寬禁帶半導(dǎo)體：聊聊碳化硅（大量干貨！）

目前第三代半導(dǎo)體主要是：碳化硅SiC、氮化鎵GaN、氧化鋅ZnO這三種。

而碳化硅是近幾年關(guān)注度較高的半導(dǎo)體器件，它主要應(yīng)用在工業(yè)，光伏，汽車領(lǐng)域。特別是在電車應(yīng)用方面，碳化硅可是賺了不少“大錢”。今天我們主要來了解“碳化硅”這個東西。

碳化硅：碳和硅結(jié)合而來，它是一種人工合成的半導(dǎo)體材料，碳化硅襯底為p型半導(dǎo)體，帶正電，與常規(guī)的硅mos管導(dǎo)通原理一樣。

（高電平：導(dǎo)通 低電平：截止）

不過，相比硅mos，碳化硅的功率性能可就要強很多了。

為什么叫“寬禁帶半導(dǎo)體”呢？

一般我們衡量半導(dǎo)體性能優(yōu)勢的重要參考數(shù)值，就是它的禁帶寬度。

硅的禁帶寬度大概在1.1電子伏特，而碳化硅的禁帶寬度與它相差將近3倍，幾乎高達3.2電子伏特，這便是寬禁帶的由來。

那這個“禁帶寬度”有什么作用呢？

這是因為禁帶越寬，越難導(dǎo)電。

VBsemi在網(wǎng)上找到這張圖就可以很好的說明，禁帶越寬，它的性質(zhì)就越偏向絕緣體，而碳化硅正是這樣的存在，這使它的性質(zhì)會更穩(wěn)定。

特別是在面積、功耗、功率、電子遷移率、高壓高溫等要素里，碳化硅有較大的優(yōu)勢。

比如說，耐壓方面，擊穿1cm的硅需要用到30萬伏電壓，而擊穿碳化硅就需要用到220萬伏電壓。

還有面積方面，當mos管斷開后，電壓施加在碳化硅襯底上，由于其耐壓優(yōu)勢，碳化硅的器件面積可以比硅器件小很多。

熱導(dǎo)率和耐高溫也是碳化硅的“有名之處”，這也是它應(yīng)用在電車的很大原因，碳化硅的熱導(dǎo)率幾乎是硅mos的三倍，這意味著它的散熱能力很強。

在高溫環(huán)境下，碳化硅器件的工作溫度可以高達200℃以上，而硅器件只有150攝氏度。

此外，碳化硅器件的高開關(guān)速度與高頻率的優(yōu)勢，大大降低了開關(guān)損耗，這使得它比同樣在電車應(yīng)用方面的IGBT，更加略勝一籌！

比如，在同一輛續(xù)航電車上，使用碳化硅器件就可以增加百分之五的續(xù)航能力。

近幾年各大汽車企業(yè)紛紛投資起了碳化硅，連華為都頻頻出手。碳化硅這么好，難道沒有其它的缺點了？

有，貴。

目前碳化硅的產(chǎn)業(yè)鏈主要幾種在外延和襯底上，最為關(guān)鍵的技術(shù)就是襯底（碳化硅），占據(jù)將近47%的成本。

與硅將比將高出4倍左右，這主要是生產(chǎn)方面的問題。

1. 碳化硅對工藝方面的要求是比較嚴格的；

2. 它的晶圓尺寸很小，具備生產(chǎn)能力的廠家并不多，產(chǎn)能也在上升階段；

3. 碳化硅太硬了，其硬度僅次于金剛石。

這個成本原因，會讓硅器件依舊成為市場的長期選擇。

那第三代半導(dǎo)體碳化硅最終能否取代硅？

在一部分應(yīng)用領(lǐng)域，碳化硅是可以替代的。

不過，并不能是“取代”一說，因為兩者之間不具備連貫性，僅僅只是材料不同，但應(yīng)用方面各有千秋。硅mos與相關(guān)的中低壓功率mos器件，在一些超低壓和中低壓領(lǐng)域依舊具備較大的優(yōu)勢。而碳化硅mos則主要應(yīng)用在高溫高壓場景，并不會有太大的沖突。

此外，碳化硅目前主要用于功率器件，由于其柵極電壓較高，目前也不會應(yīng)用在集成電路方面。當然，科技更新迭代的速度飛快，這并不會是局限的理由。

最后我們順帶講下氮化鎵GaN。

前兩天在群里有伙伴，提到GaN目前已經(jīng)應(yīng)用在部分工業(yè)領(lǐng)域上。

但事實上，相比碳化硅SiC，氮化鎵GaN的應(yīng)用范圍是很少的，并且，它的應(yīng)用大多數(shù)在超高頻領(lǐng)域，驅(qū)動技術(shù)是個大難題，會經(jīng)常遇到一些誤導(dǎo)通，浮游電感等問題。

種種原因，使GaN在短期內(nèi)也不能夠代替硅。

好了，本期內(nèi)容就到這里了，創(chuàng)作不易，覺得有幫助的伙伴希望您點個關(guān)注！十分感謝您的支持！