SiC器件的优点被熟知近60年为什么还未普及？

SiC器件的优点被熟知近60年为什么还未普及？

　如果硅(Si)和锗(Ge)为代表的第一代半导体材料奠定了微电子产业的基础，砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)为代表的第二代半导体材料奠定了信息产业的基础，那么以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料将是提升新一代信息技术核心竞争力的重要支撑。凭借禁带宽度大、击穿电场高、热导率大等特性，SiC器件备受期待，但工艺和成本成为其普及的障碍。不过，在可以预见的未来，我们将看到SiC对电动汽车行业产生的革命性影响，电动汽车也将引领SiC器件的普及。

　　SiC材料优势明显，但普及面临两大难题

　　现代电子技术对半导体材料提出了高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等新要求，安森美半导体宽带隙高级产品线经理Llew Vaughan-Edmunds表示：“SiC和GaN均是宽带隙第三代半导体材料，结合卓越的开关性能、温度稳定性和低电磁干扰(EMI)，极其适用于下一代电源转换，如太阳能逆变器、电源、电动汽车和工业动力。”

安森美半导体宽带隙高级产品线经理Llew Vaughan-Edmunds

　　以SiC为例对比前两代半导体材料， ROHM半导体(上海)有限公司设计中心高级经理水原 徳建 (Tokuyasu Mizuhara)告诉《华强电子》杂志记者：“SiC与Si相比，绝缘击穿电场强度高约10倍，可达几千伏特的高耐压。另外Si在高耐压化时导通电阻变大，为了改善这一现象，主要使用Si-IGBT，但存在开关损耗大的问题，而SiC单位面积的导通电阻非常低，可降低功率损耗，同时具有优异的高速开关性能。” 美高森美(Microsemi) SiC技术总监Avinash Kashyap博士表示：“对功率半导体来说，自上世纪90年代末推出硅超结(superjunction) MOSFET以来，SiC的出现已经是新一代量子飞跃。GaAs具有直接带隙和高迁移性，但其主要应用限于光电子和高频。SiC则拥有比Si (1.1 eV)和GaAs (1.39 eV)更宽的带隙。”

ROHM半导体(上海)有限公司设计中心高级经理水原 徳建

　　具体来说，“SiC (2.2 MV/cm)的临界电场数量级高于Si，使功率器件的漂移区薄10倍，显著降低了导通状态电阻，与功率等级相当的Si器件相比，SiC器件的芯片尺寸可以大幅缩小。SiC芯片不仅尺寸更小还可以使电容更低，这一特点加上更高饱和速度 (Si的两倍)使SiC能够在相对较高的频率下工作。采用SiC器件的电路中可以使用更小的无源器件，降低开关损失和提高效率。最后，SiC更高的带隙和热导率 (Si的三倍)，使其可以在更高结温 (175–200摄氏度) 条件下可靠地工作，从而降低或消除主动冷却要求。” Avinash Kashyap博士补充解释SiC器件的优势。

美高森美(Microsemi) SiC技术总监Avinash Kashyap博士

　　不过，即便早在20世纪60年代碳化硅器件的优点就已经被人们所熟知，但实际情况是SiC器件目前仍未推广普及。其中，SiC材料的外延工艺和价格是两大阻碍。