，擊穿電壓不低于1600V。通過設計和工藝的改進，清純半導體完成對芯片電流路徑上高溫分布電阻的優(yōu)化，特別是溝道電阻與N型區(qū)電阻的折中設計，實現(xiàn)了優(yōu)秀的電阻溫度系數(shù)，175℃下芯片導通電阻僅為室溫下電阻的1.5倍。

泰科天潤（展位號：N4.521）則聚焦車規(guī)級產品的技術突圍，其1200V/80mΩ SiC MOSFET閾值電壓達3.5V，雪崩能量超1000mJ，擊穿電壓突破1500V，高溫工況下導通損耗穩(wěn)定性優(yōu)于同類產品。針對主驅場景開發(fā)的1200V/15mΩ MOSFET已進入驗證階段，并規(guī)劃650V至2000V全電壓平臺產品矩陣。

湖南三安（展位號：N5.344）則憑借全產業(yè)鏈整合優(yōu)勢推出多款產品。針對工業(yè)級市場，湖南三安的1200V20mΩ/32mΩ/75mΩ，650V27mΩ/50mΩ及1700V 1Ω SiC MOSFET已實現(xiàn)量產；面向車規(guī)級市場，車載充電機、空調壓縮機用SiC MOSFET也實現(xiàn)小批量出貨，主驅逆變器用SiC MOSFET已在重點新能源汽車客戶處導入可靠性驗證。

縱觀全球SiC MOSFET產業(yè)格局，技術迭代與市場需求的共振正推動行業(yè)進入加速滲透期。隨著新能源汽車800V高壓平臺普及（2025年滲透率有望超50%）和光伏儲能裝機量激增（2025年有望超200GW），SiC MOSFET的高頻、高效特性將驅動電力電子系統(tǒng)向輕量化、高密度方向演進。

03 GaN功率器件的性能躍升與應用擴張

近年來，GaN功率器件通過材料體系創(chuàng)新、器件結構優(yōu)化與先進工藝集成，實現(xiàn)了關鍵性能指標的跨越式發(fā)展。各大企業(yè)相繼推出具有自主知識產權的高密度集成封裝技術方案，成功突破500kHz高頻開關瓶頸，系統(tǒng)整體損耗降低達80%。通過引入雙面散熱封裝架構，功率密度較傳統(tǒng)方案提升20%以上，為新能源、AI算力等新興領域提供關鍵技術支持。

英飛凌（展位號：N5.501）近期發(fā)布了全新一代氮化鎵產品CoolGaN  G3和CoolGaN G5系列，采用英飛凌自主研發(fā)的高性能8英寸晶圓工藝制造，將氮化鎵的應用范圍擴大到40V至700V。CoolGaN G3系列覆蓋60V、80V、100V和120V電壓等級，以及40V雙向開關（BDS）器件，主要面向電機驅動、電信、數(shù)據(jù)中心、太陽能和消費應用。CoolGaN G5系列基于GIT(Gate Injection Transistor，柵注入晶體管)技術推出新一代650V晶體管，以及基于G5的IPS驅動產品，適用于消費、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)和太陽能領域的應用。

國內廠商同步加速技術突破。英諾賽科（展位號：N5.361）近期推出100V增強型GaN功率器件INN100EA035A，通過雙面散熱封裝與優(yōu)化設計，重新定義了電源系統(tǒng)的性能邊界。INN100EA035A 采用Topside cooling En-FCLGA封裝，為業(yè)界優(yōu)質P2P Silicon MOS 100V氮化鎵的量產產品，導通電阻極值為3.5mΩ，雙面散熱，且具有低導阻、低柵極電荷、低開關損耗以及零反向恢復電荷等特點，這一特性對于效率要求極高的AI和48V電源應用尤為重要。

鎵未來公司（展位號：N5.644）推出了具備內部絕緣功能的新型封裝功率氮化鎵器件產品，內絕緣即封裝體的散熱基板與內部的功率芯片以及所有的外部管腳電氣隔離。這一系列封裝產品既保留了功率氮化鎵器件可以提升系統(tǒng)功率轉換效率的優(yōu)勢，又可以幫助客戶簡化系統(tǒng)散熱設計節(jié)省成本，還實現(xiàn)了系統(tǒng)功率密度的進一步提升。產品的可靠性可以滿足車規(guī)級以及對可靠性要求高的工業(yè)級應用(比如光伏微逆、數(shù)據(jù)中心電源等)的需求。

隨著GaN功率器件在開關頻率、功率密度和系統(tǒng)效率等核心指標上持續(xù)突破，其應用版圖已從消費電子快充快速延伸至新能源汽車（OBC功率密度達3.8kW/L）、智能光伏（系統(tǒng)效率突破99%）及AI算力基礎設施等戰(zhàn)略領域。據(jù)行業(yè)預測，受益于技術成熟度提升與規(guī)模化應用加速，全球GaN功率器件市場規(guī)模將于2025年突破百億美元量級，形成覆蓋材料制備、芯片設計、封裝測試到系統(tǒng)應用的完整產業(yè)生態(tài)。

咨詢公司Yole預測，2029年全球SiC/GaN功率器件市場規(guī)模將突破120億美元，其中電動汽車主驅逆變器、AI算力電源、智能電網(wǎng)將成為千億級增量市場。這場由寬禁帶材料引領的能源效率革命，正通過功率器件的系統(tǒng)級創(chuàng)新，重構全球半導體價值鏈的競爭格局。

04 總結

第三代半導體以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為核心，憑借高頻、高功率、低損耗特性，正引領新能源革命與產業(yè)鏈變革。全球市場高速增長，預計2026年SiC功率元件規(guī)模達53.3億美元，GaN器件2024年達16.8億美元。SiC在新能源汽車800V高壓平臺、光伏儲能等領域突破顯著，主驅逆變器效率提升至99%；GaN主導消費電子快充，實現(xiàn)240W超高功率與98%轉換效率。國際巨頭加速技術迭代，國內企業(yè)如清純半導體、英諾賽科等在器件研發(fā)與產業(yè)鏈整合中取得突破，推動車規(guī)級產品與高頻應用發(fā)展。第三代半導體通過材料創(chuàng)新與產能布局，成為全球半導體產業(yè)增長新引擎。

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【關于慕尼黑上海電子展】

作為全球電子行業(yè)的重要展會，慕尼黑上海電子展始終致力于推動技術創(chuàng)新與產業(yè)升級。本屆展示面積將超10萬平方米，匯聚近1,800 家展商，預計吸引80,000+專業(yè)觀眾，通過展覽與論壇的深度融合，構建覆蓋全產業(yè)鏈的交流合作平臺。

更多信息：https://www.electronicachina.com.cn/

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