SiC 作為半導體材料具有優異的性能，特別適用於電力轉換和控制中使用的功率元件。與傳統矽元件相比，碳化矽元件具有導通電阻低、開關速度快、耐高溫高壓等優點，因此廣泛應用於電源、汽車、鐵路、工業設備和家用消費性電子產品等領域。雖然碳化矽最終可以透過人工合成製造，但由於其加工流程極為複雜，碳化矽功率裝置的大規模生產一度令研究人員頭痛不已。

※ 什麼是碳化矽（SiC）？

碳化矽是一種由碳和矽元素組成的化合物半導體材料。碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）、氮化鋁（ALN）、氧化鎵（Ga2O3）等統稱為寬帶隙半導體材料，因為它們的帶隙寬度大於2.2eV。在中國，它們也被稱為第三代半導體材料。

從材料角度來看，半導體產業可分為：

第一代元素半導體材料：例如矽（Si）和鍺（Ge）；

第二代化合物半導體材料：例如砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）等；

第三代寬頻隙材料：例如碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）、氮化鋁（ALN）、氧化鎵（Ga2O3）等。

其中，碳化矽和氮化鎵是目前商業前景最光明的半導體材料，堪稱半導體產業的新一代「黃金軌道」。

歷史上首次發現碳化矽是在1891年。美國人艾奇遜在電解鑽石時發現了一種碳化合物，這是碳化矽的首次合成和發現。經過一百多年的探索，尤其是在進入21世紀後，人類最終明確了碳化矽的優勢和特性，並利用其特性製造了各種新型器件，碳化矽產業也因此迅速發展。

與傳統矽材料相比，碳化矽的帶隙是矽的3倍；導熱係數是矽的4-5倍；擊穿電壓是矽的8倍；電子飽和漂移率是矽的2倍。碳化矽具有多種特性，因此特別適合製造能夠承受高溫、高電壓和大電流的高頻、高功率裝置。

目前已知的碳化矽晶體結構形式約有 200 種，包括立方密堆積閃鋅礦 α 晶體結構（2H、4H、6H、15R）和六方密堆積纖鋅礦 β 晶體結構（3C-SiC）。

其中，β晶體結構（3C-SiC）可用於製造高頻裝置以及其他薄膜材料的基板，例如生長氮化鎵外延層和製造基於碳化矽的氮化鎵微波射頻元件。 α晶體結構4H可用於製造高功率元件；6H最穩定，可用於製造光電元件。

※ 碳化矽的性能優勢

如果只考慮碳化矽晶片，就功率半導體而言，碳化矽相比傳統的矽基功率晶片具有無可比擬的優勢：碳化矽能夠承受更大的電流和電壓，開關速度更快，能量損耗更小，更耐高溫。因此，採用碳化矽製造的功率模組可以相應地減少電容、電感、線圈和散熱元件的數量，使整個功率元件模組更加輕巧、節能，並具有更強的輸出功率。同時，它也提高了可靠性。這些優勢非常明顯。具體總結如下：

1. 更低的阻抗可帶來更小的產品尺寸和更高的效率；

2. 適用於更高的頻率和更快的開關速度；

3. 具有優異的高溫性能，能夠在更高的溫度下工作。

※ 為什麼碳化矽這麼貴？

大家都知道碳化矽在未來有著巨大的商業前景，但每個進入這個行業的人都會遇到第一個也是最實際的問題，那就是如何處理這種材料？

傳統矽基產業商業環境極為成熟的至少一半原因是矽材料相對容易取得。矽材料製備技術的成熟與高效使得矽材料目前價格非常低廉。目前，6吋拋光矽片僅售150元，8吋的300元，12吋的約850元。

只有當原料夠便宜時，才能擴大產業規模！

目前，採用提拉法，72 小時內可以生長出一根約 2-3 公尺長的矽單晶棒，一根單晶棒一次可以切割出數千片矽片。

你知道72小時內能長出多厚的碳化矽單晶嗎？不到幾公分！ ！ ！

目前，生長碳化矽單晶最快的方法生長速度約為0.1毫米/小時-0.2毫米/小時，因此7.2小時內晶體厚度僅72毫米~14.4毫米。

所以你可以想像，生產碳化矽單片晶圓的成本有多高。目前，4吋碳化矽基板的價格在2,000-3,000元左右，6吋基板的價格已達到6,000-8,000元。外延晶圓的價格至少比X2還要高，目前仍處於高價缺貨狀態。

作為全球領先的碳化矽公司，美國科銳公司幾乎壟斷了超過70%的產能。因此，國內外下游廠商紛紛與科銳簽訂長期合約，以確保產能。

※ 碳化矽市場

碳化矽MOSFET和碳化矽二極體廣泛應用於太陽能、UPS、工業、汽車等領域：碳化矽（SiC）主要應用於光電儲能逆變器、資料中心伺服器UPS電源、智慧電網充電站等對轉換效率要求較高的領域。然而，隨著近年來電動車和混合動力車（xEV）的發展，碳化矽也迅速在這個新興領域嶄露頭角。其輻射應用產業包括能源（光伏、電動車充電、智慧電網等）、汽車（車載電腦、逆變器）、基礎設施（伺服器）等。

總而言之，我們可以預見，在不久的將來，碳化矽將對電力電子產業產生革命性的影響！

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