第三代半导体——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电子元件性能优势十分显著，尤其是在高压与高频的性能上，然而这些优势却始终未能让碳化硅元件转换成较大的市场规模，其主要原因就出在碳化硅晶圆的制造和产能的不顺畅。下文将带大家简单了解一下从半导体发展看碳化硅。

半导体材料的发展历程

半导体是一种常温下导电性能介于导体与绝缘体之间、导电性可控的材料

第一代：Si、Ge  应用于数据的运算和储存

第二代：GaAs、InPⅢ-V族化合物   主要解决信息通讯，应用于半导体及钢企，光纤通信，宽带网等信息传输和储存等领域

第三代：GaN、InN、AIN、SiCⅢ-V族化合物半导体  在电和固安的转化方面性能突出，在微波信号传输方面效率更高，广泛应用于照明、显示、通讯等各个领域。

半导体材料性能对比

第三代半导体材料——碳化硅（SiC）

硅是传统且应用Z为广泛的半导体材料，其制备技术发展成熟，但局限于硅本身的电子和空穴迁移速度在未来很难满足更高性能半导体器件的需求。相比于传统的老大哥“硅”，碳化硅这个近来有点火的新兵蛋子，有许多先天上更为卓越的性能。

例如，硅材料的极限工作温度为300℃，而碳化硅可以达到600℃以上，硅材料的热导率仅为1.5W·cm-1·K-1，而碳化硅的热导率可高达4.9W·cm-1·K-1，这就使得碳化硅在一定工作温度内，无需增加散热装置，有利于设备的小型化发展；与传统的硅器件比，SiC二极管可以实现端很多的反向恢复时间，从而实现更快的开关，其反向恢复电荷要少很多，从而可降低开关损耗，SiCMOSFET没有传统硅IGBT关断特性中所具有的拖尾电流，因此可以将关断损耗降低多达90%，与此用时可以增加开关频率，从而减少对外部平波电容的依赖，一言以蔽之“能耗低”。

以硅（Si）、砷化镓（GaAs）为代表的第一代和第二代半导体材料的高速发展，推动了微电子、光电子技术的迅猛发展。然而受材料性能所限，这些半导体材料制成的器件大都只能在200℃一下的环境中工作，不能满足现在电子技术对高温、高频、高压以及抗辐射器件的要求。

作为第三代宽带隙半导体材料的代表，碳化硅 (SiC)单晶材料具有禁带宽度大(~Si的3倍)、热导率 高(〜Si的3.3倍或GaAs的10倍)、电子饱和迁移速率 高(〜Si的2.5倍)和击穿电场高卜Si的10倍或GaAs的5 倍)等性质。SiC器件在高温、高压、高频、大功率 电子器件领域和航天、军工、核能等极端环境应用 领域有着不可替代的优势，弥补了传统半导体材料 器件在实际应用中的缺陷，正逐渐成为功率半导体 的主流。

碳化硅器件的发展历程

SiC从上个世纪70年代开始研发，2001年SiC SBD商用，2010年SiC MOSFET商用，SiC IGBT还在 研发当中。随着6英寸SiC单晶衬底和外延晶片的缺 陷降低和质量提高，使得SiC器件制备能够在目前现 有6英寸Si基功率器件生长线上进行，这将进一步降 低SiC材料和器件成本，推进SiC器件和模块的普及。

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碳化硅单晶基础材料—超高纯碳粉

碳化硅晶体生长需要高纯碳化硅粉体为原料，碳 化硅原料的合成,以高纯碳粉与高纯硅粉的固相合成 方法Z为常见。

顶立科技自主研发的超高温石墨化提纯系统， 可实现含碳量299.999%的高纯石墨的连续式生产。 同时研发的可用于碳化硅单晶生长用原料——高纯 碳粉，Z高纯度可达99.9999%以上，B、AU V等 关键杂质含量均<50PPB。各项指标与性达到国内领先水平，实现材料进口替代。