碳化硅(SiC)是新世紀(jì)具有廣闊發(fā)展?jié)摿Φ牡谌滦桶雽?dǎo)體材料，SiC晶片和外延襯底在通信、汽車、電網(wǎng)、航空、航天、石油開采以及國防等各個領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
市場格局
目前碳化硅功率器件尚未完全產(chǎn)業(yè)化，2014年全球碳化硅功率半導(dǎo)體市場僅為1.2億美元。隨著混合動力車、電動車、電源供應(yīng)裝置與太陽能電力轉(zhuǎn)換器等市場需求不斷上揚，預(yù)估全球碳化硅功率半導(dǎo)體市場將由2015年的2.1億美元，先上揚為2020年的10億美元以上，2025年增長至37億美元。
從競爭格局角度看，國際SiC器件市場，目前很多廠商產(chǎn)品尚未產(chǎn)業(yè)化，2014年科銳和英飛凌兩家巨頭占據(jù)了70%的市場份額。國內(nèi)廠商參與碳化硅市場的還不多，主要為高校及研究機構(gòu)包括西安電子科技大學(xué)、中電13所、55所、南車等。
對比硅基功率器件，SiC功率器件具有三個最重要的特性：高壓特性、高頻特性、高溫特性。未來隨著技術(shù)成熟、成本下降和產(chǎn)業(yè)化推廣，有望在多領(lǐng)域取代硅功率器件。2014年全球碳化硅功率器件的市場規(guī)模為1.2億美元，相較硅功率器件的150億美元市場，碳化硅功率器件市場還很小，還不到硅功率器件的1%。
SiC的性能優(yōu)勢顯著，但目前成本比硅產(chǎn)品高，在相同特性、相同電壓、相同使用條件的情況下，大約會是硅產(chǎn)品的5-6倍左右。因此現(xiàn)階段只能從要求高性能、且對價格不是很敏感的應(yīng)用開始來取代硅產(chǎn)品，例如汽車、汽車充電樁、太陽能等。業(yè)內(nèi)預(yù)計，未來當(dāng)SiC的成本能降到硅的2-3倍的時候，應(yīng)該會對Si功率器件形成大規(guī)模替代效應(yīng)。
SiC在半導(dǎo)體中的好處
隨著電子設(shè)備和邏輯板的市場進一步增長，傳統(tǒng)硅的缺點日益凸顯，為此設(shè)計師和制造商一直在尋找更好，更智能的方法來制造這些重要組件。碳化硅就是這樣一個存在，由于碳化硅材料具有較大的禁帶寬度以及優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，相比傳統(tǒng)硅技術(shù)，碳化硅技術(shù)可以兼得高頻和高壓這兩個重要特性。而且相同規(guī)格的碳化硅芯片只有硅芯片十分之一大小，不僅如此，基于碳化硅技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)用中，更少的散熱需求和更小的被動元器件導(dǎo)致整個裝置的體積也大大減小。
因此碳化硅功率半導(dǎo)體在普通硅半導(dǎo)體中脫穎而出，在電子電力、光電子以及微波通訊等領(lǐng)域均有著廣闊的應(yīng)用前景。
電力行業(yè)是SiC功率半導(dǎo)體的重要市場之一，特別是由于其在大功率應(yīng)用場合中仍然有較低的功耗。以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體具有禁帶寬、熱導(dǎo)率高、擊穿場強高、飽和電子漂移速率高、化學(xué)性能穩(wěn)定、硬度高、抗磨損、高鍵和高能量以及抗輻射等優(yōu)點�？蓮V泛用于制造高溫、高頻、高功率、抗輻射、大功率和高密集集成電子器件。
用SiC制造的組件包括二極管，各種晶體管類型和柵極截止晶閘管，通過使用這樣的基本構(gòu)建塊，可以創(chuàng)建更小、更輕、效率極高的電源模塊，用于將電源切換到負載或從負載切換電源以及進行轉(zhuǎn)換。用SiC襯底開發(fā)的電力電子器件可用在輸變電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能、混合動力汽車等電力電子領(lǐng)域，降低電力損失，減少發(fā)熱量，高溫工作，提高效率，增加可靠性。
在光電子領(lǐng)域，SiC材料具有與GaN晶格失配小、熱導(dǎo)率高、器件尺寸小、抗靜電能力強、可靠性高等優(yōu)點，是GaN系外延材料的理想襯底，由于其良好的熱導(dǎo)率，解決了功率型GaN-LED器件的散熱問題，特別適合制備大功率的半導(dǎo)體照明用LED，這樣大大提高了出光效率，又能有效的降低能耗。
在微波通訊領(lǐng)域，SiC作為一種寬帶隙的半導(dǎo)體材料，同時還具有較寬的工作頻帶，加之其優(yōu)異的高溫特性、高擊穿電場、高熱導(dǎo)率和電子飽和速率等特性，在微波通訊領(lǐng)域也占有一席之地。實現(xiàn)了通訊器件的高效能、高機動、高波段和小型化的，特別是在X波段以上的T/R組件，5G通訊基站中的應(yīng)用備受關(guān)注。
業(yè)內(nèi)人士指出，電動汽車行業(yè)是SiC應(yīng)用前景最廣闊的行業(yè)，SiC技術(shù)帶來的電池使用效率顯著提升以及電驅(qū)動裝置重量和體積的縮小正是電動汽車技術(shù)最需要的。而就目前來看，工業(yè)電源行業(yè)是SiC普及和應(yīng)用率較高的行業(yè)，使用碳化硅產(chǎn)品可以顯著提升工業(yè)領(lǐng)域的電能利用效率。
碳化硅半導(dǎo)體材料的發(fā)展前景
SiC半導(dǎo)體潛在應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，對新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)和電壓轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用前景。隨著下游行業(yè)對半導(dǎo)體功率器件輕量化、高轉(zhuǎn)換效率、低發(fā)熱特性需求的持續(xù)增加，SiC在功率器件中取代Si成為行業(yè)發(fā)展的必然。
但是碳化硅功率器件領(lǐng)域仍然存在一些諸多共性問題亟待突破，比如碳化硅單晶和外延材料價格居高不下、材料缺陷問題仍未完全解決、碳化硅器件制造工藝難度較高、高壓碳化硅器件工藝不成熟、器件封裝不能滿足高頻高溫應(yīng)用需求等，全球碳化硅技術(shù)和產(chǎn)業(yè)距離成熟尚有一定的差距，在一定程度上制約了碳化硅器件市場擴大的步伐。
碳化硅材料具有耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱性好等獨特的特點，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料越來越受到重視，成為國內(nèi)外的研究熱點，SiC半導(dǎo)體在未來具有非常廣闊的空間，因此必須加快對我國SiC半導(dǎo)體的研發(fā)，打造獨立自主、具有國際競爭力的SiC材料和器件產(chǎn)業(yè)。
