SiC 作为半导体材料具有优异的性能，尤其适用于电力转换和控制中使用的功率元件。与传统硅器件相比，碳化硅器件具有导通电阻低、开关速度快、耐高温高压等优点，因此广泛应用于电源、汽车、铁路、工业设备和家用消费电子产品等领域。虽然碳化硅最终可以通过人工合成制造，但由于其加工工艺极其复杂，碳化硅功率器件的大规模生产一度令研究人员头疼不已。

※ 什么是碳化硅（SiC）？

碳化硅是一种由碳和硅元素组成的化合物半导体材料。碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝（ALN）、氧化镓（Ga2O3）等统称为宽带隙半导体材料，因为它们的带隙宽度大于2.2eV。在中国，它们也被称为第三代半导体材料。

从材料角度来看，半导体行业可分为：

第一代元素半导体材料：例如硅（Si）和锗（Ge）；

第二代化合物半导体材料：例如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等；

第三代宽带隙材料：例如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝（ALN）、氧化镓（Ga2O3）等。

其中，碳化硅和氮化镓是目前商业前景最光明的半导体材料，堪称半导体行业的新一代“黄金轨道”。

历史上首次发现碳化硅是在1891年。美国人艾奇逊在电解金刚石时发现了一种碳化合物，这是碳化硅的首次合成和发现。经过一百多年的探索，尤其是在进入21世纪之后，人类最终明确了碳化硅的优势和特性，并利用其特性制造了各种新型器件，碳化硅产业也因此迅速发展。

与传统硅材料相比，碳化硅的带隙是硅的3倍；导热系数是硅的4-5倍；击穿电压是硅的8倍；电子饱和漂移率是硅的2倍。碳化硅具有多种特性，因此特别适合制造能够承受高温、高电压和大电流的高频、高功率器件。

目前已知的碳化硅晶体结构形式约有 200 种，包括立方密堆积闪锌矿 α 晶体结构（2H、4H、6H、15R）和六方密堆积纤锌矿 β 晶体结构（3C-SiC）。

其中，β晶体结构（3C-SiC）可用于制造高频器件以及其他薄膜材料的衬底，例如生长氮化镓外延层和制造基于碳化硅的氮化镓微波射频器件。α晶体结构4H可用于制造高功率器件；6H最为稳定，可用于制造光电器件。

※ 碳化硅的性能优势

如果仅考虑碳化硅芯片，就功率半导体而言，碳化硅相比传统的硅基功率芯片具有无可比拟的优势：碳化硅能够承受更大的电流和电压，开关速度更快，能量损耗更小，并且更耐高温。因此，采用碳化硅制造的功率模块可以相应地减少电容、电感、线圈和散热元件的数量，使整个功率器件模块更加轻巧、节能，并具有更强的输出功率。同时，它还提高了可靠性。这些优势非常明显。具体总结如下：

1. 更低的阻抗可带来更小的产品尺寸和更高的效率；

2. 适用于更高的频率和更快的开关速度；

3. 具有优异的高温性能，能够在更高的温度下工作。

※ 为什么碳化硅这么贵？

大家都知道碳化硅在未来具有巨大的商业前景，但每个进入这个行业的人都会遇到第一个也是最实际的问题，那就是如何处理这种材料？

传统硅基产业商业环境极其成熟的至少一半原因是硅材料相对容易获得。硅材料制备技术的成熟和高效使得硅材料目前价格非常低廉。目前，6英寸抛光硅片仅售150元，8英寸的300元，12英寸的约850元。

只有当原材料足够便宜时，才能扩大产业规模！

目前，采用提拉法，72 小时内可以生长出一根约 2-3 米长的硅单晶棒，一根单晶棒一次可以切割出数千片硅片。

你知道72小时内能生长出多厚的碳化硅单晶吗？不到几厘米！！！

目前，生长碳化硅单晶最快的方法生长速度约为0.1毫米/小时-0.2毫米/小时，因此7.2小时内晶体厚度仅为72毫米~14.4毫米。

所以你可以想象，生产碳化硅单片晶圆的成本有多高。目前，4英寸碳化硅衬底的价格在2,000-3,000元左右，6英寸衬底的价格已经达到6,000-8,000元。外延晶圆的价格至少比X2还要高，而且目前仍然处于高价缺货状态。

作为全球领先的碳化硅公司，美国科锐公司几乎垄断了超过70%的产能。因此，国内外下游厂商纷纷与科锐签订长期合同，以确保产能。

※ 碳化硅市场

碳化硅MOSFET和碳化硅二极管广泛应用于太阳能、UPS、工业、汽车等领域：碳化硅（SiC）主要应用于光伏储能逆变器、数据中心服务器UPS电源、智能电网充电站等对转换效率要求较高的领域。然而，随着近年来电动汽车和混合动力汽车（xEV）的发展，碳化硅也迅速在这个新兴领域崭露头角。其辐射应用行业包括能源（光伏、电动汽车充电、智能电网等）、汽车（车载电脑、逆变器）、基础设施（服务器）等。

总而言之，我们可以预见，在不久的将来，碳化硅将对电力电子行业产生革命性的影响！

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