近年來，國內(nèi)外對(duì)碳化硅的關(guān)注度日益增加，尤其是國外的領(lǐng)先廠商，他們?cè)谶@個(gè)市場(chǎng)的步伐更是走得非常快。
碳化硅是何方神圣？
碳化硅是由碳元素和硅元素組成的一種化合物半導(dǎo)體材料。碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）、氮化鋁（ALN）、氧化鎵（Ga2O3）等，因?yàn)榻麕挾却笥?.2eV統(tǒng)稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料，在國內(nèi)也稱為第三代半導(dǎo)體材料。
在半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)從材料端分為：第一代元素半導(dǎo)體材料，如硅（Si）和鍺(Ge)；第二代化合物半導(dǎo)體材料：如砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）等；第三代寬禁帶材料，如碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氮化鋁（ALN）、氧化鎵（Ga2O3）等。
其中碳化硅和氮化鎵是目前商業(yè)前景最明朗的半導(dǎo)體材料，堪稱半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)內(nèi)新一代“黃金賽道”。
歷史上人類第一次發(fā)現(xiàn)碳化硅是在1891年，美國人艾奇遜在電溶金剛石的時(shí)候發(fā)現(xiàn)一種碳的化合物，這就是碳化硅首次合成和發(fā)現(xiàn)。在經(jīng)歷了百年的探索之后，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以后，人類終于理清了碳化硅的優(yōu)點(diǎn)和特性，并利用碳化硅特性，做出各種新器件，碳化硅行業(yè)得到較快發(fā)展。
相比傳統(tǒng)的硅材料，碳化硅的禁帶寬度是硅的3倍；導(dǎo)熱率為硅的4-5倍；擊穿電壓為硅的8倍；電子飽和漂移速率為硅的2倍。種種特性意味著碳化硅特別適于制造耐高溫、耐高壓，耐大電流的高頻大功率的器件。
目前已知的碳化硅有約200種晶體結(jié)構(gòu)形態(tài)，分立方密排的閃鋅礦α晶型結(jié)構(gòu)（2H、4H、6H、15R）和六角密排的纖鋅礦β晶型結(jié)構(gòu)（3C-SiC）等。
其中β晶型結(jié)構(gòu)（3C-SiC）可以用來制造高頻器件以及其他薄膜材料的襯底，例如用來生長氮化鎵外延層、制造碳化硅基氮化鎵微波射頻器件等。α晶型4H可以用來制造大功率器件；6H最穩(wěn)定，可以用來制作光電器件。
碳化硅未來是否會(huì)替代硅？
第三代半導(dǎo)體材料和傳統(tǒng)硅材料，應(yīng)用領(lǐng)域是完全不同的，硅更多的是用來制作存儲(chǔ)器、處理器、數(shù)字電路和模擬電路等傳統(tǒng)的集成電路芯片。而碳化硅因?yàn)槟艹惺艽箅妷汉痛箅娏鳎貏e適合用來制造大功率器件、微波射頻器件以及光電器件等。特別是在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域未來碳化硅成本降低后，會(huì)對(duì)硅基的MOSFET IGBT 等進(jìn)行一定的替代。但是碳化硅不會(huì)用來做數(shù)字芯片，兩者是互補(bǔ)關(guān)系，部分功率器件領(lǐng)域，未來碳化硅芯片將占據(jù)優(yōu)勢(shì)。
新一代黃金賽道，得碳化硅者得天下
從應(yīng)用端講，碳化硅被稱為“黃金賽道”絲毫不過分。
目前碳化硅和氮化鎵這兩種芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，較為理想的方案便是在碳化硅單晶襯底上生長外延層。即碳化硅上長碳化硅外延層，用于制造功率器件；碳化硅上長氮化鎵外延層，可以用來制造中低壓高頻功率器件（小于650V）、大功率微波射頻器件以及光電器件。
有人不禁要問，碳化硅上長同質(zhì)外延可以理解，但是為什么可以成為氮化鎵外延片的最佳異質(zhì)襯底？氮化鎵外延片為什么不用氮化鎵單晶襯底呢？其實(shí)從來理論上來講，氮化鎵外延片最好就是用本身氮化鎵的單晶襯底，但是氮化鎵單晶襯底實(shí)在太難了做，反應(yīng)過程中有上百種副產(chǎn)物很難控制，同時(shí)長晶效率奇低，且面積較小、價(jià)格昂貴，不具備任何經(jīng)濟(jì)性。而碳化硅和氮化鎵有著超過95%的晶格適配度，性能指標(biāo)遠(yuǎn)超其他襯底材料，如藍(lán)寶石、硅、砷化鎵等。因此碳化硅基氮化鎵外延片成為最佳選擇。
所以碳化硅襯底材料可以滿足兩種當(dāng)下最具潛力材料的對(duì)襯底材料的需求，“一材兩用”，因此這便是“得碳化硅者得天下”的說法來源。
碳化硅有啥優(yōu)勢(shì)？
如果只算碳化硅芯片，在功率半導(dǎo)體方面碳化硅的對(duì)比傳統(tǒng)硅基功率芯片，有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)：碳化硅能承受更大的電流和電壓、更高的開關(guān)速度、更小的能量損失、更耐高溫。因此用碳化硅的做成的功率模組可以相應(yīng)的減少了電容、電感、線圈、散熱組件的部件，使得整個(gè)功率器件模組更加輕巧、節(jié)能、輸出功率更強(qiáng)，同時(shí)還增強(qiáng)了可靠性，優(yōu)點(diǎn)十分明顯。
從終端應(yīng)用層上來看在碳化硅材料在高鐵、汽車電子、智能電網(wǎng)、光伏逆變、工業(yè)機(jī)電、數(shù)據(jù)中心、白色家電、消費(fèi)電子、5G通信、次世代顯示等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)潛力巨大。
這里的所講的碳化硅是單晶碳化硅，純度一般四個(gè)九以上。晶體排列結(jié)構(gòu)一致，可以稱為電子級(jí)的碳化硅。
