碳化硅
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碳化硅的視頻教程
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碳化硅的實例教程
碳化硅MOSFET
碳化硅MOSFET具有正向?qū)娮璧汀㈤_關(guān)速度快、驅(qū)動電路筒單等優(yōu)點。碳化硅MOSFET的漂移區(qū)相對較薄，它的正向?qū)娮璧停瑢?dǎo)通損耗也小。由于正向電阻小,所以相較于傳統(tǒng)硅IGBT，在相同的耐壓和導(dǎo)流能力條件下碳化硅MOSFET的面積可以更小，從而其結(jié)電容也更小（相對介電常數(shù)：碳化硅9.66，硅11.9，＠300K），較小的結(jié)電容使得器件的開關(guān)速度更快。
碳化硅MOSFET是電壓型驅(qū)動器件，驅(qū)動功耗較低，而柵氧結(jié)構(gòu)讓它的柵極輸入阻抗極大，所以碳化硅MOSFET的驅(qū)動電路相對筒單，并且從電路拓?fù)渖蟻碚f傳統(tǒng)硅IGBT的驅(qū)動電路可以直接驅(qū)動碳化硅MOSFET，所以碳化硅功率MOSFET被視為硅IGBT的最理想替代品。
碳化硅MOSFET的工作原理可以用圖2.3中的垂直型DMOS來說明。
當(dāng)柵源之間存在正偏壓，并且高于閾值電壓時，柵極下方在SiC表面形成了反型溝道，從源極到漏極形成了導(dǎo)電通路，MOSFET導(dǎo)電通路的等效電阻由如圖2.3中所示的幾個部分等效電阻串聯(lián)組成。
當(dāng)柵源之間短路或者在柵源之間施加反偏電壓時，溝道被斷開，源極到漏極的電流通路不復(fù)存在，漏源之間開始具備承受高電壓應(yīng)力的條件。
展開 碳化硅（SiC）材料是功率半導(dǎo)體行業(yè)主要進(jìn)步發(fā)展方向，用于制作功率器件，可顯著提高電能利用率。可預(yù)見的未來內(nèi)，新能源汽車是碳化硅功率器件的主要應(yīng)用場景。特斯拉作為技術(shù)先驅(qū)，已率先在Model 3中集成全碳化硅模塊，其他一線車企亦皆計劃擴(kuò)大碳化硅的應(yīng)用。隨著碳化硅器件制造成本的日漸降低、工藝技術(shù)的逐步成熟，碳化硅功率器件行業(yè)未來可期。
【什么是碳化硅?】
碳化硅（SiC）是第三代化合物半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基石是芯片，制作芯片的核心材料按照歷史進(jìn)程分為：第一代半導(dǎo)體材料（大部分為目前廣泛使用的高純度硅），第二代化合物半導(dǎo)體材料（砷化鎵、磷化銦），第三代化合物半導(dǎo)體材料（碳化硅、氮化鎵） 。碳化硅因其優(yōu)越的物理性能：高禁帶寬度（對應(yīng)高擊穿電場和高功率密度）、高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率，將是未來最被廣泛使用的制作半導(dǎo)體芯片的基礎(chǔ)材料。
【碳化硅的物理化學(xué)性能】
碳化硅在半導(dǎo)體芯片中的主要形式為襯底。半導(dǎo)體芯片分為集成電路和分立器件，但不論是集成電路還是分立器件，其基本結(jié)構(gòu)都可劃分為“襯底-外延-器件” 結(jié)構(gòu)。碳化硅在半導(dǎo)體中存在的主要形式是作為襯底材料。
碳化硅晶片是碳化硅晶體經(jīng)過切割、研磨、拋光、清洗等工序加工形成的單晶薄片。
碳化硅晶片作為半導(dǎo)體襯底材料，經(jīng)過外延生長、器件制造等環(huán)節(jié)，可制成碳化硅基功率器件和微波射頻器件，是第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)材料。
根據(jù)電阻率不同，碳化硅晶片可分為導(dǎo)電型和半絕緣型。其中，導(dǎo)電型碳化硅晶片主要應(yīng)用于制造耐高溫、耐高壓的功率器件，市場規(guī)模較大；半絕緣型碳化硅襯底主要應(yīng)用于微波射頻器件等領(lǐng)域，隨著 5G 通訊網(wǎng)絡(luò)的加速建設(shè)，市場需求提升較為明顯。
展開 因為碳化硅在生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在單晶生產(chǎn)周期長、環(huán)境要求高、良率低等問題，碳化硅襯底的生產(chǎn)中的長晶環(huán)節(jié)需要在高溫、真空環(huán)境中進(jìn)行，對溫場穩(wěn)定性要求高，并且其生長速度比硅材料有數(shù)量級的差異。因此，碳化硅襯底生產(chǎn)工藝難度大，良率不高。
這直接導(dǎo)致了碳化硅襯底價格高、產(chǎn)能低的問題。
SiC MOSFET和IGBT價格對比
（圖源：中國科學(xué)院電工研究所）
其中，襯底是碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的核心，也是未來碳化硅產(chǎn)業(yè)降本、大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的主要驅(qū)動力。因此，提高襯底良率和產(chǎn)能是SiC降本的核心。
伏友文指出，為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率并降低成本，大尺寸是碳化硅襯底制備技術(shù)的重要發(fā)展方向。
近年來，碳化硅襯底正不斷向大尺寸方向演進(jìn)，襯底尺寸越大，單位襯底可制造的芯片數(shù)量越多，單位芯片成本就越低。
目前，主流碳化硅襯底尺寸為6英寸，8英寸襯底正在成為行業(yè)重要的技術(shù)演化方向，在降低器件單位成本、增加產(chǎn)能供應(yīng)方面擁有巨大的潛力。
據(jù)Wolfspeed統(tǒng)計，6英寸SiC晶圓中邊緣芯片占比有14%，而到8英寸中占比降低到7%。伴隨著尺寸擴(kuò)張帶來的規(guī)模效應(yīng)以及自動化產(chǎn)線帶來的相關(guān)成本的降低，Wolfspeed預(yù)計至2024年，8英寸襯底帶來的單位芯片成本相較于2022年6英寸襯底的單位芯片成本降低超過60%，這將持續(xù)推進(jìn)碳化硅產(chǎn)品的降價，從而打開應(yīng)用市場。
從技術(shù)進(jìn)展來看，國產(chǎn)碳化硅廠商基本以6英寸碳化硅晶圓為主，而Wolfspeed、ROHM、英飛凌、ST等國際碳化硅大廠已經(jīng)紛紛邁入8英寸，并將量產(chǎn)節(jié)點提前到今年。
展開 碳化硅半導(dǎo)體，是新近發(fā)展的寬禁帶半導(dǎo)體的核心材料，以其制作的器件具有耐高溫、耐高壓、高頻、大功率、抗輻射等特點，具有開關(guān)速度快、效率高的優(yōu)勢，可大幅降低產(chǎn)品功耗、提高能量轉(zhuǎn)換效率并減小產(chǎn)品體積，主要應(yīng)用于以5G通信、國防軍工、航空航天為代表的射頻領(lǐng)域和以新能源汽車、“新基建”為代表的電力電子領(lǐng)域，在民用、軍用領(lǐng)域均具有明確且可觀的市場前景。我國“十四五”規(guī)劃已將碳化硅半導(dǎo)體納入重點支持領(lǐng)域，隨著國家“新基建”戰(zhàn)略的實施，碳化硅半導(dǎo)體將在5G基站建設(shè)、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心等新基建領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。因此，以碳化硅為代表的寬禁帶半導(dǎo)體是面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求的戰(zhàn)略性行業(yè)。
碳化硅在制造射頻器件、功率器件等領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢。但是在射頻器件、功率器件領(lǐng)域，碳化硅襯底的市場應(yīng)用瓶頸為其較高的生產(chǎn)成本。影響碳化硅襯底成本的制約性因素在于生產(chǎn)速率慢、產(chǎn)品良率低，主要系：目前主流商用的PVT 法晶體生長速度慢、缺陷控制難度大。相較于成熟的硅片制造工藝，碳化硅襯底短期內(nèi)依然較為高昂。例如，目前碳化硅功率器件的價格仍數(shù)倍于硅基器件，下游應(yīng)用領(lǐng)域仍需平衡碳化硅器件的高價格與因碳化硅器件的優(yōu)越性能帶來的綜合成本下降之間的關(guān)系，短期內(nèi)一定程度上限制了碳化硅器件的滲透率，其成本高限制了其在下端市場的應(yīng)用場景以及市場滲透，那么碳化硅具體貴在什么地方呢？
展開 碳化硅下游 -- 器件
下游器件的制造效率越高、單位成本越低。
器件領(lǐng)域國際上600-1700V碳化硅SBD、MOSFET都已量產(chǎn)，Cree已開始布局8英寸產(chǎn)線，國內(nèi)企業(yè)碳化硅MOSFET還有待突破，產(chǎn)線在向6英寸過渡。
碳化硅器件領(lǐng)域代表性的企業(yè)中，目前來看在國際上技術(shù)比較領(lǐng)先的是美國的Cree，其覆蓋了整個碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的上下游（襯底-外延-器件），具有核心的技術(shù)。
下游碳化硅器件市場，美國Cree占據(jù)最大市場份額，達(dá)26%，其次為羅姆和英飛凌，分別占據(jù)21%和16%的市場份額。
英飛凌已經(jīng)推出了采用轉(zhuǎn)模封裝的1200V碳化硅（SiC）集成功率模塊（IPM），并大規(guī)模推出了SiC解決方案。
國內(nèi)廠商主要有器件：泰科天潤、瀚薪、揚杰科技、中電55所、中電13所、科能芯、中車時代電氣等；模組：嘉興斯達(dá)、河南森源、常州武進(jìn)科華、中車時代電氣目前碳化硅市場處于起步階段。
碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)鏈公司梳理：
資料來源：銀河證券
Yole預(yù)計2025年碳化硅射頻器件全球市場規(guī)模可達(dá)250億美元，2023年碳化硅功率器件全球市場規(guī)模可達(dá)14億美元。
在未來的10年內(nèi)，碳化硅器件有望大范圍地應(yīng)用于工業(yè)及電動汽車領(lǐng)域。
資料來源：Yole, 中信建投
碳化硅應(yīng)用領(lǐng)域
目前碳化硅（SiC）半導(dǎo)體仍處于發(fā)展初期，晶圓生長過程中易出現(xiàn)材料的基面位錯，以致碳化硅器件可靠性下降。
另一方面，晶圓生長難度導(dǎo)致碳化硅材料價格昂貴，預(yù)計想要大規(guī)模得到應(yīng)用仍需一段時期的技術(shù)改進(jìn)。
汽車應(yīng)用領(lǐng)域，碳化硅器件替代硅器件是確定的發(fā)展趨勢。
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碳化硅的最新內(nèi)容
工采電子代理的N型碳化硅MOSFET - SCF80R450XTH是一款基于XLW先進(jìn)的設(shè)計理念及寬帶隙材料的獨特特性，我們的碳化硅功率MOSFET具備低導(dǎo)通電阻、低柵極電荷、低Qrr值以及卓越的熱性能。該器件專為將導(dǎo)通損耗降至較低而設(shè)計，同時確保開關(guān)性能優(yōu)異，且?guī)缀醪皇軠囟茸兓挠绊憽?/div>
自2025年以來，行業(yè)逐步邁入以碳化硅（SiC）為代表的新一代功率器件時代，在提升系統(tǒng)效率、降低能耗、優(yōu)化成本方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，同時也對系統(tǒng)設(shè)計、熱管理、電磁兼容及可靠性提出了更高要求。
電力電子設(shè)備為許多關(guān)鍵應(yīng)用提供動力，其系統(tǒng)十分復(fù)雜，因此必須滿足嚴(yán)格的兼容性和可靠性標(biāo)準(zhǔn)。
在電力電子行業(yè)，碳化硅（SiC）正成為備受關(guān)注的一種半導(dǎo)體材料。SiC是一種半導(dǎo)體和硅的替代方案，以其高導(dǎo)電性和低熱膨脹性而著稱，可實現(xiàn)高溫應(yīng)用。
對于大量大功率應(yīng)用，Ansys這家客戶正在通過引領(lǐng)從硅轉(zhuǎn)向碳化硅（SiC）為半導(dǎo)體行業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型。Wolfspeed目前生產(chǎn)全球60%以上的SiC材料，而且該公司正在進(jìn)行65億美元的產(chǎn)能擴(kuò)展，以大幅提高產(chǎn)量。
“很多人都不熟悉SiC，但其實它是理想的大功率電子產(chǎn)品半導(dǎo)體材料。
（1）機(jī)械切割： 使用精密切割機(jī)，配合金剛石或碳化硅鋸片，在充分水冷的條件下，從指定區(qū)域小心地切取小塊試樣。切割時必須控制進(jìn)刀速度，避免因摩擦過熱導(dǎo)致塑料熔化或鍍層崩裂。
（2）樣品鑲嵌：由于塑料基體較軟，且鍍層極薄（預(yù)計在幾微米到幾十微米之間），直接手持研磨無法保證截面垂直于鍍層表面，也無法保護(hù)鍍層邊緣不被磨圓。因此，必須進(jìn)行鑲嵌。
IGBT以及碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等寬禁帶半導(dǎo)體器件已成為全球技術(shù)競爭的焦點，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈上下游正加速協(xié)同攻關(guān)，生態(tài)效應(yīng)逐步顯現(xiàn)。
連接器與傳感器領(lǐng)域，隨著物聯(lián)網(wǎng)全面普及和汽車電子化程度不斷提升，市場規(guī)模持續(xù)增長。汽車連接器、高速通信連接器以及各類生物、環(huán)境傳感器成為行業(yè)增長亮點，國內(nèi)企業(yè)在多個應(yīng)用場景中實現(xiàn)技術(shù)突破，并持續(xù)向更高附加值環(huán)節(jié)拓展。
迄今已提出多種集成平臺與解決方案以實現(xiàn)高性能芯片級電光調(diào)制器，涵蓋硅基、聚合物、磷化銦、等離子體及其他EO材料（氮化鋁、鈦酸鋇、碳化硅、鋯鈦酸鉛）。其中，薄膜鈮酸鋰（TFLN）因其卓越特性——包括強Pockels效應(yīng)（γ33≈30pmV ）、寬透明窗口（0.35–5.20μm）及低光損耗而成為極具前景的電光調(diào)制器實現(xiàn)平臺。
基于TFLN腔體的調(diào)制器可支持大帶寬和高調(diào)制效率。
分析步驟
1.打開 Ansys Workbench, 創(chuàng)建一個 "模態(tài)分析"系統(tǒng)
2.定義材料屬性，包括碳化硅、PVC 等
3.導(dǎo)入航空電子設(shè)備電路盒的幾何圖形，如下圖所示
帶有航空電子設(shè)備外殼的電子電路板
4.將材料分配到幾何體上（默認(rèn)材質(zhì)為結(jié)構(gòu)鋼）。
電池元件及材料等；
4、電機(jī)技術(shù)：驅(qū)動電機(jī)、車載發(fā)電機(jī)、電磁鐵、線圈、電磁鋼板、軸承、鐵芯、電刷、微芯片、驅(qū)動IC、傳感器、控制軟件、扭矩測量、動靜特性測量儀、磁性測量儀、電磁場分析工具、熱場分析工具、電機(jī)設(shè)計軟件、繞線機(jī)、著磁機(jī)、焊接機(jī)、加工機(jī)等；
5、變頻器及周邊技術(shù)：DA-ACDC-AC變頻器、DC-AC整流器、升降壓轉(zhuǎn)換器、二極管，可控硅，雙向可控硅、GTOs、MOSFETs、IGBTs、碳化硅元件
：
2026年6月10日（周三） / 9:00-17:00
2026年6月11日（周四） / 9:00-17:00
2026年6月12日（周五） / 9:00-15:30
展覽地點：
深圳國際會展中心14號館（寶安新館）
（深圳市寶安區(qū)福海街道展城路1號）
◆ 展品范圍
導(dǎo)熱填料：無機(jī)非金屬：氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、碳化硅
