特高压电网、轨道交通、新能源汽车

特高压电网就是电力传输的高速公路，也相当于前述信息高速公路的“5G”甚至“6G”：输出的电压特高、输送的容量特大、传输的距离特远。与传统输电技术相比，特高压输电技术的输送容量最高提升3倍，输送距离最高提升2.5倍，输电损耗可降低45%，单位容量线路走廊宽度减小30%，单位容量造价降低28%。特高压作为大型系统工程，将催发从原材料和元器件等一系列的需求，而功率器件是输电端特高压直流输电中FACTS柔性输电技术和变电端电力电子变压器（PET）的关键器件。

轨道交通则包括城际高铁，城市地铁，轻轨等。轨道交通会采用功率半导体做牵引变流器，这些牵引变流器的性能将决定轨交列车跑得快不快、速度是否均匀、刹车是否可靠。新能源汽车中涉及到功率半导体的组件有：电机驱动器，车载充电器/非车载充电桩，电源转化系统等。

功率器件是电力电子的“CPU”，是特高压电网、高速列车、新能源汽车中的核心芯片，起到变频，变流和变压作用。或者更简单的说，功率半导体器件就是个电流的开关，在关断的时候，希望漏电流和残余电流很小，而耐受电压可以很高；在开通的时候，希望电阻尽可能小，电流尽可能大，并且在开关的时间尽可能短。比如，在新能源汽车充电时，功率半导体器件起着交直流转换的作用，把220V标准交流电转换成电池需要的直流电；当在行驶状态下，再将电池输出的直流电转换成交流电供给交流电机，同时在这一转换过程中实时调控全车电压，起着变压器的作用。而对于油电混合新能源汽车，在行驶或者减速或者制动过程中，发动机的一部分动力会产生交流电，被功率半导体器件转化为直流电并存储到电池当中。

功率半导体最主要的包括二极管、晶闸管、MOSFET和IGBT等。现在用得比较多的为基于Si基的功率器件IGBT ，全称为绝缘栅双极型晶体管。IGBT是由BJT和MOS组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点，驱动功率小而饱和压降低，驱动电流较大。

但是Si材料的禁带宽度小，击穿电场强度低，且模块工作时最高可承受的结温低。而SiC材料具有更高的禁带宽度，更高的耐击穿电压，更高的热导率，更高的电子迁移率，和更高的材料熔点，在高温、高功率和高频的“三高”领域，基于SiC材料的功率半导体更有竞争优势。SiC的功率半导体器件主要有SiC SBD和MOSFET。根据国家第三代半导体联盟数据，目前商业化的SiC SBD大部分耐压集中在650V和1200V, 电流在60A以下。SiC MOSFET在1700V以下，工作电流在60A以下。一般逆变器系统包括功率半导体器件（如IGBT）和与之并联的续流二极管（FWD）。全SiC和混合SiC模块也在推出。对于新能源汽车，据统计，平均一辆燃油车的半导体器件价值合计为355美元，而新能源汽车的半导体器件价值合计为695美元，其中功率半导体器件则由17美元增至265美元。SiC功率模块将逐步渗透甚至取代当前Si IGBT模块，具有较大的市场。

新能源汽车行业值得关注特斯拉。特斯拉因决定在其Model 3车内纳入SiC晶体管而被视为该产业的重要里程碑。另外，比亚迪EV首次应用自研“高性能碳化硅MOSFET电机控制模块”，使其0-100km/h加速时间缩短至仅需3.9秒，给了SiC晶体管在新能源汽车行业应用打了一剂超强兴奋剂。

人工智能、工业互联网

人工智能、工业互联网的应用需要各种各样的传感器，目前传感器的市场较为充盈。但总体来看，基于第三代半导体的传感器产品在市场上还相对很少，主要还在实验室研发阶段。GaN，ZnO材料由于自身材料特有的极化效应，可以用于压力传感器。GaN HEMT器件，以及GaN/ZnO 纳米线场效应晶体管结构等报道用于生物传感。GaN/ZnO/SiC光电传感器现在研究得很多。

基于GaN材料体系的紫外探测器或者阵列较多应用在航空航天和军事领域，比如在导弹预警等方面，相比红外的高虚警率、需要冷却、强烈的光衍射效应缺点，紫外制导具有虚警率下降、系统大为简化、不需冷却、重量轻、体积小、易携带、工作波长较短光学系统的衍射效应小等优点。

GaN基红外量子级联激光器在气体探测和传感方面有应用，但目前MBE材料生长程序较复杂，生产效率低下。GaN基可见光探测器，则面临量子阱区极化效应，导致频率响应方面在5G应用上还有一定差距。基于SiC材料的压力传感器和温湿度传感器有一定报道，但也在初步研发阶段，性能价格等方面与市场其他材料体系产品还有一定差距。