功率器件
一、功率器件是什么
功率器件是电力电子装置中的核心元件，以通俗易懂的话来说器件即芯片加以简单封装。第三代半导体材料具有高的禁带宽度、高的饱和电子漂移速度、高的击穿强度、低的介电常数等特点，这些物理特性决定了氮化镓和碳化硅在高温、高频、高功率应用场合是极为理想的半导体材料。
碳化硅材料器件以碳化硅肖特基二极管（SBD）和碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）为代表。其中，碳化硅MOSFET是电力电子领域最受重视、最有可能导致新一轮电力电子领域革命的宽禁带半导体器件，是当前电力电子科研工作的研究热点。
2. 碳化硅场效应晶体管SiC MOSFET，可以分为平面结构以及沟槽结构，其工作原理是当一个够大的电位差施于MOSFET的栅极与源极之间时，电场会在氧化层下方的半导体表面形成感应电荷，而这时所谓的“反型层”就会形成，通道形成后，MOSFET即可让电流通过，而依据施于栅极的电压值不同，可由MOSFET的通道流过的电流大小亦会受其控制而改变。
SiC MOSFET产品要经过大约12道光刻，结构与工艺难度远超二极管，国内MOS仅有少数公司可以批量出货，且大部分企业依靠海外Foundry代工。
三、MOSFET 根据设计的不同分为平面型和沟槽型
四、MOSFET的制造过程
以结构最简单的横向、平面型MOSFET为例说明如下：
1. 图形化氧化膜。清洗晶圆，制作一层氧化硅（SiO2）薄膜，涂布光刻胶，经过匀胶、曝光、显影等步骤形成光刻胶图形，最后通过刻蚀工艺将图形转移到氧化膜上。
2. 离子注入。将做好掩膜的碳化硅晶圆放入离子注入机，注入铝（Al）离子以形成p型掺杂区，并退火以激活注入的铝离子。移除氧化膜，在p型掺杂区的特定区域注入氮（N）离子以形成漏极和源极的n型导电区，退火以激活注入的氮离子。
3. 制作栅极。在源极与漏极之间区域，采用高温氧化工艺制作栅极氧化层，并沉积栅电极层，形成栅极（Gate）控制结构。
4. 制作钝化层。沉积一层绝缘特性良好的钝化层，防止电极间击穿。
5. 制作漏极和源极。在钝化层上开孔，并溅射金属形成漏极和源极。
当漏源电极和栅源电极之间加正压时，沟道开启，电子从源极流向漏极，产生从漏极流向源极的电流。至此，一个基本的碳化硅MOSFET的元胞就制作完成了。
器件市场玩家主要分为三种类型：Fabless（仅设计不制造），Foundry（仅代工），IDM（设计+生产）
SiC器件全球龙头Wolfspeed是IDM类型，同时产业链上游衬底和外延自产。整体上国内第三代半导体器件类公司发展要落后于国外公司。国内从事SiC器件研发公司中，fabless模式发展较快。国内IDM类SiC器件公司由于产线建设延迟，普遍商业化进展落后于fabless的SiC器件公司。除此之外，前文提到国内的厂家主要研发平面型MOSFET，相较国外厂家领先的沟槽型MOSFET有代际差距。国内公司研发沟槽型MOSFET也受到国外公司专利封锁，因此国内的器件公司发展任重道远。
目前全球可对外提供稳定的SiC MOS代工的公司仅有德国X-FAB以及台湾汉磊，由于下游需求旺盛，产能极度紧张。
碳化硅车规级应用汽车功率半导体是碳化硅发挥作用最大的领域，也是该材料最大的下游应用市场。
整体而言，车规级功率半导体是功率半导体的皇冠，其核心原因在于汽车这种产品的属性相对于其他的家电、工业、光伏等领域对于直接人身安全、寿命、稳定性有着极高的要求。例如汽车的设计寿命年限要长达至少15年，这对于其所要使用的零部件稳定性以及寿命的要求苛刻性高于任何其他的场景。
供应主驱逆变器的功率器件难度最高，价值量也最高。主驱直接关系着一辆车的安全以及驾驶性能，电驱本身就是驱动汽车的核心零部件。因此能够打入电驱逆变器的功率器件供应则是最难的，但也是TAM最大的。目前电驱逆变器上使用的功率器件为硅基IGBT，后续随着高压平台以及整车性能的提升需求逐渐替换为碳化硅MOSFET。
一、什么是汽车功率半导体
功率半导体在新能源汽车中的主要应用包括电机控制器中主驱逆变、车载充电器（OBC）、车载空调、以及为新能源汽车充电的直流充电桩中。功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要是通过利用半导体的单向导电性实现电源开关和电力转换的功能，具体用途包括变频、变相、变压、逆变、整流、增幅 、开关等；
在各类汽车半导体中，功率半导体在汽车新能源化浪潮中受益最大，在传统燃油车中，MCU价值占比最高，占到23%，其次为功率半导体，达到21%。而在纯电动车型中，功率半导体使用量大幅提升，占比最高，达到55%，其次为MCU，达到11%。
分立器件为单个芯片封装；
功率模块为多个芯片封装；
功率IC中主要为驱动IC，主要为MOS、IGBT施加栅极电压，从而形成开关电路。
汽车功率半导体按照单芯片设计结构不同，主要分为：二极管、晶闸管、晶体管等，其中晶体管份额最大
MOSFET具有开关速度快的优点，但高耐压下导通电阻会很高。IGBT是MOSFET+BJT结构的复合型器件，相比MOSFET，IGBT的(1)串联结构耐压更高，导通电阻低；(2) 能放大电流；(3)但拖尾电流使其开关频率更低；
如果MOSFET采用碳化硅材料制作，其耐高压性能以及开关频率相比硅基IGBT性能更强，因此碳化硅器件无须制作成IGBT结构即可获得比硅基IGBT更好的性能。
2. 目前市场上主流的车规功率半导体为硅基IGBT，随着汽车的电压平台从400V往800V迈进，以及车厂对于汽车产品性能提升需求，碳化硅材料在高压、高温、高效率、高频率、抗辐射等应用领域优异的物理和化学特性决定了碳化硅器件在新能源汽车的应用中具有巨大的优势，极大地提高了能源转换效率。
二、汽车功率半导体具体应用
硅基IGBT主要应用在逆变器、车载充电机(OBC)、DC/DC转换器等，此外还广泛应用在PTC加热器、水泵、油泵、空调压缩机等辅逆变器中，完成小功率DC-AC转换；
硅基MOSFET应用在车载充电机(OBC)、DC/DC 转换器、电池管理系统(BMS)、车灯等；
碳化硅MOSFET主要应用在逆变器、车载充电机(OBC)、DC/DC转换器等；
整体而言，功率半导体在逆变器中用量最大，占比75%，也是碳化硅应用于汽车场景最能发挥价值的场景。特斯拉2018年发布的Model 3中首次采用48颗碳化硅器件（24个封装TPAK）作为主驱逆变器的驱动单元，引领了汽车行业在主驱大规模使用碳化硅器件的潮流；
其他零部件如车载充电机(OBC)、DC/DC 转换器、电池管理系统(BMS)、辅助动力系统、模拟电路等合计占比 25%。
电机控制器中的主驱逆变是功率半导体在新能源汽车上价值量最大的应用。而功率模组是新能源汽车电驱系统的核心，直接影响到新能源汽车的行驶性能。纯电动汽车和混合动力汽车中动力电池输出的是直流电，而目前市场上绝大多数驱动电机需要使用交流电驱动，功率模块在电驱系统中的作用就是DC-AC逆变，将动力电池输出的直流电逆变成可供交流电机使用的交流电。