眾所周知，硅和鍺構(gòu)成了第一代半導(dǎo)體材料，主要應(yīng)用于低壓、低頻、中功率晶體管以及光電探測(cè)器中。相比于鍺半導(dǎo)體器件，硅材料制造的半導(dǎo)體器件耐高溫和抗輻射性能較好。95%以上的半導(dǎo)體、99%的集成電路都是用硅半導(dǎo)體材料制造的。直到現(xiàn)在，我們使用的半導(dǎo)體產(chǎn)品大多是基于硅材料的。90年代后，砷化鎵、磷化銦代表了第二代半導(dǎo)體材料，可用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件。因信息高速公路和互聯(lián)網(wǎng)的興起，第二代半導(dǎo)體材料被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通訊、移動(dòng)通訊、光通信和GPS導(dǎo)航等領(lǐng)域。

與前兩代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料通常又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料或高溫半導(dǎo)體材料。其中，碳化硅和氮化鎵在第三代半導(dǎo)體材料中是發(fā)展成熟的代表。在現(xiàn)已開(kāi)發(fā)的寬禁帶半導(dǎo)體中，碳化硅（SiC）半導(dǎo)體材料是研究最為成熟的一種。碳化硅半導(dǎo)體材料由于具有寬禁帶、高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高飽和電子遷移率以及更小的體積等特點(diǎn)，在高溫、高頻、大功率、光電子以及抗輻射器件等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

碳化硅的應(yīng)用范圍十分廣泛：

1、由于具有寬禁帶的特點(diǎn)，它可以用來(lái)制作藍(lán)色發(fā)光二極管或幾乎不受太陽(yáng)光影響的紫外線探測(cè)器；

2、由于可以耐受的電壓或電場(chǎng)八倍于硅或砷化鎵，特別適用于制造高壓大功率器件如高壓二極管、功率三極管、可控硅以及大功率微波器件；

3、由于具有高飽和電子遷移速度，可制成各種高頻器件(射頻及微波)；

4、碳化硅是熱的良導(dǎo)體, 導(dǎo)熱特性優(yōu)于任何其它半導(dǎo)體材料，這使得碳化硅器件可在高溫下正常工作。

5、此外，碳化硅具有很強(qiáng)的離子共價(jià)鍵，它具有高硬度、熱導(dǎo)率超過(guò)金屬銅、散熱性能好、耐腐蝕性非常強(qiáng)、抗輻射能力強(qiáng)、耐高溫和化學(xué)穩(wěn)定性好等性質(zhì)，在航天技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

目前，碳化硅應(yīng)用于大功率三極管和可控硅的技術(shù)已經(jīng)基本成熟。使用碳化硅制造的功率電路具有體積小、耐高溫、壽命長(zhǎng)等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。例如，電動(dòng)汽車上使用的逆變器，使用碳化硅替代傳統(tǒng)材料，可縮小近50%的體積和重量，使用壽命也大大延長(zhǎng)。隨著太陽(yáng)能發(fā)電站、電動(dòng)汽車、電力機(jī)車等新能源項(xiàng)目的普及，使用碳化硅制造的大功率逆變器、變頻器、電機(jī)調(diào)速器市場(chǎng)前景將會(huì)會(huì)急劇膨脹。

碳化硅同時(shí)還是一種性能優(yōu)良的LED（發(fā)光二極管）襯底材料。使用氮化鎵可以制造出發(fā)光效率為節(jié)能燈3～4倍、壽命為節(jié)能燈10倍的高亮度LED照明燈。由于碳化硅和氮化鎵的晶格失配小，碳化硅單晶是氮化鎵基LED、肖特基二極管、金氧半場(chǎng)效晶體管等器件的理想襯底材料。

雖然用于氮化鎵生長(zhǎng)最理想的襯底是氮化鎵單晶材料，但是，制備氮化鎵體單晶材料非常困難，到目前為止尚未有行之有效的辦法。我國(guó)的行業(yè)專家選擇了碳化硅單晶襯底作為研究突破口，取得了令人矚目的成果。目前形成了一條年產(chǎn)7萬(wàn)片碳化硅晶片的生產(chǎn)線，促進(jìn)了我國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。打破了美國(guó)科銳公司對(duì)碳化硅襯底國(guó)際市場(chǎng)的壟斷地位。

當(dāng)前碳化硅在電子行業(yè)的應(yīng)用，主要立足于三大領(lǐng)域：高亮度LED、大功率電力電子系統(tǒng)以及先進(jìn)雷達(dá)，以后還可能走進(jìn)家用市場(chǎng)。雖然太陽(yáng)能硅晶片切割再次崛起的可能性微乎其微，但是碳化硅行業(yè)只要立足于科技創(chuàng)新，作為新型電子材料，碳化硅材料迎接又一個(gè)春天的機(jī)會(huì)指日可待。

（粉體圈 作者：梧桐）