碳化硅單晶材料是第三代寬帶隙半導體材料的代表,碳化硅(SiC)單晶材料具有禁帶寬度大、熱導率高、電子飽和遷移速率高和擊穿電場高等性質。SiC器件在高溫、高壓、高頻、大功率電子器件領域和航天、軍工、核能等極端環境應用領域有著不可替代的優勢,彌補了傳統半導體材料器件在實際應用中的缺陷,正逐漸成為功率半導體的主流。
在寬禁帶半導體材料領域就技術成熟度而言,碳化硅是這族材料中最高的,是寬禁帶半導體的核心。SiC材料是IV-IV族半導體化合物,具有寬禁帶(Eg:3.2eV)、高擊穿電場(4×106V/cm)、高熱導率(4.9W/cm.k)等特點。從結構上講,SiC材料屬硅碳原子對密排結構,既可以看成硅原子密排,碳原子占其四面體空位;又可看成碳原子密排,硅占碳的四面體空位。對于碳化硅密排結構,由單向密排方式的不同產生各種不同的晶型,業已發現約200種。目前最常見應用最廣泛的是4H和6H晶型。4H-SiC特別適用于微電子領域,用于制備高頻、高溫、大功率器件;6H-SiC特別適用于光電子領域,實現全彩顯示。
隨著SiC技術的發展,其電子器件和電路將為系統解決上述挑戰奠定堅實基礎。因此SiC材料的發展將直接影響寬禁帶技術的發展。SiC器件和電路具有超強的性能和廣闊的應用前景,因此一直受業界高度重視,基本形成了美國、歐洲、日本三足鼎立的局面。目前,國際上實現碳化硅單晶拋光片商品化的公司主要有美國的Cree公司、Bandgap公司、DowDcorning公司、II-VI公司、Instrinsic公司;日本的Nippon公司、Sixon公司;芬蘭的Okmetic公司;德國的SiCrystal公司,等。其中Cree公司和SiCrystal公司的市場占有率超過85%。在所有的碳化硅制備廠商中以美國Cree公司最強,其碳化硅單晶材料的技術水平可代表了國際水平,專家預測在未來的幾年里Cree公司還將在碳化硅襯底市場上獨占鰲頭。
碳化硅單晶材料的技術發展集中在發達國家領域,目前發展中國家在半導體材料,精密合金,濺射靶材,金屬合金材料等方面都落后于發達國家,發展中國家只能依靠高價進口這些合金材料和半導體材料,這對于一個國家工業安全有非常大的影響,高科技企業的發展和基礎薄弱,影響綜合實力的發展;
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