有网友让微碧来聊聊第三代宽禁带半导体。

目前第三代半导体主要是：碳化硅SiC、氮化镓GaN、氧化锌ZnO这三种。

而碳化硅是近几年关注度较高的半导体器件，它主要应用在工业，光伏，汽车领域。特别是在电车应用方面，碳化硅可是赚了不少“大钱”。今天我们主要来了解“碳化硅”这个东西。

碳化硅：碳和硅结合而来，它是一种人工合成的半导体材料，碳化硅衬底为p型半导体，带正电，与常规的硅mos管导通原理一样。

（高电平：导通 低电平：截止）

不过，相比硅mos，碳化硅的功率性能可就要强很多了。

为什么叫“宽禁带半导体”呢？

一般我们衡量半导体性能优势的重要参考数值，就是它的禁带宽度。

硅的禁带宽度大概在1.1电子伏特，而碳化硅的禁带宽度与它相差将近3倍，几乎高达3.2电子伏特，这便是宽禁带的由来。

那这个“禁带宽度”有什么作用呢？

这是因为禁带越宽，越难导电。

VBsemi在网上找到这张图就可以很好的说明，禁带越宽，它的性质就越偏向绝缘体，而碳化硅正是这样的存在，这使它的性质会更稳定。

特别是在面积、功耗、功率、电子迁移率、高压高温等要素里，碳化硅有较大的优势。

比如说，耐压方面，击穿1cm的硅需要用到30万伏电压，而击穿碳化硅就需要用到220万伏电压。

还有面积方面，当mos管断开后，电压施加在碳化硅衬底上，由于其耐压优势，碳化硅的器件面积可以比硅器件小很多。

热导率和耐高温也是碳化硅的“有名之处”，这也是它应用在电车的很大原因，碳化硅的热导率几乎是硅mos的三倍，这意味着它的散热能力很强。

在高温环境下，碳化硅器件的工作温度可以高达200℃以上，而硅器件只有150摄氏度。

此外，碳化硅器件的高开关速度与高频率的优势，大大降低了开关损耗，这使得它比同样在电车应用方面的IGBT，更加略胜一筹！

比如，在同一辆续航电车上，使用碳化硅器件就可以增加百分之五的续航能力。

近几年各大汽车企业纷纷投资起了碳化硅，连华为都频频出手。碳化硅这么好，难道没有其它的缺点了？

有，贵。

目前碳化硅的产业链主要几种在外延和衬底上，最为关键的技术就是衬底（碳化硅），占据将近47%的成本。

与硅将比将高出4倍左右，这主要是生产方面的问题。

1. 碳化硅对工艺方面的要求是比较严格的；

2. 它的晶圆尺寸很小，具备生产能力的厂家并不多，产能也在上升阶段；

3. 碳化硅太硬了，其硬度仅次于金刚石。

这个成本原因，会让硅器件依旧成为市场的长期选择。

那第三代半导体碳化硅最终能否取代硅？

在一部分应用领域，碳化硅是可以替代的。

不过，并不能是“取代”一说，因为两者之间不具备连贯性，仅仅只是材料不同，但应用方面各有千秋。硅mos与相关的中低压功率mos器件，在一些超低压和中低压领域依旧具备较大的优势。而碳化硅mos则主要应用在高温高压场景，并不会有太大的冲突。

此外，碳化硅目前主要用于功率器件，由于其栅极电压较高，目前也不会应用在集成电路方面。当然，科技更新迭代的速度飞快，这并不会是局限的理由。

最后我们顺带讲下氮化镓GaN。

前两天在群里有伙伴，提到GaN目前已经应用在部分工业领域上。

但事实上，相比碳化硅SiC，氮化镓GaN的应用范围是很少的，并且，它的应用大多数在超高频领域，驱动技术是个大难题，会经常遇到一些误导通，浮游电感等问题。

种种原因，使GaN在短期内也不能够代替硅。

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