碳化硅（SiC）在自然界中非常罕見的化合物，比如莫桑石。雖然SiC在自然界中并不容易找到，但這種化合物在電子領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛質(zhì)，成為一種功能強(qiáng)大且可用于建造半導(dǎo)體的理想材料。

早在1900年代初期，SiC已用于LED等電子部件中的化合物，為何到現(xiàn)在才成為許多現(xiàn)代半導(dǎo)體行業(yè)的理想選擇呢？

一、從稀有礦物到高性能半導(dǎo)體

要了解為什么碳化硅在半導(dǎo)體行業(yè)中變得越來越流行，我們首先來回顧一下碳化硅作為材料及其物理特性的一些歷史。盡管SiC實(shí)際上在自然界中確實(shí)非常稀有，但碳化硅的大規(guī)模生產(chǎn)首先要?dú)w功于1890年代的美國化學(xué)家Edward Goodrich Acheson，當(dāng)時他嘗試合成鉆石導(dǎo)致了SiC的誕生。幾年后，費(fèi)迪南德·亨利·莫桑（Ferdinand Henri Moissan）在亞利桑那州的峽谷隕石中發(fā)現(xiàn)了它，從而產(chǎn)生了礦物名莫桑石。

SiC是一種具有非常對稱的原子結(jié)構(gòu)，硬度極硬的材料。它的耐高壓能力使其成為早期避雷器的普遍選擇，而且它還具有低熱膨脹性，高抗熱震性和極高的導(dǎo)熱性，使其成為汽車應(yīng)用（如制動器）中的理想材料之一。

二、SiC的潛力

多年來，SiC被視為具有很高的潛力，可用于半導(dǎo)體設(shè)計(jì)。但是，與傳統(tǒng)的硅相比，SiC具有更高的制造工藝導(dǎo)致的變形和固有缺陷。制造具有電子設(shè)計(jì)所需的必要精度的SiC半導(dǎo)體非常困難。由于制造工藝的最新進(jìn)展，這種情況已經(jīng)改變，我們現(xiàn)在開始真正實(shí)現(xiàn)SiC的巨大潛力。

碳化硅的幸運(yùn)之處在于與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）的制造工藝完全兼容。這意味著現(xiàn)代制造商可以在生產(chǎn)SiC晶片時采用與其他硅晶片相同的工藝。但是，與傳統(tǒng)硅相比，SiC確實(shí)需要更高的溫度處理步驟。但是，如果使用正確的烤箱，就可以獲得相對高產(chǎn)量的晶圓。

三、SiC不斷增長的應(yīng)用領(lǐng)域

如今，SiC的獨(dú)特特性使其成為許多現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的寵兒，其中在汽車技術(shù)領(lǐng)域中增長非?？臁＿@種增長的主要原因之一是SiC的溫度性能。當(dāng)今的汽車設(shè)計(jì)，尤其是在蓬勃發(fā)展的電動汽車工業(yè)中，需要大量電流。加速車輛需要消耗大量動力，因此會產(chǎn)生大量熱量。SiC具有獨(dú)特的能力，不僅能夠承受溫度的快速變化（例如在我國北方停在外面的汽車剛開始啟動那會兒），而且具有令人難以置信的負(fù)載承受能力，從而通過散熱減少了功率損耗。

與傳統(tǒng)的硅相比，SiC的另一個主要優(yōu)點(diǎn)是它為達(dá)到排放和燃料消耗標(biāo)準(zhǔn)做出了貢獻(xiàn)。使燃油效率最大化的最重要因素之一是保持車輛輕量化。與硅半導(dǎo)體器件相比，SiC的電場強(qiáng)度高出近十倍。這允許可比較的組件具有更高的功率密度，并減小了系統(tǒng)尺寸，從而減輕了重量。

四、蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)

SiC最近在使用中的另一個領(lǐng)域是射頻（RF）通信領(lǐng)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展，可靠和快速的通信變得越來越重要。物聯(lián)網(wǎng)最流行的通信標(biāo)準(zhǔn)之一由于其可靠性、低性價比、易于使用而迅速成為射頻。但是，RF需要大量功耗，尤其是在遠(yuǎn)距離傳輸時。這種功率會導(dǎo)致相應(yīng)的高溫，這也使得SiC成為一種良好的選擇。

影響SiC半導(dǎo)體使用的另一個領(lǐng)域是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，這些工業(yè)應(yīng)用通常發(fā)生在高溫非常惡劣的環(huán)境中，例如礦山、煉油作業(yè)和泵浦設(shè)施。使用這些設(shè)施可能非常危險和困難，這意味著可靠性和性能（尤其是面對高溫）至關(guān)重要。在這種情況下，SiC迅速成為高溫性能和可靠性的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

SiC技術(shù)另一種潛力應(yīng)用之一是將制作成SiC-Si襯底材料。在這種用途中，半導(dǎo)體設(shè)計(jì)可以利用SiC的許多優(yōu)點(diǎn)：高溫性能和導(dǎo)熱性，負(fù)載耐受性和高頻開關(guān)，同時享受傳統(tǒng)硅的大規(guī)?？捎眯院偷统杀?。在許多方面，這是兩全其美的做法。

隨著電動汽車，物聯(lián)網(wǎng)乃至人工智能的迅猛發(fā)展，高性能半導(dǎo)體應(yīng)用的增長，SiC的使用近來有了顯著增長。隨著系統(tǒng)的要求越來越高，電源解決方案要求強(qiáng)大的魯棒性，希望SiC成為電子元件世界中的主流，如果你正在尋找一種提高設(shè)計(jì)性能的方法，那么讓SiC看起來就是一個很好的起點(diǎn)。

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