在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，碳化硅憑借卓越的物理化學(xué)性能脫穎而出。其具備高功率密度、耐受極端溫度與電壓、能耗低且抗輻射能力強等顯著優(yōu)勢，在新能源汽車、5G通信、高效電源、智能電網(wǎng)等前沿領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景與巨大的市場潛力。我國自本世紀(jì)初布局碳化硅產(chǎn)業(yè)以來，持續(xù)深耕，如今已在材料研發(fā)與器件制造方面收獲諸多重要成果。

　　中國電機工程學(xué)會電力系統(tǒng)電力電子器件專委會主任委員邱宇峰指出，作為第三代半導(dǎo)體材料中的成熟代表，碳化硅逐步取代傳統(tǒng)硅基材料已是大勢所趨。他進一步分析，碳化硅產(chǎn)業(yè)將迎來兩輪關(guān)鍵應(yīng)用浪潮，首輪聚焦新能源汽車領(lǐng)域，第二輪則以電網(wǎng)應(yīng)用為主戰(zhàn)場，預(yù)計未來電網(wǎng)領(lǐng)域?qū)μ蓟璧男枨笠?guī)模將與新能源汽車市場不相上下。

　　從產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局來看，當(dāng)前我國碳化硅產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)兩極分化態(tài)勢：一方面，碳化硅襯底和外延技術(shù)進步顯著，國內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)質(zhì)量把控與成本控制上優(yōu)勢突出，于全球市場具備較強競爭力；另一方面，碳化硅器件技術(shù)發(fā)展相對滯后，市場應(yīng)用進程緩慢，一定程度上制約了產(chǎn)業(yè)鏈的完整性。

　　國家電網(wǎng)中國電力科學(xué)研究院電力電子所副總工程師楊霏強調(diào)，目前碳化硅器件在電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于示范推廣階段。不過，隨著碳化硅在新能源汽車、智能電網(wǎng)等核心領(lǐng)域滲透率不斷攀升，其市場需求有望迎來爆發(fā)式增長。作為我國首座35千伏/5兆瓦碳化硅柔性變電站項目負(fù)責(zé)人，楊霏介紹，該變電站在河北保定投運，標(biāo)志著我國在碳化硅電力電子變壓器制造技術(shù)上實現(xiàn)關(guān)鍵突破。這種柔性變電站可實現(xiàn)“源網(wǎng)荷儲”多元素交直流柔性互聯(lián)，大幅提升能源利用效率，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供堅實技術(shù)支撐。楊霏進一步指出，當(dāng)分布式電源廣泛接入配網(wǎng)形成有源配網(wǎng)后，電力電子技術(shù)將成為新型電力系統(tǒng)的核心剛需，屆時電網(wǎng)對碳化硅器件的需求將呈指數(shù)級增長。

　　現(xiàn)階段，新能源汽車是碳化硅器件的主要應(yīng)用領(lǐng)域。但隨著碳化硅在電網(wǎng)應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢逐漸被認(rèn)可，電網(wǎng)市場有望成為碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全新增長極。楊霏表示，新型電力系統(tǒng)建設(shè)推動電網(wǎng)形態(tài)深度變革，亟需新型電力電子裝備。傳統(tǒng)硅器件性能已逼近極限，而碳化硅器件的應(yīng)用將有力推動電網(wǎng)柔性化、電力電子化進程。以絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）為例，其融合了絕緣柵型場效應(yīng)晶體管（MOSFET）的高速性能與雙極性結(jié)型晶體管（BJT）的高增益優(yōu)勢，在高壓場景下，碳化硅IGBT的阻斷與導(dǎo)通性能優(yōu)勢明顯，在特高壓應(yīng)用及國家能源轉(zhuǎn)型中的高壓大功率輸電、軌道交通等領(lǐng)域意義重大。

　　眾多行業(yè)專家一致認(rèn)為，能源革命對電網(wǎng)運行的安全性、可靠性、可控性與靈活性提出更高標(biāo)準(zhǔn)。未來電網(wǎng)需要更高電壓等級、更大容量、更高性能且更緊湊的靈活交直流輸電裝置，碳化硅器件無疑將成為新一代電力電子裝置的核心部件。后續(xù)應(yīng)加快推動碳化硅在電網(wǎng)中的規(guī)模化應(yīng)用，充分發(fā)揮其在柔性變電、新能源接入、高壓輸電等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的核心作用。

　　2024年，我國碳化硅襯底行業(yè)產(chǎn)能達到歷史峰值。伴隨市場滲透率提升，客戶對碳化硅襯底的品質(zhì)、成本控制及性能多樣性要求日益嚴(yán)苛，這對企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化能力提出更高挑戰(zhàn)。天岳先進首席技術(shù)官高超表示，持續(xù)拓展研發(fā)維度、保持產(chǎn)品創(chuàng)新升級節(jié)奏是碳化硅企業(yè)的發(fā)展關(guān)鍵，而碳化硅襯底片的尺寸升級是重要發(fā)展方向。該公司自主研發(fā)的業(yè)內(nèi)首款12英寸碳化硅襯底產(chǎn)品，為行業(yè)技術(shù)升級提供了有力支撐。

　　據(jù)悉，導(dǎo)電型碳化硅襯底主要分為p型和n型。其中，基于p型碳化硅襯底制備的N溝道SiC IGBT器件在高溫高壓環(huán)境下性能卓越，在高壓大功率應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊。2020年，國家電網(wǎng)中國電科院成功研制首枚18千伏N溝道SiC IGBT，目前國際上20千伏以上基于p型碳化硅襯底的N溝道SiC IGBT器件已得到驗證。12英寸p型碳化硅襯底的成功問世，對推動高端特高壓功率器件國產(chǎn)化進程意義深遠(yuǎn)。

　　然而，如何實現(xiàn)碳化硅行業(yè)從“尺寸升級”向“綜合性能優(yōu)化”的跨越，仍是行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展面臨的重要課題。邱宇峰指出，當(dāng)前制約碳化硅器件規(guī)模化應(yīng)用的因素，既包括技術(shù)成熟度方面的可靠性問題，也涉及應(yīng)用場景的綜合成本考量。未來需緊密圍繞“雙碳”目標(biāo)與新基建需求，加速推動應(yīng)用落地。楊霏則呼吁加強全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新，加快碳化硅器件商業(yè)化進程。據(jù)透露，萬伏千安級碳化硅器件樣品預(yù)計在近年內(nèi)完成研制并逐步實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)，屆時國產(chǎn)碳化硅器件有望全面覆蓋高壓輸電領(lǐng)域，以產(chǎn)能提升與技術(shù)創(chuàng)新的協(xié)同發(fā)展，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)注入強勁動力。