碳化硅行业报告（26页）

行业报告下载 2023年01月31日 08:09 管理员

作为第三代半导体材料的代表，SiC 具有大禁带宽度、高击穿电场强度、高饱和漂移速度和高热导率等优良特性。SiC 的禁带宽度（2.3-3.3eV）约是 Si 的 3 倍，击穿电场强度约是 Si 的 10 倍，热导率（490W/(m·K)）约是 Si 的 3.2 倍，可以满足高温、高功率、高压、高频等多种应用场景。与硅基半导体材料相比，以碳化硅为代表的第三代半导体材料具有高击穿电场、高饱和电子漂移速度、高热导率、高抗辐射能力等特点，适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。Si 材料中越是高耐压器件，单位面积的导通电阻也越大（以耐压值的约 2~2.5 次方的比例增加），因此 600V 以上的电压中主要采用 IGBT。IGBT 通过电导率调制，向漂移层内注入作为少数载流子的空穴，因此导通电阻比 MOSFET 还要小，但是同时由于少数载流子的积聚，在 Turn-off 时会产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。

SiC 器件漂移层的阻抗比 Si 器件低，不需要进行电导率调制就能够以 MOSFET 实现高耐压和低阻抗，而且 MOSFET 原理上不产生尾电流，所以用 SiC-MOSFET 替代 IGBT 时，能够明显地减少开关损耗，并且实现散热部件的小型化。另外，SiC-MOSFET 能够在 IGBT 不能工作的高频条件下驱动，从而也可以实现无源器件的小型化。与 600V~900V 的 Si-MOSFET 相比，SiC-MOSFET 的优势在于芯片面积小（可实现小型封装），而且体二极管的恢复损耗非常小，主要应用于工业机器电源、高效率功率调节器的逆变器或转换器中。碳化硅衬底企业发展主要掣肘为工艺难点及价格，其中工艺为核心要素，工艺控制的改善也将有效改善生产成本，缩小与 Si IGBT 之间的价差后带动产业链整体放量。长晶环节是关键，碳化硅需要在高温、真空环境中生长，对温场稳定性的要求高，其生长速度相比硅材料有数量级的差异；此外，碳化硅存在 200 多种同质异构体，在密闭的高温石墨坩埚中生长，无法即时观察晶体的生长状况，容易产生位错及异质晶型，影响良率。器件环节，由于碳化硅材料同时存在硅与碳两种原子，因此需要特殊的栅介质生长方法，栅氧质量将直接影响沟道和栅极的可靠性，离子注入环节也容易降低性能及功率效率。

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