有趣的材料—無處不在的碳化硅

作為第三代半導體的一種，碳化硅在當今起到不可估量的貢獻。

20世紀初期

人們對半導體的認知較少，但依舊有不少關于半導體材料的研究。

20世紀50年代

笨重的電子管結構脆弱、壽命短，很難支撐人們對于更高端的追求，由硅基、鍺基半導體器件為主的微電子行業(yè)應運而生，開啟第一代半導體材料時代。

20世紀90年代

隨著移動通信的飛速發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)的興起，增加了對半導體材料適應高速、高頻的需求，以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)為代表的第二代半導體材料開始嶄露頭腳。

當前

電子器件的使用環(huán)境逐漸惡劣，航空航天、石油探測領域前景廣闊，在熱導率、擊穿場等上的要求更高，那么以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為主的第三代半導體材料起到了極大的作用。

碳化硅的巨大優(yōu)勢

SiC材料既繼承了硅的優(yōu)異性能，又兼具與金剛石比擬的特性，SiC集成光學因SiC具有的高折射率、寬透光窗口、高非線性系數(shù)、CMOS工藝兼容等特性成為頗具潛力的集成光子芯片發(fā)展方向。 碳化硅是一種寬帶隙化合物半導體，具有高擊穿場、高飽和電子漂移速率、高熱導等優(yōu)異性能。相比同類硅基器件，SiC器件具有耐高溫、耐高壓、高頻特性好、轉(zhuǎn)化效率高、體積小和重量輕等優(yōu)點，在電動汽車、軌道交通、高壓輸變電、光伏、5G通訊等領域具有應用潛力。

碳化硅的巨大優(yōu)勢 碳化硅的產(chǎn)業(yè)鏈可以從三個層面來看，可分為上游（襯底等）、中游（功率器件等）、下游（系統(tǒng)、應用）。

在上游領域，碳化硅晶片作為一種半導體襯底材料，可以制造不同導電能力的導電型和半絕緣型晶片，用于新能源汽車、航空航天和5G通訊、衛(wèi)星不同領域 。因此在SiC產(chǎn)業(yè)鏈中，價值主要集中于上游襯底和外延，也很大程度上關系國家半導體行業(yè)的發(fā)展。

前沿成果

中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心先進材料與結構分析重點實驗室研究員陳小龍研究團隊于2021年利用氣相法成功制造出8英寸碳化硅晶體。SiC晶體的生長方法主要有物理氣相傳輸法(PVT)、高溫化學氣相沉積法(HTCVD)和液相外延法(LPE)。PVT 法設備易于制造、長晶過程更好控，但生長速度慢、厚度低，且良率較低。2023年1月，團隊采用液相法成功研制4英寸的SiC晶片，LPE法所需生長溫度較低，晶體錯位密度低，而且良率更高，是一種更為有效的新方法。

物理氣相傳輸法（PVT）制碳化硅晶體

液相外延法(LPE)制碳化硅晶體

審核編輯 ：李倩