1.1  碳化硅基本情況

半導體是電子產品的核心、現代工業的“糧食”。半導體是指常溫下導電能力介于導體與絕緣體之間的電子材料，其電阻率約在1mΩ·cm~1GΩ·cm。半導體物理特性使得其主要用于制造集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器四類產品。半導體制造產業鏈由設計、制造和封裝測試環節構成，其產品廣泛應用于移動通信、電力電子、國防軍工等領域。

碳化硅是第三代半導體材料，光電特性優越，滿足新興應用需求。第一代半導體主要有硅和鍺，由于硅的自然儲量大、制備工藝簡單，硅成為制造半導體產品的主要原材料，廣泛應用于集成電路等低壓、低頻、

低功率場景。但是，第一代半導體材料難以滿足高功率及高頻器件需求。砷化鎵是第二代半導體材料的代表，較高的電子遷移率使其應用于光電子和微電子領域，是制作半導體發光二極管和通信器件的核心材料。但砷化鎵材料的禁帶寬度較小、擊穿電場低且具有毒性，無法在高溫、高頻、高功率器件領域推廣。第三代半導體材料以碳化硅、氮化鎵為代表，與前兩代半導體材料相比最大的優勢是較寬的禁帶寬度，保證了其可擊穿更高的電場強度，適合制備耐高壓、高頻的功率器件，是電動汽車、5G基站、衛星等新興領域的理想材料。

SiC具有寬的禁帶寬度、高擊穿電場、高熱傳導率和高電子飽和速率的物理性能，使其有耐高溫、耐高壓、高頻、大功率、抗輻射等優點，可降低下游產品能耗、減少終端體積。碳化硅的禁帶寬度大約為3.2eV，硅的寬帶寬度為1.12eV，大約為碳化硅禁帶寬度的1/3，這也就說明碳化硅的耐高壓性能顯著好于硅材料。此外，碳化硅的熱導率大幅高于其他材料，從而使得碳化硅器件可在較高的溫度下運行，其工作溫度高達600℃，而硅器件的極限溫度僅為300℃；另一方面，高熱導率有助于器件快速降溫，從而下游企業可簡化器件終端的冷卻系統，使得器件輕量化。根據CREE的數據，相同規格的碳化硅基MOSFET尺寸僅為硅基MOSFET的1/10。同時，碳化硅具有較高的能量轉換效率，且不會隨著頻率的提高而降低，碳化硅器件的工作頻率可以達到硅基器件的10倍，相同規格的碳化硅基MOSFET總能量損耗僅為硅基IGBT的30%。碳化硅材料將在高溫、高頻、高頻領域逐步替代硅，在5G通信、航空航天、新能源汽車、智能電網領域發揮重要作用。