碳化硅（SiC）为何成为现代半导体行业的理想选择？

碳化硅（SiC）在自然界中非常罕见的化合物，比如莫桑石。虽然SiC在自然界中并不容易找到，但这种化合物在电子领域有很大的应用潜质，成为一种功能强大且可用于建造半导体的理想材料。

早在1900年代初期，SiC已用于LED等电子部件中的化合物，为何到现在才成为许多现代半导体行业的理想选择呢？

一、从稀有矿物到高性能半导体

要了解为什么碳化硅在半导体行业中变得越来越流行，我们首先来回顾一下碳化硅作为材料及其物理特性的一些历史。尽管SiC实际上在自然界中确实非常稀有，但碳化硅的大规模生产首先要归功于1890年代的美国化学家Edward Goodrich Acheson，当时他尝试合成钻石导致了SiC的诞生。几年后，费迪南德·亨利·莫桑（Ferdinand Henri Moissan）在亚利桑那州的峡谷陨石中发现了它，从而产生了矿物名莫桑石。

SiC是一种具有非常对称的原子结构，硬度极硬的材料。它的耐高压能力使其成为早期避雷器的普遍选择，而且它还具有低热膨胀性，高抗热震性和极高的导热性，使其成为汽车应用（如制动器）中的理想材料之一。

二、SiC的潜力

多年来，SiC被视为具有很高的潜力，可用于半导体设计。但是，与传统的硅相比，SiC具有更高的制造工艺导致的变形和固有缺陷。制造具有电子设计所需的必要精度的SiC半导体非常困难。由于制造工艺的最新进展，这种情况已经改变，我们现在开始真正实现SiC的巨大潜力。

碳化硅的幸运之处在于与互补金属氧化物半导体（CMOS）的制造工艺完全兼容。这意味着现代制造商可以在生产SiC晶片时采用与其他硅晶片相同的工艺。但是，与传统硅相比，SiC确实需要更高的温度处理步骤。但是，如果使用正确的烤箱，就可以获得相对高产量的晶圆。

三、SiC不断增长的应用领域

如今，SiC的独特特性使其成为许多现代工业领域的宠儿，其中在汽车技术领域中增长非常快。这种增长的主要原因之一是SiC的温度性能。当今的汽车设计，尤其是在蓬勃发展的电动汽车工业中，需要大量电流。加速车辆需要消耗大量动力，因此会产生大量热量。SiC具有独特的能力，不仅能够承受温度的快速变化（例如在我国北方停在外面的汽车刚开始启动那会儿），而且具有令人难以置信的负载承受能力，从而通过散热减少了功率损耗。

与传统的硅相比，SiC的另一个主要优点是它为达到排放和燃料消耗标准做出了贡献。使燃油效率最大化的最重要因素之一是保持车辆轻量化。与硅半导体器件相比，SiC的电场强度高出近十倍。这允许可比较的组件具有更高的功率密度，并减小了系统尺寸，从而减轻了重量。

四、蓬勃发展的物联网

SiC最近在使用中的另一个领域是射频（RF）通信领域。随着物联网的持续发展，可靠和快速的通信变得越来越重要。物联网最流行的通信标准之一由于其可靠性、低性价比、易于使用而迅速成为射频。但是，RF需要大量功耗，尤其是在远距离传输时。这种功率会导致相应的高温，这也使得SiC成为一种良好的选择。

影响SiC半导体使用的另一个领域是工业物联网，这些工业应用通常发生在高温非常恶劣的环境中，例如矿山、炼油作业和泵浦设施。使用这些设施可能非常危险和困难，这意味着可靠性和性能（尤其是面对高温）至关重要。在这种情况下，SiC迅速成为高温性能和可靠性的黄金标准。

SiC技术另一种潜力应用之一是将制作成SiC-Si衬底材料。在这种用途中，半导体设计可以利用SiC的许多优点：高温性能和导热性，负载耐受性和高频开关，同时享受传统硅的大规模可用性和低成本。在许多方面，这是两全其美的做法。

随着电动汽车，物联网乃至人工智能的迅猛发展，高性能半导体应用的增长，SiC的使用近来有了显着增长。随着系统的要求越来越高，电源解决方案要求强大的鲁棒性，希望SiC成为电子元件世界中的主流，如果你正在寻找一种提高设计性能的方法，那么让SiC看起来就是一个很好的起点。

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