據外媒報道，最近幾十年來，儲量豐富、易于加工的硅一直都是半導體行業的首選材料，但是在追求能源效率的過程中，電動汽車正在幫助其他材料逐漸崛起，挑戰硅的主導地位。
一直以來，特斯拉都是推動這種變化的主要力量。特斯拉成為破冰者，是首家在大規模生產的汽車中使用了碳化硅芯片的公司，他們在部分Model 3車型中使用了這種芯片。憑借特斯拉此舉，碳化硅這種省電材料在電動汽車供應鏈中站穩了腳跟，并且對整個芯片行業都產生了影響。
日本芯片制造商羅姆半導體（Rohm）的首席戰略官一秀井野（Kazuhide Ino）說道：“到目前為止，芯片制造商已經合作建立了碳化硅市場，但我們也已經進入了相互競爭的階段。”
碳化硅的縮寫為SiC，還有碳和硅兩種元素，它的化學鍵比硅更強，是世界上硬度排在第三的物質。碳化硅的加工需要先進的技術，但這種材料的穩定性和其他特性使它與標準硅片相比能減少一半以上的能量損失。
芯片的散熱性也很好，因此可以使用更小的逆變器，這是一個關鍵的電動車部件，可以調節流向電機的電流。日本名古屋大學的教授山本正義（Masayoshi Yamamoto）就表示：“Model 3的空氣阻力系數和跑車一樣低，縮小逆變器的體積有助于其實現精簡的設計。”
特斯拉的舉動震動了芯片行業。6月，德國芯片制造商英飛凌科技公司推出了一種用于電動汽車逆變器的碳化硅模塊。英飛凌日本部門的一位管理人員表示：“很顯然，擴展碳化硅的時機比我們此前預期得更近了。”
現代汽車就將在其下一代電動汽車中使用英飛凌生產的碳化硅芯片。有報道稱，與傳統硅芯片相比，碳化硅芯片能使車輛的續航能力提高5%以上。
今年6月份，法國汽車制造商雷諾瑞士的意法半導體公司簽署了一項協議，后者將從2026年開始為雷諾供應碳化硅芯片。該協議還包括用氮化鎵制造的芯片，氮化鎵是半導體晶圓的另一種替代材料。
法國市場研究機構Yole Developpement預測，到2026年，碳化硅功率芯片的市場規模將比2020年增長六倍，達到44.8億美元。
此外，硅和價格更高的碳化硅之間的價格差距正在縮小。大規模生產和其他因素已經將二者之間的成本差距縮小到大約一倍，而最近五年前的差距大約為十倍。隨著一些芯片行業的供應商開始生產體積更大的碳化硅晶圓，這一差距還可能進一步縮小。
羅姆半導體一直都是這一領域的領先者，該公司在2010年大規模生產了世界上第一批碳化硅晶體。2009年收購的德國SiCrystal公司生產碳化硅晶圓，使羅姆具有從頭到尾的碳化硅芯片生產能力。這家日本公司的目標是，到2025財年，讓其碳化硅芯片占據全球30%的市場份額。他們最近在日本福岡縣的一家工廠開設了一個額外的生產設施，這是該公司讓其產能提升超過4倍的計劃的一部分。
羅姆公司表示，一些即將推出的電動汽車型號將使用其碳化硅芯片。該公司還與中國電動汽車制造商吉利達成了關于下一代芯片技術的協議。
硅并不是第一種芯片材料。1974年，美國貝爾實驗室開創性地發明了晶體管時，他們使用的是鍺晶體。隨著半導體工業的起飛，硅在20世紀60年代取代了這種元素。世界上最大的兩家硅片供應商（信越化學和Sumco）都位于日本。
作為硅的替代品，碳化硅也有自己的競爭對手。氮化鎵（GaN）有可能將能量損失減少到硅芯片的十分之一左右。這種材料在半導體中的應用是在日本開發的，用于制造藍光發光二極管。雖然氮化鎵芯片被用于某些領域，如充電器設備，但這種材料還沒有顯示出它的全部潛力，因為大多數情況下，它需要與其他材料一起使用，包括硅。
尋找硅的替代品，反映出了一個現實：人們越來越希望提高芯片的性能。體積更小但是能力更強的電子產品需要更細微的電路圖案。隨著電路尺度達到5納米（1納米等于十億分之一米），摩爾定律受到了前所未有的考驗。摩爾定律的內容是晶體管密度大約每兩年翻一番。
能源保護也推動了芯片材料的創新速度。如果不采取相應的措施來提高能源銷量，電動汽車、數據中心和數字經濟的其他組成部分的擴張，將產生大量電力消耗。
美國初創企業Lab 91是一家誕生于德克薩斯大學奧斯汀分校的公司，目前該公司正在開發在芯片晶圓上覆蓋石墨烯的技術，他們的初期試驗已經取得了成功，目前正在與芯片制造商就評估該技術的大規模生產進行談判。石墨烯有可能在廣泛的應用中提高芯片的性能，從電動汽車到LED，再到智能手機攝像頭中使用的圖像傳感器等。
一些人將鉆石成為終極半導體，它是一直可能改變整個行業但是成本很高的替代硅的材料。位于東京的制造商Adamant Namiki Precision Jewel已經開發出用鉆石生產電源芯片的技術。這種世界上最硬的物質在理論上能夠將能量損失減少到硅的五萬分之一。能否獲得足夠的經濟消息，是這種材料能否最終取代硅的關鍵因素。現在，鉆石芯片的價格是硅晶圓的數千倍。
由于半導體對國家安全和經濟競爭力至關重要，中國、美國和歐洲的政府正在尋求支持新的芯片材料的研究和開發。今年6月，日本經濟產業省發布了半導體戰略，對該領域的研發和投資提供支持，正是這一戰略的重要組成部分。此前，硅和鋼鐵一同被視為20世紀最重要的材料。而未來幾十年中，新的優秀半導體材料可能將成為國際競爭新的驅動力。
【來源：新浪科技】
