第三代半導體——碳化硅

引言：相比于目前成熟使用的硅基材采用碳化硅基材的電子元件性能優勢十分顯著，尤其是在高壓與高頻的性能上，然而這些優勢卻始終未能讓碳化硅元件轉換成較大的市場規模，其主要原因就出在碳化硅晶圓的制造和產能的不順暢。下文將帶大家簡單了解一下從半導體發展看碳化硅。

半導體材料的發展歷程

半導體是一種常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間、導電性可控的材料

第一代：Si、Ge  應用于數據的運算和儲存

第二代：GaAs、InPⅢ-V族化合物   主要解決信息通訊，應用于半導體及鋼企，光纖通信，寬帶網等信息傳輸和儲存等領域

第三代：GaN、InN、AIN、SiCⅢ-V族化合物半導體  在電和固安的轉化方面性能突出，在微波信號傳輸方面效率更高，廣泛應用于照明、顯示、通訊等各個領域。

半導體材料性能對比

第三代半導體材料——碳化硅（SiC）

硅是傳統且應用Z為廣泛的半導體材料，其制備技術發展成熟，但局限于硅本身的電子和空穴遷移速度在未來很難滿足更高性能半導體器件的需求。相比于傳統的老大哥“硅”，碳化硅這個近來有點火的新兵蛋子，有許多先天上更為卓越的性能。

例如，硅材料的極限工作溫度為300℃，而碳化硅可以達到600℃以上，硅材料的熱導率僅為1.5W·cm-1·K-1，而碳化硅的熱導率可高達4.9W·cm-1·K-1，這就使得碳化硅在一定工作溫度內，無需增加散熱裝置，有利于設備的小型化發展；與傳統的硅器件比，SiC二極管可以實現端很多的反向恢復時間，從而實現更快的開關，其反向恢復電荷要少很多，從而可降低開關損耗，SiCMOSFET沒有傳統硅IGBT關斷特性中所具有的拖尾電流，因此可以將關斷損耗降低多達90%，與此用時可以增加開關頻率，從而減少對外部平波電容的依賴，一言以蔽之“能耗低”。

以硅（Si）、砷化鎵（GaAs）為代表的第一代和第二代半導體材料的高速發展，推動了微電子、光電子技術的迅猛發展。然而受材料性能所限，這些半導體材料制成的器件大都只能在200℃一下的環境中工作，不能滿足現在電子技術對高溫、高頻、高壓以及抗輻射器件的要求。

作為第三代寬帶隙半導體材料的代表，碳化硅 (SiC)單晶材料具有禁帶寬度大(~Si的3倍)、熱導率 高(?Si的3.3倍或GaAs的10倍)、電子飽和遷移速率 高(?Si的2.5倍)和擊穿電場高卜Si的10倍或GaAs的5 倍)等性質。SiC器件在高溫、高壓、高頻、大功率 電子器件領域和航天、軍工、核能等極端環境應用 領域有著不可替代的優勢，彌補了傳統半導體材料 器件在實際應用中的缺陷，正逐漸成為功率半導體 的主流。

碳化硅器件的發展歷程

SiC從上個世紀70年代開始研發，2001年SiC SBD商用，2010年SiC MOSFET商用，SiC IGBT還在 研發當中。隨著6英寸SiC單晶襯底和外延晶片的缺 陷降低和質量提高，使得SiC器件制備能夠在目前現 有6英寸Si基功率器件生長線上進行，這將進一步降 低SiC材料和器件成本，推進SiC器件和模塊的普及。

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頂立科技自主研發的超高溫石墨化提純系統， 可實現含碳量299.999%的高純石墨的連續式生產。 同時研發的可用于碳化硅單晶生長用原料——高純 碳粉，Z高純度可達99.9999%以上，B、AU V等 關鍵雜質含量均<50PPB。各項指標與性達到國內領先水平，實現材料進口替代。