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。

碳化硅的应用主要在于它的半导体性能与力学性能两个方面。高温下与氧反应。

一般的工业制备碳化硅工艺为“电极高温合成法”，或者说，电极高温炭还原熔炼法。使用纯净的SiO2与石油焦在电极电炉中，高于摄氏2000度以上熔炼而成。

SiC在温度高于2600度后就开始热分解。在氧化气氛中，或者具有催化条件下，温度高于1300度后就可以与氧产生碳氧反应。所以，碳化硅粉体可以用作炼钢的脱氧剂。

碳化硅的晶体结构有多种。最为常见的，也是最有应用价值的是金刚石晶体结构或者类金刚石晶体结构。或称其为立方结构。其它的六方结构与菱方结构则少见。

SiC具有优良的半导体特性。而且，属于宽禁带（大于3ev）高温半导体。能满足太空半导体材料的性能需要。当然，太空半导体材料同样可以在地球表面使用。

SiC还具有优良的力学性能。它的硬度仅次于金刚石。所以，研磨材料、摩擦材料的制造很多都选择了SiC作为重要的组分之一。

当然，SiC的红外性能、电磁波吸收与透过性能也是具有独步之处。

参看SiC的常见晶体结构：

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