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碳化硅單晶材料在第三代半導(dǎo)體材料發(fā)展歷程

碳化硅單晶材料是第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料的代表,碳化硅(SiC)單晶材料具有禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、電子飽和遷移速率高和擊穿電場(chǎng)高等性質(zhì)。SiC器件在高溫、高壓、高頻、大功率電子器件領(lǐng)域和航天、軍工、核能等極端環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域有著不可替代的優(yōu)勢(shì),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料器件在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷,正逐漸成為功率半導(dǎo)體的主流。

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在寬禁帶半導(dǎo)體材料領(lǐng)域就技術(shù)成熟度而言,碳化硅是這族材料中最高的,是寬禁帶半導(dǎo)體的核心。SiC材料是IV-IV族半導(dǎo)體化合物,具有寬禁帶(Eg:3.2eV)、高擊穿電場(chǎng)(4×106V/cm)、高熱導(dǎo)率(4.9W/cm.k)等特點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上講,SiC材料屬硅碳原子對(duì)密排結(jié)構(gòu),既可以看成硅原子密排,碳原子占其四面體空位;又可看成碳原子密排,硅占碳的四面體空位。對(duì)于碳化硅密排結(jié)構(gòu),由單向密排方式的不同產(chǎn)生各種不同的晶型,業(yè)已發(fā)現(xiàn)約200種。目前最常見應(yīng)用最廣泛的是4H和6H晶型。4H-SiC特別適用于微電子領(lǐng)域,用于制備高頻、高溫、大功率器件;6H-SiC特別適用于光電子領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)全彩顯示。

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隨著SiC技術(shù)的發(fā)展,其電子器件和電路將為系統(tǒng)解決上述挑戰(zhàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此SiC材料的發(fā)展將直接影響寬禁帶技術(shù)的發(fā)展。SiC器件和電路具有超強(qiáng)的性能和廣闊的應(yīng)用前景,因此一直受業(yè)界高度重視,基本形成了美國、歐洲、日本三足鼎立的局面。目前,國際上實(shí)現(xiàn)碳化硅單晶拋光片商品化的公司主要有美國的Cree公司、Bandgap公司、DowDcorning公司、II-VI公司、Instrinsic公司;日本的Nippon公司、Sixon公司;芬蘭的Okmetic公司;德國的SiCrystal公司,等。其中Cree公司和SiCrystal公司的市場(chǎng)占有率超過85%。在所有的碳化硅制備廠商中以美國Cree公司最強(qiáng),其碳化硅單晶材料的技術(shù)水平可代表了國際水平,專家預(yù)測(cè)在未來的幾年里Cree公司還將在碳化硅襯底市場(chǎng)上獨(dú)占鰲頭。

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碳化硅單晶材料的技術(shù)發(fā)展集中在發(fā)達(dá)國家領(lǐng)域,目前發(fā)展中國家在半導(dǎo)體材料,精密合金,濺射靶材,金屬合金材料等方面都落后于發(fā)達(dá)國家,發(fā)展中國家只能依靠高價(jià)進(jìn)口這些合金材料和半導(dǎo)體材料,這對(duì)于一個(gè)國家工業(yè)安全有非常大的影響,高科技企業(yè)的發(fā)展和基礎(chǔ)薄弱,影響綜合實(shí)力的發(fā)展;

關(guān)注行業(yè)動(dòng)態(tài),了解產(chǎn)業(yè)信息,以實(shí)現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn),開拓創(chuàng)新,穩(wěn)步發(fā)展。