碳化硅（SiC）是什么？

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2024-04-11 03:21:35 954

碳化硅（SiC）是一種相對較新的半導體材料。讓我們首先了解它的物理特性和特點。

**SiC的物理特性和特點**

SiC是由硅（Si）和碳（C）組成的化合物半導體材料。它具有強大的結合性質，在熱、化學和機械方面非常穩定。SiC存在各種多型體，每種多型體的物理特性都不同。其中，4H-SiC多型體最適合功率器件。下表比較了Si和近年來常聽到的其他半導體材料。

表中黃色高亮部分是Si與SiC的比較。藍色部分是用于功率元器件時的重要參數。如數值所示，SiC的這些參數頗具優勢。另外，與其他新材料不同，它的一大特征是元器件制造所需的p型、n型控制范圍很廣，這點與Si相同。基于這些優勢，SiC作為超越Si限制的功率元器件用材料備受期待。

- Si和C形成1:1比例的Ⅳ-Ⅳ族化合物半導體。

- 以Si和C原子對為單元層的最密堆積構造。

- 存在多種多型體，其中4H-SiC多型體最適合功率器件。

- 結合力非常強，具有熱、化學和機械方面的穩定性。

- 熱穩定性：在常壓下無液態，可在2000℃時升華。

- 機械穩定性：莫氏硬度（9.3），與鉆石（10）相媲美。

- 化學穩定性：對大多數酸和堿具有惰性。

**SiC功率器件的特點**

SiC的擊穿場強約比Si高10倍，可承受600V至數千V的高電壓。與Si器件相比，SiC允許增加雜質濃度并使漂移層變薄。高壓功率器件的電阻主要是漂移層的電阻，與漂移層厚度成正比增加。由于SiC的漂移層可以變薄，因此可以制造單位面積的導通電阻非常低的高壓器件。理論上，在相同的耐壓下，SiC的單位面積漂移層電阻可低至Si的1/300。

Si功率器件主要使用一些載流子器件（雙極器件）如IGBT（絕緣柵雙極晶體管）來改善高耐壓導致的導通電阻增加問題。然而，它們存在開關損耗大和發熱問題，限制了高頻驅動的應用。SiC可以使肖特基勢壘二極管和MOSFET等高速多數載流子器件的耐壓更高，因此可以同時實現“高耐壓”、“低導通電阻”、“高速”。

此外，SiC的帶隙約為Si的3倍，能夠在更高溫度下工作。目前，受封裝耐熱性的限制，SiC器件可在150℃至175℃的工作溫度下運行，但隨著封裝技術的發展，這一溫度可達到200℃以上。

這些是簡要介紹的一些要點。對于沒有物理或工藝技術背景的人來說，這可能看起來很復雜，但請放心，即使不理解上述內容，SiC功率器件仍可有效使用。

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