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半导体行业作为现代电子信息产业的基础，是支撑国民经济高质量发展的重要行业。第三代半导体指的是SiC、GaN、ZnO、金刚石（C）、AlN等具有宽禁带（Eg＞2.3eV）特性的新兴半导体材料。碳化硅是目前发展成熟的第三代半导体材料。
01、碳化硅晶体结构
碳化硅（SiC）由碳（C）原子和硅（Si）原子组成，密度是3.2g/cm3，天然碳化硅非常罕见，主要通过人工合成。其晶体结构具有同质多型体的特点，在半导体领域常见的是具有立方闪锌矿结构的3C-SiC和六方纤锌矿结构的4H-SiC和6H-SiC。
02、碳化硅基本性质
碳化硅硬度在20℃时高达莫氏9.2-9.3，是较硬的物质之一，可以用于切割红宝石；导热率超过金属铜，是Si的3倍、GaAs的8-10倍，且其热稳定性高，在常压下不可能被熔化；碳化硅具有宽禁带、耐击穿的特点，其禁带宽度是Si的3倍，击穿电场为Si的10倍。
03、碳化硅材料的发展历程
1824年，当时的瑞典科学家Berzelius在人工合成金刚石的实验中意外发现了碳化硅这一物质。但因为碳化硅在自然界存量很少，没能引起足够的关注。
1885年，另一位化学家Acheson在石英砂与碳的混合加热过程中，高温生成了SiC晶体，这也是人类历史制备纯净的碳化硅突破。
1959年，一位荷兰科学家提出了一种通过升华的方式让单晶体生长的方法，随后又在1978年被俄罗斯科学家进行了改良和优化。1979年，以碳化硅为主要材料的蓝色发光二极管被发明了出来。直到现在，在后续的研发和应用过程中，碳化硅以各种形态和应用方式在电子信息存储、传输和数据通讯等相关行业内发挥了巨大的作用，凭借其稳定的化学特性和优秀的半导体材料特质，在半导体材料领域获得了较大的发展空间。
04、碳化硅半导体产业链
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→终端应用”等环节。
4.1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。
4.2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（HT-CVD法）等。
4.3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。实际应用中，宽禁带半导体器件几乎都做在外延层上，碳化硅晶片本身只作为衬底，包括GaN外延层的衬底。
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。其中，CVD法是制备高质量碳化硅晶体薄膜材料与器件的主要方法。
4.4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。
按照器件工作形式，SiC功率器件主要包括功率二极管和功率开关管。SiC功率器件与硅基功率器件一样，均采用微电子工艺加工而成。
从碳化硅晶体材料来看，4H-SiC和6H-SiC在半导体领域的应用更广，其中4H-SiC主要用于制备高频、高温、大功率器件，而6H-SiC主要用于生产光电子领域的功率器件。
4.5模块封装
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。
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。碳化硅二极管的常用封装类型以TO220为主，碳化硅MOSFET的常用封装类型以TO247-3为主，少数采用TO247-4、D2PAK等新型封装方式。
4.6终端应用
碳化硅器件具有体积小、功率大、频率高、能耗低、损耗小、耐高压等优点。当前主要应用领域：各类电源及服务器，光伏逆变器，风电逆变器，新能源汽车的车载充电机、电机驱动系统、直流充电桩，变频空调，轨道交通，军工等。
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文章来源：粉体网