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碳化硅是第三代半导体材料,引领电源和射频领域的创新

发布时间:2022-05-06 分享

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碳化硅比硅更能满足高温、高压和高频的要求,下游应用范围广泛。

碳化硅是第三代半导体材料,具有禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强高、电子饱和漂移率高等特点。碳化硅是第三代半导体材料的典型代表。与硅材料等前两代半导体材料相比,其禁带宽度更大,击穿电场强度、饱和电子漂移率、热导率和耐辐射性等关键参数具有显着优势。基于这些优良特性,碳化硅衬底在极限性能上优于硅衬底,可以满足高温、高压、高频、大功率条件下的应用要求。因此,碳化硅材料制成的射频器件和功率器件可广泛应用于新能源汽车、光伏、5G通信等领域,是半导体材料领域前景广阔的材料之一。

碳化硅用于制造功率和射频器件,产业链包括衬底制备、外延层生长、器件和下游应用。根据电化学性能的不同,SiC晶体材料分为半绝缘衬底(电阻率高于10 5Ω·cm)和导电衬底(电阻率范围15-30mΩ·cm)。与传统的硅基器件不同,碳化硅器件不能直接在衬底上制造。采用化学气相沉积的方法在衬底表面形成所需的薄膜材料,即形成外延片,然后进一步制作器件。碳化硅基氮化镓外延片是在半绝缘碳化硅衬底上生长氮化镓外延层得到的,可制成适合高频高温工作环境的微波射频器件如HEMT ,主要应用于5G通信、卫星、雷达等领域。碳化硅外延片是在导电的碳化硅衬底上生长碳化硅外延层得到的,可以进一步制成碳化硅二极管、碳化硅MOSFET等功率器件。适用于高温高压工作环境,损耗低。主要应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域。

国内外厂商都在积极布局碳化硅,产业链日趋完善。以碳化硅材料为衬底的产业链主要包括碳化硅衬底制备、外延层生长、器件和模块制造三个环节。随着更多厂商布局碳化硅赛道,产业链加速走向成熟。目前,碳化硅行业的企业已经形成了两种商业模式。一是覆盖全产业链各个环节,从事碳化硅衬底、外延、器件和模块的生产,如Wolfspeed、Rohm等;第二种只从事产业链的单个环节或部分环节,比如II-VI,只从事基板的制备和外延,而英飞凌只负责器件和模块的制造。目前国内大部分碳化硅厂家属于第二种商业模式,专注于部分产业链。