碳化硅在半导体行业中的应用有哪些？

碳化硅半导体产业链主要包括碳化硅高纯粉料、单晶衬底、外延片、功率器件、模块封装和终端应用等环节。

1.碳化硅高纯粉料

碳化硅高纯粉料是采用PVT法生长碳化硅单晶的原料,其产品纯度直接影响碳化硅单晶的生长质量以及电学性能。碳化硅粉料有多种合成方式,主要有固相法、液相法和气相法3种。其中,固相法包括碳热还原法、自蔓延高温合成法和机械粉碎法液相法包括溶胶-凝胶法和聚合物热分解法气相法包括化学气相沉积法、等离子体法和激光诱导法等。

2.单晶衬底

单晶衬底是半导体的支撑材料、导电材料和外延生长基片。生产碳化硅单晶衬底的关键步骤是单晶的生长,也是碳化硅半导体材料应用的主要技术难点,是产业链中技术密集型和资金密集型的环节。目前,SiC单晶生长方法有物理气相传输法(PVT法)、液相法(LPE法)、高温化学气相沉积法(HTCVD法)等。

3.外延片

碳化硅外延片,是指在碳化硅衬底上生长了一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶薄膜(外延层)的碳化硅片。目前,碳化硅单晶衬底上的SiC薄膜制备主要有化学气相淀积法（CVD）、液相法（LPE）、升华法、溅射法、MBE法等多种方法。

4.功率器件

采用碳化硅材料制造的宽禁带功率器件,具有耐高温、高频、高效的特性。

5.模块封装

目前,量产阶段的相关功率器件封装类型基本沿用了硅功率器件。模块封装可以优化碳化硅功率器件使用过程中的性能和可靠性,可灵活地将功率器件与不同的应用方案结合。

6.终端应用

在第三代半导体应用中，碳化硅半导体的优势在于可与氮化镓半导体互补。由于SiC器件高转换效率、低发热特性和轻量化等优势,下游行业需求持续增加,有取代SiQ器件的趋势。

半导体介于导体与非导体间之物质（如硅或锗），故其导电性居于金属与绝缘体之间，并随温度而增加。半导体材料，呈中度至高度之电阻性（视制造之际所掺杂之物质而定）。纯半导体材料( 称为内质半导体），导电性低；若于其中添加特定类型之杂质原子（成为外质半导体），则可大为增加其导电性。施体杂质（5价）可大量增加电子数目，而产生负型半导体；受体杂质（3价）则大量增加电洞数目，而产生正型半导体。此种外质半导体之导电性，端视其中杂质之类型及总量而定。不同导电性之半导体若经集合一起，可形成各种接面； 此即为半导体装置（供作电子组件使用）之基础。半导体一词，亦常意指此类装置本身（如晶体管、集成电路等）。

以导电性来说，应该知道有所谓的导体和绝缘体；而介于两者之间，导电性比金属导体小很多，却比绝缘体来得好的物质，就叫做『半导体』或『半金属』。

一般而言，硅（Si）是最常用的半导体材料，在硅中掺入微量的砷（As）、磷（P）或硼（B），就能改变硅的导电特性，形成n型（负性）或p型（正性）半导体。n型？p型？是什么意思呢？下面简单说明：

硅原子的最外层有四个电子，纯硅原子间以共价（共享电子）的方式，形成一相当稳定的状态。由于缺少自由电子，因此，纯硅的导电性极差。但是，如果我们在纯硅中掺入（doping）少许的砷或磷（最外层有五个电子），就会多出一个自由电子，这样就形成n型半导体；如果我们在纯硅中掺入少许的硼（最外层有三个电子），就反而少了一个电子，而形成一个电洞，这样就形成p型半导体（少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷）。此时若在硅晶两端加电压，就能使电子产生自由移动而显著地增加其导电性。

除了n型和p型半导体，如果把两者连接起来，在它们的接合面会有特殊情形产生，我们把这个面称为p-n型接面(p-n junction)。一般熟知的晶体管、二极管等电子组件，就是利用p-n型接面而形成的。

半导体的重要性，在于我们可以利用改变半导体的电容，制成各种半导体组件，而使得电子工业、光学工业和能量系统都产生重大改进（如雷射、太阳能电池），近年来更广泛运用在计算机的芯片中。

半导体<semicondcctor>,顾名思义,是导电力介于金属等导体和玻璃等飞导电体的物质.若以导电率来看,半导体大致位于1e3-10(ohm-cm)间<这只是概分>.是温下铝的电阻系数为2.5e-6 ohm-cm,而玻璃则几乎无限大.会有这种现象是因为物质内部电子分布在不同的能量范围<或称能带>内,其中可让电子自由移动的能带称为导电带,除非导带内有电子可自由活动,否则物质将无法经由电子来传导电流.其它能带<导电带>的电子必须要克服能量障碍<指能隙>跃升致电导电带后,方可成为导电电子.例如玻璃,即是因为这能隙太大,使得电子再是温下无法跃至导电带后自由活动,所以是非导体.

至于半导体,其能量障碍不是很大,低于非导体,所以在高温,照光等给予能量的状况或是地加入一些可减小能量障碍的元素,便可以改变其电阻值,成为电的良导体.电子工业是利用半导体这种可随环境,参质的加入等而改变其导电能力的特性,发展出多项的应用产品.

半导体的材料又可分为元素半导体及化合物半导体.元素半导体是由一元素所组成的半导体,如Si,Ge等化合物半导体则是两种以上的元素所组成的半导体,如GaAs,Zns等,常运用于光电或高速组件中.

---