碳化硅（SiC）晶圆为何难产？

2020-12-22 14:31

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碳化硅（SiC）晶圆为何难产？

在现已开发的宽禁带半导体中，碳化硅（SiC）半导体材料是研究最为成熟的一种。SiC半导体材料由于具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高饱和电子迁移率以及更小的体积等特点，在高温、高频、大功率、光电子以及抗辐射器件等方面具有巨大的应用潜力。

碳化硅的应用范围十分广泛：由于具有宽禁带的特点，它可以用来制作蓝色发光二极管或几乎不受太阳光影响的紫外线探测器；由于可以耐受的电压或电场八倍于硅或砷化镓，特别适用于制造高压大功率器件如高压二极管、功率三极管、可控硅以及大功率微波器件；由于具有高饱和电子迁移速度，可制成各种高频器件(射频及微波)；碳化硅是热的良导体, 导热特性优于任何其它半导体材料，这使得碳化硅器件可在高温下正常工作。

和现行主流的硅(Si)制电源控制芯片相比，SiC制电源控制芯片拥有更优异的耐高温、耐电压和大电流特性。而除了原有的电源用途之外，SiC电源控制芯片也加快应用至车用用途。除铁道车辆的逆变器(inverter)模组之外，在需求急速成长的电动车(EV)市场上，车用充电器及急速充电站也持续转用SiC电源控制芯片。

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与Si功率器件相比，SiC功率器件的优势在哪里？SiC功率器件的市场空间有多大？SiC功率器件研讨会上，未来SiC功率器件在太阳能发电、数据中心服务站和新能源汽车（包括纯电动和混动）等领域有很大的应用空间。

将SiC和Si材料做了详细对比，首先碳化硅的击穿场强是硅的10倍，所以碳化硅可以做更高电压的产品，或者说做更被损耗的产品；其次碳化硅的电子饱和迁移速度是硅的10倍，可以用来做更高频率的产品；第三碳化硅的热传导率、融点和禁带间隙（eV）是硅的三倍。总结来说，就是碳化硅具有高温、高频和耐压的特性。

从功率半导体的应用分布来看，SiC MOSFET应用在频率和功率比较大的范围，而Si MOSFET频率可以很高，功率却不大，Si IGBT功率很大，频率却不高，也就是说SiC MOSFET可以兼顾频率和功率。

同是第三代半导体材料的氮化镓，与碳化硅相比，氮化镓的不够耐压，市面上有一个产品工作范围在650V以下，在实验室的时候，最高也只能达到1200V，但是碳化硅功率器件在650、1200、1700、3300、4500、6600V的电压下都可以工作，所以如果在650V电压以下范围的话，氮化镓可以应用在比碳化硅功率器件频率更高的场景上。

以5000W的DC/DC电源为例，从Si IGBT方案改成SiC MOSFET方案后，DC/DC电源体积缩小了1/7、重量减轻了1/5、输出功率从3kW到5kW，频率从25kHz变大到160kHz，因为DC/DC电源的频率可以很高，所以碳化硅很有优势。

在研讨会上，已经开发出采用沟槽结构的第3代SiC MOSFET，与第2代平面结构相比，该器件实现了更低电阻的导通电阻，降低了所有设备的功率损失。针对产品紧缺的问题，公司正在建新工厂和产线，预计2025的产能将是2017年的16倍。

碳化硅（SiC）器件虽然很多性能优于硅基产品，然而其成本却比硅基产品高，这也致使碳化硅（SiC）器件目前市场渗透率极低，想必在飞捷士等厂商对技术和产能的投入下，未来碳化硅（SiC）器件的整体市场使用率将会逐渐扩大，相关研究机构资料也预计，未来技术进步将会推动碳化硅（SiC）成本快速下降，中长期来看碳化硅（SiC）器件将会是功率半导体的市场主流产品。深圳飞捷士也代理各大知名品牌的IGBT功率模块,MOS管,电源管理IC,LED驱动IC,WIFI芯片,低压MOS,IGBT单管/模块,场效应管,快恢复肖特基,二极管等半导体产品，也提供一站式配单服务，国际知名品牌产品电子元器件，助您足不出户进口全球商品。