根据研究和规模化应用的时间先后顺序，业内将半导体材料划分为三代。
常见的半导体材料包括硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）、碳化硅（SiC）、 氮化镓（GaN）等材料， 第一代半导体材料以硅和锗等元素半导体为代表。第一代半导体主要应 用于低压、低频、低功率的晶体管和探测器中，被广泛应用于集成电路。 硅基半导体材料是目前产量最大、应用最广的半导体材料，市场占比达 到 90%以上。
第二代半导体材料以砷化镓为代表。相较硅材料它具有直接带隙，电子 迁移率是硅的 6 倍，因此具有高频、高速的光电性能，被广泛应用于光 电子和微电子领域。砷化镓是制作半导体发光二极管和通信器件的关键 衬底材料。 第三代半导体材料是指以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料。 碳化硅有多种晶型，4H-SiC 和 6H-SiC 已经开始商用，其中 4H-SiC 广 泛应用于制造功率半导体器件。采用第三代半导体材料制备的半导体器 件能够在高温下稳定工作，适用于高压、高频场景。
碳化硅材料性能优势引领功率器件新变革。功率器件的作用是实现对电 能的处理、转换和控制。以碳化硅为衬底制成的功率器件相比硅基功率 器件，具有耐高压、耐高温、能量损耗低、功率密度高等优势，可实现 功率模块小型化、轻量化。相同规格的碳化硅基 MOSFET 与硅基MOSFET 相比，其尺寸可大幅减小至原来的 1/10，导通电阻可至少降 低至原来的 1/100。相同规格的碳化硅基 MOSFET 较硅基 IGBT 的总 能量损耗可大大降低 70%。
碳化硅衬底可分为半绝缘型和导电型。其中，在导电型衬底上生长碳化 硅外延层即可得到碳化硅外延片，进一步可制造肖特基二极管、 MOSFET、IGBT 等各类功率器件，应用于新能源汽车、充电桩、光伏发 电、智能电网、轨道交通、航空航天等领域。碳化硅功率器件主要包括功率二极管和晶体管。碳化硅二极管因工艺难 度较低，起步时间较早，目前发展已经相对成熟。碳化硅晶体管包括 MOSFET、IGBT 等。SiC MOSFET 由于较低的开关损耗，更适合应用 于高频工作；SiC IGBT 由于较低的导通损耗，在智能电网等高功率领域 更具优势。2010 年，日本 ROHM 公司和美国 Cree 公司率先实现了 SiC MOSFET 商业化应用，目前 SiC MOSFET 是最为成熟、应用最广的碳 化硅功率开关器件。
碳化硅功率器件生产厂商以欧美日企业为主，2021 年全球 CR5 达到 96%。根据 Yole 数据，2021 年全球导电型碳化硅功率器件市场份额基 本由意法半导体、英飞凌、Wolfspeed、罗姆、安森美、三菱电机等海 外厂商垄断。国内碳化硅功率器件主要厂商包括比亚迪半导体、斯达半 导、时代电气等企业。碳化硅基 MOSFET 价格仍数倍于硅基 IGBT 价格。目前在上游衬底环 节，最成熟的碳化硅 PVT 技术生晶速度约为 0.2-0.4mm/h，远慢于硅 基拉棒速度，且温度较难控制，易生成杂质晶型，导致碳化硅衬底良率 低于硅基衬底。此外碳化硅衬底加工切片、薄化和抛光等技术也有待改 进。所以目前碳化硅功率器件价格相较于同规格硅基器件仍有数倍差距， 一定程度上限制了碳化硅器件渗透率的提高。
凭借性能优势碳化硅功率器件已逐步拓展应用。经过数十年发展，硅基 电力电子性能已接近其理论极限，难以满足迅速增长和变化的电能应用 需求。碳化硅功率器件凭借其优异的耐高压、耐高温、低损耗等性能， 逐渐得到更广泛的应用。根据 CASA 数据，2021 年全球第三代功率半 导体市场渗透率约为 4.6%-7.3%，较 2020 年渗透率提升约 2%。
全球碳化硅功率半导体器件市场空间有望快速扩张。市场空间方面，根 据 Yole 数据，2021 年全球碳化硅功率器件市场规模约为 10.90 亿美元， 同比增长 57%。2027 年全球导电型碳化硅功率器件市场空间有望突破 至 62.97 亿美元，六年年均复合增长率约为 34%。市场结构方面，新能 源汽车应用主导碳化硅功率器件市场，2021 年车用碳化硅功率器件占 整个 SiC 功率器件市场的 63%，预计 2027 年占比提升至 79%。其他 下游应用包括光伏发电、智能电网及轨道交通等领域。
中国 2021 年第三代半导体功率器件市场规模超过 70 亿元。根据 CASA 数据，2021 年国内 SiC、GaN 功率半导体市场规模约为 71.1 亿元，同 比增长51.9%，第三代半导体在电力电子领域渗透率超过2.3%，较2020 年提高了 0.7%。2021 年到 2026 年，第三代半导体电力电子市场有望 保持约 40%的年均增速，2026 年市场空间有望达到 500 亿元。新能源 汽车/充电桩市场是增长动力的最重要来源。
