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聚焦未来材料碳化硅的革命性进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-09-30 来源:中国半导体照明网作者:JACK浏览次数:365
   第三代半导体材料主要包括以氮化镓(GaN)为代表的宽禁带Ⅲ族氮化物、以碳化硅(SiC)为代表的宽禁带Ⅳ族化合物以及宽禁带氧化物,具备击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优越性能,是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”,在半导体照明、新一代移动通信、新能源并网、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景,正在成为全球半导体产业新的战略高地。
 
  为助力中国第三代半导体行业发展提质增效,更好地整合国内外第三代半导体行业的优势资源,实现中国半导体行业迅速崛起。在科技部、发改委、工信部及北京政府等相关部门大力支持下,由第三代半导体产业技术创新战略联盟和中关村科技园区顺义园管理委员会主办的2017国际第三代半导体论坛(IFWS 2017)将于2017年11月1-3日在北京首都机场希尔顿酒店召开。
 
  其中,作为论坛的重要组成部分,“碳化硅材料与器件分会”将涵盖SiC衬底、同质外延和电力电子器件技术。分会广泛征集优秀研究成果,将邀请国内外知名专家参加本次会议,充分展示碳化硅材料及电力电子器件技术的最新进展。
  碳化硅(SIC)被半导体界公认为“一种未来的材料”,是新世纪有广阔发展潜力的新型半导体材料。预计在今后5~10年将会快速发展和有显著成果出现。促使碳化硅发展的主要因素是硅(SI)材料的负载量已到达极限,以硅作为基片的半导体器件性能和能力极限已无可突破的空间。
 
  SIC属于“宽禁带”半导体,物理特性与硅有很大不同。单晶碳化硅(SIC)比单晶硅(SI)具有很多优越的物理特性,例如(1)大约10倍的电场强度;(2)大约高3倍的热导率;(3)大约宽3倍禁带宽度;(4)大约高一倍的饱和漂移速度.理论上SIC器件的工作温度在500℃或更高温度,而硅器件是无法实现的。碳化硅的导热率超过铜的导热率,器件产生的热量会快速传递,这无疑对器件的通流性能提高非常有利。
 
  SIC有很强的耐辐射性,作成的器件可以在核反应堆附近及太空中电子设备应用,较小的透射,高的电场强度以及高的饱和漂移迁移率有利于器件体积减少和复杂内部结构建立。因此可以预见到不久将来,SIC材料和器件工艺的完善。部分SI领域被SIC来替代是指日可待的目标。
 
  但是,SIC器件研发工作与SIC材料一样,西方发达国家,以大学和有实力的大公司为主体,投入大量资金、人力,并取得一定成果, 有很高水平的实验室样品,仅PN结耐压高达上万伏。但是真正具有商业价值,能有一定生产量的功率器件很少。最主要原因是SIC材料质量的制约。
 
  当前SIC的单极型器件的生产,材料质量问题的影响不大,仅影响大容量器件生产成品率,大功率器件采用几个芯片并联连接的形式进行封装。
 
  在SiC衬底及同质外延片方面,目前国际主流产品的尺寸是4英寸,价格以年均30%的速度下降。近期美国、日本多家公司推出6英寸SiC衬底及外延片,预计5年内将成为市场主流。
 
  在电力电子器件方面,目前SiC肖特基二极管(SBD)、结型场效应晶体管(JFET)、双极结型晶体管(BJT)以及金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)均已实现量产,产品耐压范围600-1700 V;而实验室耐压水平已经达到10-20 kV量级。
 
  随着技术的进步和SIC材料的逐渐成熟,光电子器件已满足要求,已经不受材料质量影响,器件的工业生产成品率,可靠性等性能也符合要求。高频器件主要包括MOSFET SCHOTTKY二极管内的单极器件。SIC材料的微管缺陷密度基本达到要求,仅对成品率还有一定影响。高压大功率器件用SIC材料仍需努力,需要进一步改善材料缺陷密度。
 
  第三代半导体电力电子器件的民用市场近期起步,将进入高速发展期。SiC和GaN器件正在渗透到以电动汽车、消费类电子、新能源、轨道交通等为代表的民用领域。
 
  总之,不论现在存在什么困难,半导体如何发展, SIC无疑是新世纪一种充满希望的“未来的材料”。2017年11月1-3日,由第三代半导体产业技术创新战略联盟和中关村科技园区顺义园管理委员会主办的2017国际第三代半导体论坛(IFWS 2017)将在北京首都机场希尔顿酒店召开。会议临近,期待您的到来!最新进展,论坛君将持续跟踪“爆料”,敬请关注中国半导体照明网。
  会议网站:
  SSLCHINA详情链接:http://www.sslchina.org/
  IFWS详情链接:http://ifws.sslchina.org/
  参会报名请联系:
  张 女士
  010-82387380
  13681329411
  zhangww@china-led.net
  贾 先生
  010-82387430
  18310277858
  jiaxl@china-led.net
  许 先生
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