SiC（碳化硅）是一種由硅（Si）和碳（C）構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體材料。SiC 的優(yōu)點(diǎn)不僅在于其絕緣擊穿場強(qiáng)（Breakdown Field）是 Si 的 10?倍，帶隙（Energy Gap）是 Si 的 3 倍，而且在器件制造時(shí)可以在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)必要的 P 型、N 型控制，所以被認(rèn)為是一種超越 Si 極限的用于制造功率器件的材料。
1、什么是碳化硅襯底
襯底是指沿特定的結(jié)晶方向?qū)⒕w切割、研磨、拋光，得到具有特定晶面和適當(dāng)電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械特性，用于生長外延層的潔凈單晶圓薄片。碳化硅襯底是新近發(fā)展的寬禁帶半導(dǎo)體的核心材料，以其制作的器件具有耐高溫、耐高壓、高頻、大功率、抗輻射等特點(diǎn)，具有開關(guān)速度快、效率高的優(yōu)勢，可大幅降低產(chǎn)品功耗、提高能量轉(zhuǎn)換效率并減小產(chǎn)品體積。
圖??碳化硅晶錠→襯底→外延→芯片→器件，來源：三安
2、碳化硅襯底的制備
碳化硅襯底制備技術(shù)包括 PVT 法（物理氣相傳輸法）、溶液法和高溫氣相化學(xué)沉積法等，目前商用碳化硅單晶生長均采用 PVT 法。碳化硅襯底以高純碳粉、高純硅粉為原料合成碳化硅粉，在特殊溫場下，采用成熟的物理氣相傳輸法（PVT 法）生長不同尺寸的碳化硅晶錠，經(jīng)過靜電加工、晶棒切割、晶片研磨拋光清洗等多道加工工序制成。
3、碳化硅襯底的種類
按照電學(xué)性能的不同，碳化硅襯底可分為半絕緣型碳化硅襯底和導(dǎo)電型碳化硅襯底兩類，這兩類襯底經(jīng)外延生長后分明用于制造功率器件、射頻器件等分立器件。
半絕緣型碳化硅襯底主要應(yīng)用于制造氮化鎵射頻器件。通過在半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層，制得碳化硅基氮化鎵外延片，可進(jìn)一步制成氮化鎵射頻器件。
導(dǎo)電型碳化硅襯底主要應(yīng)用于制造功率器件。與傳統(tǒng)硅功率器件制作工藝不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅襯底上，需在導(dǎo)電型襯底上生長碳化硅外延層得到碳化硅外延片，并在外延層上制造各類功率器件。
4、碳化硅襯底的應(yīng)用
與硅材料相比，以碳化硅襯底制造的半導(dǎo)體器件具備高功率、耐高壓、耐高溫、高頻、低能耗、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于新能源汽車、5G 通訊、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域。
5、碳化硅襯底的發(fā)展
碳化硅襯底的發(fā)展存在兩個(gè)難題：一個(gè)是品質(zhì)不佳，一個(gè)是直徑太小。
碳化硅襯底存在微管、位錯(cuò)、多型等缺陷，直接影響下游器件產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，其中微管是碳化硅襯底的重要缺陷。
碳化硅晶片同硅晶圓發(fā)展路徑相似，同樣向擴(kuò)大襯底尺寸以降低器件成本方向發(fā)展。襯底尺寸越大，單位襯底可制造的芯片數(shù)量越多，單位芯片成本越低。襯底的尺寸越大，邊緣的浪費(fèi)就越小，有利于進(jìn)一步降低芯片的成本。
碳化硅襯底的尺寸（按直徑計(jì)算）主要有 2 英寸（50mm）、3 英寸（75mm）、 4 英寸（100mm）、6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm）等規(guī)格。碳化硅襯底正在不斷向大尺寸的方向發(fā)展，目前行業(yè)內(nèi)主要量產(chǎn)產(chǎn)品尺寸集中在 4 英寸及 6 英寸，部分行業(yè)領(lǐng)先者已成功研發(fā) 8 英寸產(chǎn)品。相關(guān)廠商有：天科合達(dá)、山東天岳、SiCrystal、Wolfspeed、湖南三安、山西爍科、Coherent高意等。歡迎大家留言補(bǔ)充，后續(xù)再為大家詳細(xì)介紹這些企業(yè)。
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：一文了解碳化硅襯底
