碳化硅（SiC）是什么？

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2024-04-11 03:21:35 946

碳化硅（SiC）是一种相对较新的半导体材料。让我们首先了解它的物理特性和特点。

**SiC的物理特性和特点**

SiC是由硅（Si）和碳（C）组成的化合物半导体材料。它具有强大的结合性质，在热、化学和机械方面非常稳定。SiC存在各种多型体，每种多型体的物理特性都不同。其中，4H-SiC多型体最适合功率器件。下表比较了Si和近年来常听到的其他半导体材料。

表中黄色高亮部分是Si与SiC的比较。蓝色部分是用于功率元器件时的重要参数。如数值所示，SiC的这些参数颇具优势。另外，与其他新材料不同，它的一大特征是元器件制造所需的p型、n型控制范围很广，这点与Si相同。基于这些优势，SiC作为超越Si限制的功率元器件用材料备受期待。

- Si和C形成1:1比例的Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体。

- 以Si和C原子对为单元层的最密堆积构造。

- 存在多种多型体，其中4H-SiC多型体最适合功率器件。

- 结合力非常强，具有热、化学和机械方面的稳定性。

- 热稳定性：在常压下无液态，可在2000℃时升华。

- 机械稳定性：莫氏硬度（9.3），与钻石（10）相媲美。

- 化学稳定性：对大多数酸和碱具有惰性。

**SiC功率器件的特点**

SiC的击穿场强约比Si高10倍，可承受600V至数千V的高电压。与Si器件相比，SiC允许增加杂质浓度并使漂移层变薄。高压功率器件的电阻主要是漂移层的电阻，与漂移层厚度成正比增加。由于SiC的漂移层可以变薄，因此可以制造单位面积的导通电阻非常低的高压器件。理论上，在相同的耐压下，SiC的单位面积漂移层电阻可低至Si的1/300。

Si功率器件主要使用一些载流子器件（双极器件）如IGBT（绝缘栅双极晶体管）来改善高耐压导致的导通电阻增加问题。然而，它们存在开关损耗大和发热问题，限制了高频驱动的应用。SiC可以使肖特基势垒二极管和MOSFET等高速多数载流子器件的耐压更高，因此可以同时实现“高耐压”、“低导通电阻”、“高速”。

此外，SiC的带隙约为Si的3倍，能够在更高温度下工作。目前，受封装耐热性的限制，SiC器件可在150℃至175℃的工作温度下运行，但随着封装技术的发展，这一温度可达到200℃以上。

这些是简要介绍的一些要点。对于没有物理或工艺技术背景的人来说，这可能看起来很复杂，但请放心，即使不理解上述内容，SiC功率器件仍可有效使用。