何謂碳化硅？

芻狗

碳化硅（SiC）是比較新的半導體材料。一開始，了解一下它的物理特性和特征。

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SiC的物理特性和特征

SiC是由硅(Si)和碳(C)組成的化合物半導體材料。其結合力非常強，在熱、化學、機械方面都非常穩定。SiC存在各種多型體(多晶型體)，它們的物理特性值各有不同。4H-SiC最適用于功率元器件。下表為Si和近幾年經常聽到的半導體材料的比較。

3英寸4H-SiC晶圓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是1對1的比例結合的Ⅳ-Ⅳ族化合物半導體

• 以Si和C的原子對為單元層的最密堆積構造

• 存在各種多型體，且4H-SiC最適用于功率元器件

• 結合力非常強　⇒　熱、化學、機械方面穩定

• 熱穩定性 ：常壓狀態下無液層，2000℃升華

• 機械穩定性：莫氏硬度(9.3)，可以媲美鉆石(10)

• 化學穩定性 ：對大部分酸和堿具有惰性

  
  

SiC功率元器件的特征

SiC比Si的絕緣擊穿場強高約10倍，可耐600V～數千V的高壓。此時，與Si元器件相比,可提高雜質濃度，且可使膜厚的漂移層變薄。高耐壓功率元器件的電阻成分大多是漂移層的電阻，阻值與漂移層的厚度成比例增加。因為SiC的漂移層可以變薄，所以可制作單位面積的導通電阻非常低的高耐壓元器件。理論上,只要耐壓相同，與Si相比,SiC的單位面積漂移層電阻可低至1/300。

Si 功率元器件為改善高耐壓化產生的導通電阻増大問題，主要使用IGBT(絕緣柵極雙極晶體管)等少數載流子元器件(雙極元器件)。但因為開關損耗大而具有發熱問題，實現高頻驅動存在界限。由于SiC能使肖特基勢壘二極管和MOSFET等高速多數載流子元器件的耐壓更高，因此能夠同時實現 “高耐壓”、“低導通電阻”、“高速”。

此時，帶隙是Si的約3倍，能夠在更高溫度下工作。現在，受封裝耐熱性的制約可保證150℃～175℃的工作溫度，但隨著封裝技術的發展將能達到200℃以上。