什么是碳化硅半導體?它的發展歷程是怎樣?在之前很長的時間里，我們基本都集中于以硅半導體材料為主的分立器件和集成電路的研究中，廣泛應用于消費電子、工業控制、通信、汽車電子、航天航空等各個領域，帶來的發展是巨大的。

    而作為一個人口龐大的中國，我國的半導體集成電路等大多數產品還是靠進口，關于半導體技術的發展還是不及國外，據不完全統計，2014年至2017年的集成電路進口額年均都在2000億美元以上，數額相當巨大。就如現在行業的現狀，進口器件在工程師心中始終是優于國產器件的，而談到國產器件，首先想到的只會是成本，但以科技興國作為目標的我們會甘于這種現狀嗎?2014年，我國成立了集成電路產業投資基金，以市場化投資的方式來推動這一產業，至2017年投入資金近800億元。

    進入二十一世紀以來，提高能源效率與降低能源消耗已經成為全球范圍內一個非常關鍵的問題。硅半導體在功率電子領域的應用已經逐漸接近硅材料的理論極限，最近幾年以碳化硅 (SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶半導體(WBG Semi，WideBand Gap Semiconductor)越來越受到大家的關注，其中碳化硅半導體已經開始在多個工業領域得到了廣泛應用，國內外廠家也都紛紛投入到碳化硅的研發和生產之中，以碳化硅為主要代表的WBG Semi的春天已然來臨。

    主要半導體材料比較

    以碳化硅半導體為主要代表的寬禁帶半導體材料性能和其他常用半導體材料的異同分析。碳化硅(SiC)由碳(C)原子和硅(Si)原子組成，其晶體結構具有同質多型體的特點，在半導體領域最常見的是具有立方閃鋅礦結構的 3C-SiC 和六方纖鋅礦結構的4H-SiC和6H-SiC。同時，單晶碳化硅(SiC)比單晶硅(Si)具有很多優越的物理特性，主要表現在高禁帶寬度、高擊穿電場和高熱導率等方面都優于硅基半導體材料。目前常用的碳化硅外延片(EpitaxyWafer)是4H-SiC晶體結構。

    上圖是主要半導體材料的參數，硅作為第一代半導體材料，碳化硅等作為第三代，而第二代是以砷化鎵(GaAs)為代表的，這也許是個短暫的過渡。

    目前世界范圍內大多數系統廠商已經在擴大碳化硅半導體領域的投資，而很少有廠商愿意過多投資氮化鎵半導體，理由如下：

    ①碳化硅的優勢在于：從量產層面比氮化鎵更成熟，具有更好的性能。

    ②硅基氮化鎵的優勢在于：成本理論上比碳化硅更便宜;

    ③如果要改變這種局面，需要氮化鎵功率器件做到更加品質可靠，并且提供更加便宜的系統解決方案。

    碳化硅半導體芯片產品主要包括碳化硅半導體功率器件和與之配套的碳化硅 MOSFET 驅動芯片。其中，碳化硅半導體功率器件的主要產品方向目前包括兩大類。

    一類是二極管類，主要包括結型勢壘肖特基二極(JBS Junction Barrier Schottky)和MPS二極管(MPS，Merged PiN Schottky)。

    一類是場效應晶體管類(FET)，包括結型場效應晶體管(JFET)，金屬-氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)等。

    主要的SiC廠家

    目前主流的碳化硅生產廠家大多還是國外老牌的那些，其中重頭的當屬略帶霸主氣質的英飛凌了。

    2001年德國英飛凌公司(Infineon)率先將碳化硅二極管產品推向產業化，美國科瑞公司(Cree)和意法半導體(ST Microelectronics)等廠商也緊隨其后推出了碳化硅二極管產品。英飛凌也曾經想吞并Cree來著，但迫于當局壓力未能成功。在日本，羅姆(Rohm)、富士電機(Fuji Electric)和瑞薩電子(Renesas)也在開發肖特基勢壘二極管(SBD)和結型勢壘肖特基二極管(JBS)。目前，碳化硅二極管產品系列，已經包括600V~1700V電壓等級和50A等電流等級的產品。

    2012年9月，美國科瑞公司宣布的6英寸碳化硅晶圓量產，是碳化硅走向規模化生產從而真正市場化的轉折點。早期的碳化MOSFET是以平面型先開始的，包括日本羅姆的第一代和第二代，美國科瑞的前三代。目前，德國英飛凌公司正在著力推廣溝槽型碳化硅MOSFET。國外的發展，國內肯定不會坐以待斃，國內的廠商也開始進入碳化硅功率器件研究領域，包括泰科天潤、世紀金光和基本半導體等。據報道，碳化硅二極管已經進入量產，碳化硅MOS也有成品。

    SiC常見封裝類型

    雖然碳化硅半導體材料具有硅半導體材料不可比擬的優勢，但是目前量產階段的相關功率器件封裝類型基本還是沿用了硅功率器件。目前碳化硅二極管的常用封裝類型還是TO220為主，碳化硅MOSFET的常用封裝類型還是TO247-3為主。當然目前也推出了TO247-4的封裝，增加了一個驅動控制專用的源極引腳，提高開關能效，降低開關損耗，支持更高的開關頻率，進一步降低電源尺寸。

    碳化硅模塊的封裝

    與硅 IGBT 功率模塊相比，全碳化硅功率模塊可高速開關并可大幅降低開關損耗。為了優化碳化硅功率器件使用過程中的性能和可靠性，并有效地結合功率器件與不同的應用方案，模塊封裝的研究早已開始，但是模塊封裝的主要瓶頸是在高開關速度引起的高dv/dt和di/dt，高運行溫度和高電場強度。目前常用全碳化硅功率模塊還是碳化硅MOSFET和碳化硅二極管的組合，而驅動芯片通常是放置在功率模塊以外的驅動板上。

    碳化硅功率器件和電力電子應用方案的緊密結合將是推動碳化硅半導體廣泛應用的重要條件。目前碳化硅主要應用大致有下面幾類：光伏、新能源汽車、充電樁、智能電網等。而價格是目前制約其大范Χ使用的因素之一。

    碳化硅材料主要包括碳化硅襯底片(Substrate)和外延片(EpitaxyWafer)。目前碳化硅襯底片和外延片基本掌握在美國和日本幾家主要廠商手里，而目前碳化硅功率器件的芯片成本很大程度上取決于碳化硅材料的成本，在5年內迫切期望國產碳化硅材料在品質上取得質的突破。以上就是碳化硅半導體的發展歷程，，希望能給大家參考。