碳化硅在能源領(lǐng)域的應(yīng)用及展望

趙 敏 賀文智 朱昊辰 黃菊文 李光明

同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

碳化硅在能源領(lǐng)域的應(yīng)用及展望

趙 敏 賀文智 朱昊辰 黃菊文 李光明

同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

系統(tǒng)介紹碳化硅材料在能源領(lǐng)域的應(yīng)用及前景，分析美國(guó)、日本和中國(guó)碳化硅半導(dǎo)體相關(guān)專利申請(qǐng)量的有關(guān)狀況，中國(guó)在該領(lǐng)域研究薄弱，提出加大投入和研發(fā)力度，使我國(guó)成為高端碳化硅材料領(lǐng)域的強(qiáng)國(guó)。

碳化硅；能源領(lǐng)域應(yīng)用；展望

碳化硅是一種應(yīng)用十分普遍的人造材料，因具有高硬度、耐高溫、耐磨、耐熱震、耐腐蝕、良好導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和吸收電磁波等特殊性能，除用作磨料外，在冶金、化工、陶瓷、航空航天等各工業(yè)部門(mén)均有廣泛應(yīng)用[1]。

我國(guó)是世界碳化硅第一生產(chǎn)大國(guó)，生產(chǎn)企業(yè)共200多家，年生產(chǎn)能力220多萬(wàn)t，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)碳化硅的需求僅為70萬(wàn)t，碳化硅年出口量約為30萬(wàn)t，主要用于低端磨料磨具、耐火材料等領(lǐng)域。目前，我國(guó)碳化硅行業(yè)面臨低端領(lǐng)域產(chǎn)能過(guò)剩，出現(xiàn)了同質(zhì)化生產(chǎn)、低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)、環(huán)保污染等問(wèn)題。高端市場(chǎng)領(lǐng)域，如智能電網(wǎng)、新能源汽車(chē)、軍用電子系統(tǒng)等尚處于發(fā)展初期，從世界范圍看，高端碳化硅市場(chǎng)正逐步形成，對(duì)我國(guó)相關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級(jí)是一次良好的機(jī)遇[2]。

1 碳化硅在新興能源領(lǐng)域應(yīng)用及現(xiàn)狀

電動(dòng)汽車(chē)、智能電網(wǎng)、核電、太陽(yáng)能、風(fēng)能等能源領(lǐng)域以及航海、航空、航天、高速軌道交通等技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)功率器件的性能提出了更高的要求。目前，基于硅材料的功率器件已經(jīng)隨其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝的日趨完善而接近由材料本身特性所決定的理論極限，第三代半導(dǎo)體材料能夠替代第一代半導(dǎo)體材料硅，滿足未來(lái)更高需求，將在工業(yè)界獲得更廣泛的應(yīng)用[3]。

第三代半導(dǎo)體材料具有更寬的禁帶寬度（禁帶寬度大于2.2eV），更高的擊穿電場(chǎng)、熱導(dǎo)率、電子飽和速率及更高抗輻射能力，適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，代表材料有碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、金剛石、氮化鋁。目前，最成熟和應(yīng)用潛力最大的第三代半導(dǎo)體材料為碳化硅，其各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于硅，其禁帶寬度幾乎是硅的3倍，理論工作溫度可達(dá)600℃，遠(yuǎn)高于硅器件工作溫度。此外，氮化鎵也是具有一定應(yīng)用潛力的第三代半導(dǎo)體材料，其它材料均處于研究階段[3,4,5]。

1.1 碳化硅在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用

碳化硅作為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)充電模塊和電動(dòng)模塊相關(guān)重要核心的先進(jìn)電子材料，能實(shí)現(xiàn)綠色出行的能源供應(yīng)、低碳、智能、可持續(xù)發(fā)展，最終搶占未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點(diǎn)[6,7]。

碳化硅器件對(duì)充電模塊性能提升主要體現(xiàn)在三方面：（1）提高頻率，簡(jiǎn)化供電網(wǎng)絡(luò)；（2）降低損耗，減少溫升。從電源模塊收益上講，如用普通硅功率器件，內(nèi)部溫度非常高，器件壽命較短，使用碳化硅器件后，低溫升對(duì)延長(zhǎng)充電樁使用壽命十分有益，其它部分所減少的投入可抵消碳化硅器件成本的提升，可使碳化硅充電樁壽命達(dá)5～8年以上，遠(yuǎn)高于硅基充電樁的使用壽命；（3）縮小體積，提升效率?；谖覀儗?duì)碳化硅器件在有線充電中的優(yōu)勢(shì)（高效率、低溫升、高密度、低損耗）分析表明，其總體成本將較低[8]。

碳化硅器件在充電樁模塊的應(yīng)用設(shè)計(jì)方面面臨諸多問(wèn)題：（1）碳化硅器件內(nèi)各項(xiàng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)變化，模塊開(kāi)關(guān)損耗等引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。（2）碳化硅器件在高頻工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路功耗、速度等相關(guān)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性增加。（3）碳化硅器件高頻化，開(kāi)關(guān)高速通斷引起嚴(yán)重的電磁干擾和寄生參數(shù)增加。（4）研發(fā)高效碳化硅基MOSFET器件替代目前充電樁的1 200 V硅基MOSFET并聯(lián)二極管，同時(shí)解決碳化硅基MOSFET柵氧層長(zhǎng)期應(yīng)用的可靠性問(wèn)題。（5）充電模塊對(duì)碳化硅器件的性能需求較高，需加強(qiáng)相關(guān)電動(dòng)設(shè)計(jì)[8]。

碳化硅器件能提高純電動(dòng)汽車(chē)或混合動(dòng)力汽車(chē)功率轉(zhuǎn)化性能。電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)模塊中電動(dòng)機(jī)是有源負(fù)載，其轉(zhuǎn)速范圍很寬，且在行駛過(guò)程中需要頻繁地加速和減速，工作條件比一般的調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜，采用碳化硅功率器件可有效提高其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，獲得更高的擊穿電壓、更低的開(kāi)啟電阻、更大的熱導(dǎo)率以及能在更高溫度下穩(wěn)定工作，原來(lái)幾公斤的散熱片可大幅減少甚至直接刪去，將引起電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)方面革命性的變化，能降低電動(dòng)汽車(chē)或混合動(dòng)力汽車(chē)功率轉(zhuǎn)化能耗損失20%，對(duì)大幅提高電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程具有重要意義[9,20]。

1.2 碳化硅在新型輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)電網(wǎng)正向以電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用為代表的智能電網(wǎng)方向發(fā)展，其智能、靈活、互動(dòng)、兼容、高效等功能的實(shí)現(xiàn)依賴電網(wǎng)設(shè)備的智能化水平和更加優(yōu)良器件的使用。新型電網(wǎng)要求柔性變電站柔性可控、智能調(diào)控，融合電力電子、控制保護(hù)、信息通信以及先進(jìn)計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電氣隔離、電壓變換、一次設(shè)備與控制保護(hù)系統(tǒng)融合、電能質(zhì)量協(xié)調(diào)、分布式能源即插即用等多種功能的集成與優(yōu)化[10]。

基于硅的電力電子變壓器在小功率電網(wǎng)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了部分應(yīng)用，但由于損耗大、體積大，在高壓大功率的輸電領(lǐng)域尚無(wú)法應(yīng)用。目前商用硅基絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的最大擊穿電壓為6.5kV，所有的硅基器件都無(wú)法在200℃以上正常工作，很大程度上降低了功率器件的工作效率。而第三代基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的功率器件能很好地解決這些問(wèn)題，碳化硅功率器件關(guān)斷電壓最高達(dá)200 kV和高達(dá)600℃的工作溫度[9,11,20]。

GaN在高頻與高壓下表現(xiàn)更好，但碳化硅更易于制出高質(zhì)量晶體，并且具有更高的熱導(dǎo)率，因而碳化硅獲得了更廣的應(yīng)用。在600 V電壓范圍內(nèi)硅基金氧半場(chǎng)效晶體管（MOSFET）以及IGBT性能優(yōu)于碳化硅基器件，但在1.2～1.7kV，硅基MOSFET由于有較大的傳導(dǎo)性降低，同時(shí)硅基IGBT則在快速開(kāi)關(guān)上表現(xiàn)出較高的動(dòng)態(tài)損失，能量損失率較高。碳化硅基IGBT被認(rèn)為是最具有高壓應(yīng)用潛力的功率器件，其擊穿電壓超過(guò)10kV的產(chǎn)品也已經(jīng)有報(bào)道，不久預(yù)計(jì)能夠?qū)舸╇妷禾岣叩?0～30 kV，碳化硅基器件在更高電壓和更高溫度場(chǎng)合的應(yīng)用前景十分廣闊[12,20]。

碳化硅基功率開(kāi)關(guān)由于具有極低的開(kāi)啟態(tài)電阻，并且能應(yīng)用于高壓、高溫、高頻場(chǎng)合，是硅基器件的理想替代者，如果使用碳化硅功率模塊，與使用硅功率電源裝置相比，由開(kāi)關(guān)損失引起的功率損耗可降低5倍以上，對(duì)未來(lái)電網(wǎng)形態(tài)和能源戰(zhàn)略調(diào)整將產(chǎn)生重大影響，其體積與重量減小40%以上。研究表明，美國(guó)所有電力應(yīng)用中的6～10%是電源從交流AC轉(zhuǎn)換為直流DC，約3～4%的電源由內(nèi)部消耗，碳化硅等新半導(dǎo)體材料可提高電源效率，節(jié)省總消耗的1～2%，相當(dāng)于每年節(jié)省30～60億美元。碳化硅器件規(guī)模應(yīng)用于固態(tài)斷路器、換流閥、有源濾波等已有裝備為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)、加速我國(guó)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型提供核心元器件及關(guān)鍵裝備等支撐[10]。

2015年，英國(guó)將碳化硅技術(shù)應(yīng)用于供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化，該項(xiàng)目首先在英國(guó)西部配電公司居民供電網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，新型供電技術(shù)主要是在電網(wǎng)相關(guān)設(shè)備中大量使用碳化硅功率器件，達(dá)到減少能量損耗、提升英國(guó)電網(wǎng)容量的目的，保障民用和商用能源供給[13]。

基于碳化硅電力電子技術(shù)將會(huì)有更高的輸電電壓、輸送容量，滿足全球能源互聯(lián)網(wǎng)的超高電壓、超長(zhǎng)距離輸電重大需求。

1.3 碳化硅材料在太陽(yáng)能等領(lǐng)域的應(yīng)用

2010年，194個(gè)國(guó)家組成的氣候變化專門(mén)委員會(huì)發(fā)布《可再生能源報(bào)告》，該報(bào)告稱，到2050年可再生能源將占到全球能源總量的80%[11]。截至2016年底，我國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量7742萬(wàn)kW，新增和累計(jì)裝機(jī)容量均為全球第一，全年發(fā)電量662億kWh，占我國(guó)全年總發(fā)電量的1%。到2020年，光伏裝機(jī)容量預(yù)計(jì)達(dá)到250 GW，中國(guó)的非化石能源比重將達(dá)15%，屆時(shí)爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電與電網(wǎng)銷(xiāo)售電價(jià)相當(dāng)。上述信息表明，太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)展空間極其巨大，相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)市場(chǎng)廣闊[14]。

太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)是利用光伏電池板光生伏打效應(yīng)或風(fēng)力帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，直接將太陽(yáng)能或風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)，它的主要部件是光伏電池組件、風(fēng)輪、儲(chǔ)能電池、控制器，逆變器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等構(gòu)成，其特點(diǎn)是可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、不污染環(huán)境、能獨(dú)立發(fā)電或并網(wǎng)運(yùn)行，受到各國(guó)政府和企業(yè)的重視，具有廣闊的發(fā)展前景[11]。

碳化硅功率器件針對(duì)太陽(yáng)能逆變器、不間斷電源設(shè)備以及風(fēng)能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等大功率模組件的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，以更小尺寸、更低物料成本以及更高的效率。新標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能硅基逆變器典型的轉(zhuǎn)換效率接近96%，而采用碳化硅基逆變器的平均效率能提高到97.5%，相當(dāng)于減少25%的逆變器損耗，碳化硅基逆變器在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域可提高轉(zhuǎn)換效率20%[3]。

1.4 碳化硅材料在LED照明領(lǐng)域的應(yīng)用

LED光電器件的核心材料碳化硅和氮化鎵等第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)及應(yīng)用正在成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。碳化硅LED照明設(shè)備能將原LED燈使用數(shù)量下降1/3，成本下降40～50%，而亮度卻提高兩倍，導(dǎo)熱能力提高10倍以上。根據(jù)美國(guó)能源部分析，美國(guó)廣泛采用LED照明技術(shù)后，可以少建133個(gè)燃煤電廠，同時(shí)減少2.58億t溫室氣體的排放，其節(jié)約的電能可供給1 200萬(wàn)個(gè)美國(guó)家庭使用一年。中國(guó)和美國(guó)能源消耗位居世界前兩位，我國(guó)若普及碳化硅基LED照明技術(shù)，對(duì)減少我國(guó)煤炭的消耗、減少CO2排放具有重要意義。LED照明是未來(lái)光照領(lǐng)域的發(fā)展方向，日常生活中人們可見(jiàn)到的各類信號(hào)燈、車(chē)內(nèi)照明、信息屏、彩色顯示設(shè)備，白光照明現(xiàn)在都利用碳化硅LED半導(dǎo)體照明，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電光轉(zhuǎn)換效率，達(dá)到大幅降低成本和減少污染的目的[15]。

1.5 碳化硅材料在新型反應(yīng)堆燃料棒上的應(yīng)用

核電廠產(chǎn)生的能量來(lái)自于燃料元件，核裂變產(chǎn)生的放射性裂變產(chǎn)物主要滯留在燃料元件內(nèi)部，因此，燃料元件是反應(yīng)堆的核心部件，直接影響核反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性和安全性[16]。

目前，核反應(yīng)堆大多為輕水反應(yīng)堆，鋯合金是輕水反應(yīng)堆燃料元件的重要組成部分，目前商業(yè)水反應(yīng)堆核電站幾乎全部用鋯合金作為燃料元件的包殼材料，雖然鋯合金包殼已很成功，但隨著日本福島事故的發(fā)生，鋯合金包殼本身的一些問(wèn)題，諸如水中的腐蝕吸氫、1 200℃以上鋯合金和燃料發(fā)生共晶反應(yīng)等，鋯合金包殼的安全問(wèn)題又被提上了日程，對(duì)新型包殼材料的探索成為了一個(gè)重要研究方向。碳化硅作為第四代核反應(yīng)堆—高溫氣冷堆的燃料棒包殼或基體材料的新型燃料元件的概念設(shè)計(jì)和制備成了核燃料元件領(lǐng)域一個(gè)新的熱點(diǎn)材料[16,17,18]。

燃料棒碳化硅的中子吸收界面較小、熱導(dǎo)率高、高溫穩(wěn)定性、強(qiáng)度高、熔點(diǎn)高以及耐腐蝕等特點(diǎn)在核燃料設(shè)計(jì)方面有著廣泛的應(yīng)用。在高溫氣冷堆中，核燃料元件是包覆顆粒燃料彌散在石墨基體中的全陶瓷型元件，這種燃料元件的特征是將所有裂變產(chǎn)物完全阻擋在完整包覆燃料顆粒的碳化硅層內(nèi), 從而極大地提高了反應(yīng)堆的安全性[16, 17,18]。

碳化硅作為重要包殼和基體材料的各種結(jié)構(gòu)新穎、功能完備的燃料元件模型不斷被設(shè)計(jì)出來(lái)，目前高溫氣冷堆碳化硅包殼燃料元件已經(jīng)開(kāi)始走向商業(yè)化，其它含碳化硅材料燃料元件的研發(fā)也將加快步伐，除了燃料元件外，碳化硅材料在反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料，堆內(nèi)管道內(nèi)襯等方面也有著廣闊的應(yīng)用前景?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著核安全性要求的不斷提高，碳化硅材料在核能領(lǐng)域?qū)@得更加廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮更加重要的作用[16,18]。

1.6 碳化硅材料高端應(yīng)用專利申請(qǐng)分析

碳化硅材料及相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展上，美國(guó)和中國(guó)市場(chǎng)是典型代表。兩國(guó)作為世界第一和第二大經(jīng)濟(jì)體，其相關(guān)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)主要呈現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)激烈、透明度高、市場(chǎng)體量大的共性特征，因此分析兩個(gè)國(guó)家各個(gè)機(jī)構(gòu)在相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)情況，有較為重要的參考價(jià)值。

圖1和圖2分析表明，從2010年起，碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的相關(guān)專利申請(qǐng)量開(kāi)始增加，美國(guó)在2013年達(dá)到申請(qǐng)高峰，中國(guó)在2013年也呈現(xiàn)快速增加的趨勢(shì)，但數(shù)量上遠(yuǎn)不及美國(guó)，2014年和2015年，中國(guó)和美國(guó)相關(guān)專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)一定的回落，但申請(qǐng)數(shù)量始終保持高位，2016年，中國(guó)的相關(guān)專利申請(qǐng)接近200件，接近美國(guó)2013年的申請(qǐng)量。

圖2分析表明，我國(guó)碳化硅專利申請(qǐng)量從2010年開(kāi)始呈現(xiàn)快速增加的趨勢(shì)，到2016年總數(shù)量達(dá)到800余件，主要集中于傳統(tǒng)碳化硅應(yīng)用領(lǐng)域，但碳化硅高端領(lǐng)域的專利申請(qǐng)形勢(shì)不容樂(lè)觀，中國(guó)碳化硅高端應(yīng)用的專利申請(qǐng)中，申請(qǐng)主體為日本住友電氣工業(yè)株式會(huì)社等日本企業(yè)占絕大多數(shù)，中國(guó)相關(guān)專利的申請(qǐng)數(shù)量較少，且主要分布在科研院所和高校，企業(yè)申請(qǐng)數(shù)量比重偏低。

2 展望

鑒于碳化硅材料各方面的優(yōu)良特性，其有望成為最重要的第三代半導(dǎo)體材料，未來(lái)會(huì)全面取代目前廣泛應(yīng)用的硅半導(dǎo)體材料，其應(yīng)用領(lǐng)域更廣，潛在市場(chǎng)更大，關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和戰(zhàn)略安全。隨著我國(guó)新能源汽車(chē)的推廣和電網(wǎng)的升級(jí)改造，碳化硅材料將在電動(dòng)汽車(chē)充電樁、提高電動(dòng)汽車(chē)能源效率、智能電網(wǎng)建設(shè)、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域等諸多方面得到大規(guī)模應(yīng)用。

圖1 美國(guó)碳化硅功率器件相關(guān)技術(shù)專利公布數(shù)目[19]

圖2 中國(guó)碳化硅相關(guān)技術(shù)專利公布數(shù)目統(tǒng)計(jì)

我國(guó)作為低端碳化硅生產(chǎn)大國(guó)，每年耗費(fèi)大量的能源、人力資源和環(huán)境污染代價(jià)為世界其它國(guó)家供應(yīng)低端碳化硅產(chǎn)品，與我國(guó)政府目前大力提倡的產(chǎn)業(yè)升級(jí)不符合，有必要引導(dǎo)我國(guó)碳化硅生產(chǎn)企業(yè)加大相關(guān)高端產(chǎn)品研發(fā)力度，改變我國(guó)高端碳化硅應(yīng)用領(lǐng)域研發(fā)能力、技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)能不足的現(xiàn)狀。

作為世界第一人口大國(guó)和世界第二大經(jīng)濟(jì)體，潛在世界第一高端碳化硅產(chǎn)品消費(fèi)市場(chǎng)，在開(kāi)發(fā)第三代半導(dǎo)體材料，尤其是高端碳化硅材料方面的研發(fā)和投入應(yīng)走在世界前列。從相關(guān)專利申請(qǐng)分析來(lái)看，我國(guó)企業(yè)在碳化硅材料高端領(lǐng)域的研發(fā)力量非常薄弱，需大力加強(qiáng)相關(guān)研發(fā)力度，盡快縮短與日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在碳化硅半導(dǎo)體等相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)和投入的差距，充分發(fā)揮社會(huì)主義國(guó)家集中力量辦大事的優(yōu)勢(shì)，爭(zhēng)取在碳化硅第三代半導(dǎo)體相關(guān)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跳躍式發(fā)展，為建設(shè)節(jié)約型社會(huì)、保障國(guó)家戰(zhàn)略安全、引領(lǐng)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)進(jìn)步提供有力的保障。

[1]劉鋒,電子材料行業(yè)“十三五”發(fā)展研究,中國(guó)電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)第六屆三次理事會(huì)暨2016年行業(yè)發(fā)展報(bào)告會(huì),2016.09.

[2]搜狗百科：碳化硅. http://baike.sogou.com/h13391.htm?sp=Snext&sp=l66840075.

[3]郭熙鳳,碳化硅技術(shù)引領(lǐng)新興產(chǎn)業(yè)革命.中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè), 2015.DOI:10.19474/j.cnki.10-1156/f.2015.13.014.

[4]石珊珊,三菱電機(jī)攜最新碳化硅功率模塊系列產(chǎn)品亮相2013PCIM亞洲展,機(jī)電商報(bào)/2013 年/6月/24日/第A06版.

[5]陳治明,李守智.寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.

[6]靳衛(wèi)明,我國(guó)首個(gè)碳化硅新型充電樁示范工程正式啟動(dòng),新能源汽車(chē)報(bào)/2017年/5月/1日/第006版.

[7]盛況,應(yīng)加大碳化硅材料在充電樁上的應(yīng)用,新能源汽車(chē)報(bào)/2017年/5月/15日/第014版.

[8]李建華,碳化硅在未來(lái)充電模塊應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯,新能源汽車(chē)報(bào)/2017年/5月/15日/第016版.

[9]慕容素娟,碳化硅量產(chǎn)新一代功率器件產(chǎn)業(yè)化加速,中國(guó)電子報(bào)/2014年/2月/21日/第011版.

[10]楊霏and潘艷,碳化硅技術(shù)引領(lǐng)輸電系統(tǒng)變革,國(guó)家電網(wǎng)報(bào)/2016年/8月/12日/第002版.

[11]于海明,碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管光伏逆變器的研制, 西安電子科學(xué)技術(shù)大學(xué),2014.

[12]程士東,高壓大電流碳化硅MOSFET串并聯(lián)模塊,浙江大學(xué),2014.

[13]智能電網(wǎng):英國(guó)將利用碳化硅技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化.http://smartgrids.ofweek.com/2015-05/ART-290017-8130-28962945.html.

[14]中國(guó)情報(bào)網(wǎng):2020年中國(guó)非化石能源占能源消費(fèi)總量的比重將達(dá)15%左右.http://www.askci.com/news/chanye/2015/11/12/154125r0as.shtml.

[15]華強(qiáng)電子網(wǎng):美國(guó)科銳尖端技術(shù)照亮北京奧林匹克水立方和鳥(niǎo)巢.http://tech.hqew.com/news_684163.

[16]張君南,碳化硅在新型燃料包殼的傳熱研究,華北電力大學(xué),2014.

[17]劉榮正et al., 碳化硅材料在核燃料元件中的應(yīng)用,材料導(dǎo)報(bào)A：綜述篇,2015(29):p.1-5.

[18]張君南 et al., 碳化硅材料在新型燃料棒上的傳熱研究，中國(guó)核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告(第三卷),2013(3):p.551-555.

[19]何鈞 and吳海雷,美國(guó)市場(chǎng)碳化硅功率器件技術(shù)相關(guān)專利趨勢(shì),新材料產(chǎn)業(yè),2016(1):p.20-23.

[20]劉義鶴 and江洪,碳化硅材料及技術(shù)研究進(jìn)展,新材料產(chǎn)業(yè),2015(10):p.20-25.

Application and Prospect of Silicon Carbide in Energy Field

Zhao Min, He Wenzhi, Zhu Haochen, Huang Juwen, Li Guangming Tong Ji University Environment Science and Engineering College

The article introduces silicon carbide materials application and prospect in energy field systematically and analyzes rising trend of semiconductor related patents on silicon carbide in USA and China. The author realizes that most silicon carbide semiconductor patent applied in China belong to Japanese company, which means China scientific research level is weak. In order to make China become high-end silicon carbide field manufacturer, the author puts forward strengthening investment on research and development.

Silicon Carbide, Energy Field Application, Prospect

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.10.004