戍天九思原创第859期
据1月22日《科技日报》报道，由中国科学院微电子研究所、空间应用工程与技术中心联合研制的首款国产高压抗辐射碳化硅（SiC）功率器件完成空间验证及在电源系统中的在轨应用。与采用传统硅基功率器件的空间电源模块相比，采用该功率器件的空间电源模块的效率从85%提高到95%，功率-体积比提高了5倍。
打破美欧日垄断：首款国产太空碳化硅芯片问世
太空环境辐射强、温度变化大、真空散热困难，因而太空芯片要求特别高。随着硅基功率芯片的性能逼近极限，但硅基芯片又难以满足太空环境要求。因此，全球都在开发以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料。中国第三代半导体氮化镓芯片技术走有世界前列，此前，中国太空芯片普遍采用氮化镓芯片。
但是，全球碳化硅产业一直被美欧日三家垄断，美国在衬底方面占据主导地位，欧洲在器件应用全球领先，日本技术力量雄厚、全产业链均衡。全球最大的碳化硅芯片公司——意法半导体公司2009年就推出全球首款碳化硅MOSFET芯片，并于2014年实现量产。2023年，全球碳化硅市场占有率排名前六的分别是：
第一名：意法半导体公司占33%。
第二名：德国英飞凌公司占25%。
第三名：美国Wolfspeed公司占15%。
第四名：日本罗姆半导体占12%。
第五名：美国安森美公司10%。
第六名：中国比亚迪半导体占4%。
中国第三代半导体起步晚。直到2018年12月孟晚事件和2019年5月华为被列入实体清单之后，国家才高度重视半导体产业发展并作了全面布局，2021年3月国家出台《十四五规划和2035年远景目标纲要》，同时成立6个国家第三代半导体技术创新中心。在国家政策的大力扶持下，中国第三代半导体碳化硅产业发展突飞猛进。
2021年6月，中国首条也是全球第三条碳化硅晶圆厂在湖南长沙投产。
2024年9月，国家第三代半导体技术创新中心（南京）成功攻关沟槽型碳化硅MOSFET芯片制造关键技术，比平面型芯片提升导通性能 30% 。
2024年8月，中国芯碁微装公司MLF系列碳化硅光刻设备出口日本。
中国国内碳化硅市场，国产设备占有率从2022年近50%，飚升到2024年的85%以上；中国全球碳化硅市场占有率，从2023年不到5%，飚升到2024年的50%。
这次报道的首款国产高压抗辐射碳化硅（SiC）功率器件，是2024年11月15日搭乘天舟八号货运飞船飞向太空的,通过一个多月的在轨加电试验，碳化硅载荷测试数据正常，高压400伏碳化硅功率器件在轨试验与应用验证顺利完成，在电源系统中静态、动态参数符合预期。
▲中国科学院微电子研究所刘新宇研究员介绍首款国产高压抗辐射碳化硅(SiC)功率器件研制相关情况
从此，中国成为继美欧日之后第四个掌握太空碳化硅芯片技术的国家！
中国氮化镓和碳化硅芯片正比翼齐飞
恩格斯说：“社会一旦有技术上的需要，这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。”
美国对华搞“小院高墙”和芯片卡脖子，中国又有高速增长的大规模芯片市场需求，正在催生中国半导体产业大繁荣大发展，中国第三代半导体氮化镓和碳化硅芯片迎来比翼齐飞的好时代。
碳化硅的禁带宽度是硅的3倍，击穿电压是硅的10倍，导热率是硅的5倍。虽然碳化硅和氮化镓的禁带宽度、击穿电压大体相似，但是，碳化硅的热导率是氮化镓的约3倍。
因此，氮化镓和碳化硅虽然都是第三代半导体，但各有特色，不可替代。
氮化镓半导体更适合低压、高频、高功率密度的应用场景。其中，激光雷达、激光显示和LED照明等光电领域应用占比60%，5G基站、卫星通信和国防军工等射频领域应用占比25%，快充设备等电力电子领域应用占比15%。
碳化硅半导体则更适合高压、高温、高辐射、大功率的应用场景。目前，新能源汽车占比高达70%，光仗逆变器应用占比15%，高铁地铁应用占比7%，手机快充等消费电源应用占比5%。
如果说中国氮化镓芯片大规模量产，成就了中国5G通信、卫星通信和激光雷达产业，让中国军用雷达和电子干扰技术全球领先。那么，中国碳化硅芯片大规模量产，正在成就中国新能源汽车和航天事业，必将让中国武器装备抗高温高压和抗电磁辐射技术全球领先！
现在，中国正在反制美国对华芯片卡脖子而对镓锗出口管制，美国末来将错失6G、卫星通信和武器装备升级的机会，中国正在赢得第三代半导体时代！
太空碳化硅芯片让中国抗电磁打击能力大幅提升
2003年3月20日，伊拉克战争爆发。第二天，美国人用一枚电磁脉冲炸弹，毁掉了伊拉克的国家电视台。表面上看，整座大楼完好无损，连玻璃都没有震碎，但里面正在工作的电子元器件全部报废。后来，美国五角大楼的发言人，把这个消息发布出来。有记者问他，既然这种炸弹这么有效，为什么不多扔几枚，早点结束战争？结果，五角大楼发言人很诡异地笑了笑说：“不，我们要把它留给更强大的敌人。”
其实，美军首次实战使用电磁脉冲炸弹，既向外界展示了电磁脉冲炸弹的巨大威力——软瘫痪，也向世人宣告了美军信息化军队的“阿喀琉斯之踵”。
由于碳化硅半导体耐高温能力是传统硅基半导体的4倍、耐高电压能力是10倍、抗辐射能力是10倍以上。
因此，中国有了民用碳化硅芯片强大的产业链基础，特别是高压抗辐射太空碳化硅芯片的研制成功，不仅会牵引中国空间电源系统的升级换代，为我国探月工程、载人登月、深空探测等提供可靠保证，而且可用碳化硅半导体取代武器装备上传统的硅基半导体，从而大大提高中国武器装备在核污染环境下的生存能力、抗电磁打击能力和反电子干扰能力。
