什么是碳化硅SiC？碳化硅的特性分析

什么是碳化硅SiC？

近年来，使用“功率元器件”或“功率半导体”等说法，以大功率低损耗为目的二极管和晶体管等分立（分立半导体）元器件备受瞩目。这是因为，为了应对全球共通的“节能化”和“小型化”课题，需要高效率高性能的功率元器件。

然而，最近经常听到的“功率元器件”，具体来说是基于什么定义来分类的呢？恐怕是没有一个明确的分类的，但是，可按以高电压大功率的AC/DC转换和功率转换为目的的二极管和MOSFET，以及作为电源输出段的功率模块等来分类等等。

SiC（碳化硅）是一种由硅（Si）和碳（C）构成的化合物半导体材料。表1-1列出了各种半导体材料的电气特征，SiC的优点不仅在于其绝缘击穿场强（Breakdown Field）是Si的10倍，带隙（Energy Gap）是Si的3倍，而且在器件制造时可以在较宽的范围内实现必要的P型、N型控制，所以被认为是一种超越Si极限的用于制造功率器件的材料。SiC存在各种多型体（结晶多系），它们的物性值也各不相同。最适合于制造功率器件的是4H-SiC，现在4inch～6inch的单晶晶圆已经实现了量产。

为什么要发展碳化硅?

第一代元素半导体材料：如硅（Si）和锗(Ge)；

第二代化合物半导体材料：如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等；

第三代宽禁带材料：如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝（ALN）、氧化镓（Ga2O3）等。

第三代半导体材料又称宽禁带半导体材料，和传统硅材料的主要区别在禁带宽度上。具体来说，禁带宽度是判断一种半导体材料击穿电压高低的重要标志，禁带宽度值越大，则这种材料做成器件耐高压的能力越强。除了更耐高压，碳化硅基功率器件在开关频率、散热能力和损耗等指标上也远远好于硅基器件。此外碳化硅材料能够把器件体积做的越来越小，能量密度越来越大，这也是全球主要的半导体巨头都在不断研发碳化硅器件的重要原因。

碳化硅的特性！

SiC的绝缘击穿场强是Si的10倍，因此与Si器件相比，能够以更高的掺杂浓度并且膜厚更薄的漂移层制作出600V～数千V的高压功率器件。高压功率器件的电阻成分主要由该漂移层的电阻所组成，因此使用SiC材料可以实现单位面积导通电阻非常低的高压器件。理论上当耐压相等时，SiC在单位面积下的漂移层电阻可以降低到Si的1/300。对于Si材料来说，为了改善由于器件

高压化所带来的导通电阻增大的问题，主要使用例如IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅极双极型晶体管）等少数载流子器件（双极型器件），但是却存在开关损耗较大的问题，其结果是所产生的发热问题限制了IGBT的高频驱动应用。SiC材料能够以具有快速器件结构特征的多数载流子器件（肖特基势垒二极管和MOSFET）实现高压化，因此可以同时实现“高耐压”、“低导通电阻”、“高频”这三个特性。另外，SiC的带隙较宽、大约是Si的3倍，因此能够实现在高温条件下也可以稳定工作的功率器件（目前由于受到封装的耐热

可靠性的制约，只保证到150℃～175℃，但是随着封装技术的发展，将来也可能达到200℃以上的保证温度）。

无锡国晶微半导体技术有限公司是宽禁带第三代半导体碳化硅SiC功率器件、氮化镓GaN光电器件以及常规集成电路研发及产业化的高科技创新型企业，从事碳化硅场效应管，碳化硅肖特基二极管、GaN光电光耦继电器、单片机集成电路等产品芯片设计、生产与销售并提供相关产品整体方案设计配套服务，总部位于江苏省无锡市高新技术开发区内，并在杭州、深圳和香港设有研发中心和销售服务支持中心及办事处。

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