碳化硅襯底主要有導(dǎo)電型及半絕緣型兩種。其中,在導(dǎo)電型碳化硅襯底上生長(zhǎng)碳化硅外延層制得碳化硅外延片,可進(jìn)一步制成碳化硅功率器件,應(yīng)用于新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域;在半絕緣型碳化硅襯底上生長(zhǎng)氮化鎵外延層可以制得碳化硅基氮化鎵外延片,可進(jìn)一步制成微波射頻器件,應(yīng)用于5G通訊、雷達(dá)等領(lǐng)域。中國(guó)碳化硅襯底領(lǐng)域的研究從20世紀(jì)90年代末開始,在行業(yè)發(fā)展初期受到技術(shù)水平、設(shè)備規(guī)模產(chǎn)能的限制,未能進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)。21世紀(jì),中國(guó)企業(yè)歷經(jīng)20年的研發(fā)與摸索,已經(jīng)掌握了2-6英寸碳化硅襯底的生產(chǎn)加工技術(shù)。功率半導(dǎo)體器件是實(shí)現(xiàn)電力控制的關(guān)鍵,與Si相比,碳化硅半導(dǎo)體非常適合制作功率器件。江蘇進(jìn)口6寸半絕緣碳化硅襯底
功率半導(dǎo)體多被用于轉(zhuǎn)換器及逆變器等電力轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電力控制。目前,功率半導(dǎo)體材料正迎來(lái)材料更新?lián)Q代,這些新材料就是SiC(碳化硅)和GaN(氮化鎵),二者的物理特性均優(yōu)于現(xiàn)在使用的Si(硅),作為節(jié)能***受到了電力公司、汽車廠商和電子廠商等的極大期待。將Si換成GaN或SiC等化合物半導(dǎo)體,可大幅提高產(chǎn)品效率并縮小尺寸,這是Si功率半導(dǎo)體元件(以下簡(jiǎn)稱功率元件)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。目前,很多領(lǐng)域都將Si二極管、MOSFET及IGBT(絕緣柵雙極晶體管)等晶體管用作功率元件,比如供電系統(tǒng)、電力機(jī)車、混合動(dòng)力汽車、工廠內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備、光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)器、空調(diào)等白色家電、服務(wù)器及個(gè)人電腦等。這些領(lǐng)域利用的功率元件的材料也許不久就將被GaN和SiC所替代。 杭州碳化硅襯底4寸導(dǎo)電p-SiC電子遷移率比較高,飽和電子漂移速度**快,擊穿電場(chǎng)**強(qiáng),較適宜于制造高溫、大功率、高頻器件等。
半絕緣型碳化硅襯底主要應(yīng)用于制造氮化鎵射頻器件。通過(guò)在半絕緣型碳化硅襯底上生長(zhǎng)氮化鎵外延層,制得碳化硅基氮化鎵外延片,可進(jìn)一步制成氮化鎵射頻器件;導(dǎo)電型碳化硅襯底主要應(yīng)用于制造功率器件。與傳統(tǒng)硅功率器件制作工藝不同,碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅襯底上,需在導(dǎo)電型襯底上生長(zhǎng)碳化硅外延層得到碳化硅外延片,并在外延層上制造各類功率器件。大尺寸碳化硅襯底有助于實(shí)現(xiàn)降本增效,已成主流發(fā)展趨勢(shì)。襯底尺寸越大,單位襯底可生產(chǎn)更多的芯片,因而單位芯片成本越低,同時(shí)邊緣浪費(fèi)的減少將進(jìn)一步降低芯片生產(chǎn)成本。目前業(yè)內(nèi)企業(yè)量產(chǎn)的碳化硅襯底主要以4英寸和6英寸為主,在半絕緣型碳化硅市場(chǎng),目前襯底規(guī)格以4英寸為主;而在導(dǎo)電型碳化硅市場(chǎng),目前主流的襯底產(chǎn)品規(guī)格為6英寸。國(guó)際巨頭CREE、II-VI以及國(guó)內(nèi)的爍科晶體都已成功研發(fā)8英寸襯底產(chǎn)品。
碳化硅襯底材料是新的一代半導(dǎo)體材料,其應(yīng)用領(lǐng)域具有較強(qiáng)的戰(zhàn)略意義。中國(guó)正逐步成長(zhǎng)為全球?qū)捊麕О雽?dǎo)體材料生產(chǎn)的主要競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)之一。碳化硅襯底短期內(nèi)依然會(huì)面臨制備難度大、成本高昂的挑戰(zhàn),目前碳化硅功率器件的價(jià)格仍數(shù)倍于硅基器件,下游應(yīng)用領(lǐng)域仍需平衡碳化硅器件的高價(jià)格與因碳化硅器件的優(yōu)越性能帶來(lái)的綜合成本下降之間的關(guān)系。碳化硅半導(dǎo)體主要應(yīng)用于以5G通信、**、航空航天為的射頻領(lǐng)域和以新能源汽車、“新基建”為的電力電子領(lǐng)域,在民用、領(lǐng)域均具有明確且可觀的市場(chǎng)前景作者:見(jiàn)微數(shù)據(jù)鏈接:源:雪球著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán),非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。風(fēng)險(xiǎn)提示:本文所提到的觀點(diǎn)只個(gè)人的意見(jiàn),所涉及標(biāo)的不作推薦,據(jù)此買賣,風(fēng)險(xiǎn)自負(fù)。 碳化硅半導(dǎo)體是新一代寬禁帶半導(dǎo)體。
SiC電子器件是微電子器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。SiC材料的擊穿電場(chǎng)有4MV/cm,很適合于制造高壓功率器件的有源層。而由于SiC襯底存在缺點(diǎn)等原因,將它直接用于器件制造時(shí),性能不好。SiC襯底經(jīng)過(guò)外延之后,其表面缺點(diǎn)減少,晶格排列整齊,表面形貌良好,比襯底大為改觀,此時(shí)將其用于制造器件可以提高器件的性能。為了提高擊穿電壓,厚的外延層、好的表面形貌和較低的摻雜濃度是必需的。一些高壓雙極性器件,需外延膜的厚度超過(guò)50μm,摻雜濃度小于2×1015cm-3,載流子壽命大過(guò)1us。對(duì)于高反壓大功率器件,需要要在4H-SiC襯底上外延一層很厚的、低摻雜濃度的外延層。為了制作10KW的大功率器件,外延層厚度要達(dá)到100μm以上。高壓、大電流、高可靠性SiC電子器件的不斷發(fā)展對(duì)SiC外延薄膜提出了更多苛刻的要求,需要通過(guò)進(jìn)一步深入的研究提高厚外延生長(zhǎng)技術(shù)。碳化硅可在超過(guò)200℃的高溫下長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作,因此,相比于硅,碳化硅方案可以大量縮減冷卻負(fù)擔(dān)。廣東進(jìn)口6寸led碳化硅襯底
碳化硅可在超過(guò)200℃的高溫下長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。江蘇進(jìn)口6寸半絕緣碳化硅襯底
的中端功率半導(dǎo)體器件是IGBT,它結(jié)合了MOSFET和雙極晶體管的特性。IGBT用于400伏至10千伏的應(yīng)用。問(wèn)題是功率MOSFET和IGBT正達(dá)到其理論極限,并遭受不必要的能量損失。一個(gè)設(shè)備可能會(huì)經(jīng)歷能量損失,原因有兩個(gè):傳導(dǎo)和開關(guān)。傳導(dǎo)損耗是由于器件中的電阻引起的,而開關(guān)損耗發(fā)生在開關(guān)狀態(tài)。這就是碳化硅適合的地方?;诘墸℅aN)的電力半成品也正在出現(xiàn)。GaN和SiC都是寬帶隙技術(shù)。硅的帶隙為1.1eV。相比之下,SiC的帶隙為3.3eV,而GaN為3.4eV。DC-DC轉(zhuǎn)換器獲取蓄電池電壓,然后將其降到較低的電壓。這用于控制車窗、加熱器和其他功能。江蘇進(jìn)口6寸半絕緣碳化硅襯底
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