碳化硅，又稱(chēng)SiC，是一種由純硅和純碳組成的半導(dǎo)體基材。您可以將SiC與氮或磷摻雜以形成n型半導(dǎo)體，或?qū)⑵渑c鈹、硼、鋁或鎵摻雜以形成p型半導(dǎo)體。雖然碳化硅的品種和純度很多，但半導(dǎo)體級(jí)質(zhì)量的碳化硅只是在過(guò)去幾十年中才浮出水面。

碳化硅是如何制造的？

最簡(jiǎn)單的碳化硅制造方法涉及在高達(dá)2500攝氏度的高溫下熔化硅砂和碳，例如煤。更深、更常見(jiàn)的碳化硅通常包括鐵和碳雜質(zhì)，但純碳化硅晶體是無(wú)色的，當(dāng)碳化硅在2700攝氏度下升華時(shí)形成。一旦加熱，這些晶體就會(huì)在較冷的溫度下沉積在石墨上，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為L(zhǎng)ely方法。

Lely法：在此過(guò)程中，花崗巖坩堝通常通過(guò)感應(yīng)加熱到非常高的溫度，以升華碳化硅粉末。溫度較低的石墨棒懸浮在氣態(tài)混合物中，這固有地允許純碳化硅沉積并形成晶體。

化學(xué)氣相沉積：或者，制造商使用化學(xué)氣相沉積來(lái)生長(zhǎng)立方碳化硅，化學(xué)氣相沉積通常用于碳基合成工藝和半導(dǎo)體工業(yè)。在這種方法中，一種特殊的氣體化學(xué)混合物進(jìn)入真空環(huán)境并在沉積到基材上之前結(jié)合。

這兩種碳化硅晶圓生產(chǎn)方法都需要大量的能源、設(shè)備和知識(shí)才能成功。

碳化硅是做什么用的？碳化硅的優(yōu)點(diǎn)

從歷史上看，制造商在高溫環(huán)境中將碳化硅用于軸承、加熱機(jī)械部件、汽車(chē)制動(dòng)器甚至磨刀工具等設(shè)備。在電子和半導(dǎo)體應(yīng)用中，SiC的優(yōu)勢(shì)主要優(yōu)點(diǎn)是：

120-270 W/mK的高導(dǎo)熱系數(shù)

熱膨脹系數(shù)低：4.0x10^-6/°C

最大電流密度高

這三個(gè)特性結(jié)合在一起，使SiC具有出色的導(dǎo)電性，特別是與硅相比，硅是SiC更受歡迎的表親。SiC的材料特性使其在需要大電流、高溫和高導(dǎo)熱性的高功率應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。

近年來(lái)，碳化硅已成為半導(dǎo)體行業(yè)的關(guān)鍵參與者，為MOSFET、肖特基二極管和功率模塊供電，用于高功率、高效率應(yīng)用。雖然比硅MOSFET更昂貴，硅MOSFET通常限制在900V的擊穿電壓，但SiC允許接近10kV的電壓閾值。

SiC還具有非常低的開(kāi)關(guān)損耗，可以支持高工作頻率，這使其能夠?qū)崿F(xiàn)目前無(wú)與倫比的效率，尤其是在工作電壓超過(guò)600伏的應(yīng)用中。通過(guò)適當(dāng)?shù)膶?shí)施，SiC器件可以將轉(zhuǎn)換器和逆變器系統(tǒng)損耗降低近50%，尺寸降低300%，整體系統(tǒng)成本降低20%。整體系統(tǒng)尺寸的減小使SiC能夠在重量和空間敏感的應(yīng)用中非常有用。

碳化硅應(yīng)用

許多制造商正在電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用中使用碳化硅。這些以效率為導(dǎo)向的系統(tǒng)都會(huì)導(dǎo)致高電壓和高溫。我們看到，全球正在大力推動(dòng)碳化硅取代其他材料，以減少因較高電壓下的功率效率低下而導(dǎo)致的碳排放。盡管電動(dòng)汽車(chē)和太陽(yáng)能等尖端技術(shù)正在率先使用碳化硅，但我們預(yù)計(jì)很快就會(huì)看到更多傳統(tǒng)行業(yè)效仿。

由于行業(yè)對(duì)高質(zhì)量、可靠性和效率的需求，碳化硅在汽車(chē)領(lǐng)域變得流行起來(lái)。碳化硅可以出色地滿足高電壓需求。碳化硅有可能通過(guò)提高整體系統(tǒng)效率來(lái)增加電動(dòng)汽車(chē)的行駛距離，特別是在逆變器系統(tǒng)中，這增加了車(chē)輛的整體節(jié)能效果，同時(shí)減小了電池管理系統(tǒng)的尺寸和由此產(chǎn)生的重量。

在電動(dòng)汽車(chē)中使用碳化硅可以將電動(dòng)汽車(chē)制造成本和每輛車(chē)的擁有成本降低近2美元。碳化硅還優(yōu)化了電動(dòng)汽車(chē)快速充電過(guò)程，該過(guò)程通常在kV范圍內(nèi)運(yùn)行，可以將整體系統(tǒng)損耗降低，將功率密度提高30%，并將組件數(shù)量減少30%。這種效率將使快速充電站更小、更快、更具成本效益。

在太陽(yáng)能行業(yè)，碳化硅逆變器優(yōu)化在提高效率和節(jié)約成本方面也發(fā)揮著重要作用。在太陽(yáng)能逆變器中使用碳化硅可將系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率提高到標(biāo)準(zhǔn)硅的兩到三倍。這種開(kāi)關(guān)頻率的增加可以減少電路的磁性元件，從而節(jié)省大量空間和成本。因此，基于碳化硅的逆變器設(shè)計(jì)的尺寸和重量幾乎是硅基逆變器的一半。鼓勵(lì)太陽(yáng)能制造商和工程師使用碳化硅而不是氮化鎵等其他材料的另一個(gè)因素是其強(qiáng)大的耐用性和可靠性。碳化硅的可靠性使太陽(yáng)能系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運(yùn)行十多年所需的穩(wěn)定壽命。

無(wú)錫國(guó)晶微半導(dǎo)體技術(shù)有限公司是寬禁帶第三代半導(dǎo)體碳化硅SiC功率器件、氮化鎵GaN光電器件以及常規(guī)集成電路研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的高科技創(chuàng)新型企業(yè)，從事碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管，碳化硅肖特基二極管、GaN光電光耦繼電器、單片機(jī)集成電路等產(chǎn)品芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與銷(xiāo)售并提供相關(guān)產(chǎn)品整體方案設(shè)計(jì)配套服務(wù)，總部位于江蘇省無(wú)錫市高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)，并在杭州、深圳和香港設(shè)有研發(fā)中心和銷(xiāo)售服務(wù)支持中心及辦事處。

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特別在高低壓光耦半導(dǎo)體技術(shù)方面更是擁有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。在國(guó)內(nèi)創(chuàng)先設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了28nm光敏光柵開(kāi)關(guān)PVG芯片技術(shù)，并成功量產(chǎn)應(yīng)用于60V、400V、600V高低壓、低內(nèi)阻、低電容的光電耦合繼電器芯片、涵蓋1500kVrms SOP超小封裝及3750kVrms隔離增強(qiáng)型常規(guī)SMD、DIP等不同封裝，單路、雙路、混合雙路、常開(kāi)常閉等電路產(chǎn)品，另包括200V SOI MOS/LIGBT集成芯片、100V CMOS/LDMOS集成芯片、8bit及32bit單片機(jī)等集成電路產(chǎn)品，均獲得市場(chǎng)及各重點(diǎn)科研單位、檢測(cè)機(jī)構(gòu)的新產(chǎn)品認(rèn)定。

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審核編輯：湯梓紅