【cvd工作计划】分析：碳化硅半导体材料的研究现状及发展前景

管的组合，而驱动芯片通常是放置在功率模块以外的驱动板上。驱动芯片与碳化硅MOSFET距离较远，而无法发挥碳化硅MOSFET最优的性能。所以从业者也在研究把碳化硅 MOSFET驱动芯片集成到功率模块内部，形成智能功率模块即IPM[6]。

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碳化硅半导体材料的研究现状

• 国外碳化硅半导体材料研究现状

20世纪80年代以来，美、日、欧等发达国家为保持航天、军事和技术强国地位，始终将宽禁带半导体技术放在极其重要的战略地位，投入巨资实施了多项旨在提升装备系统能力。这些国家和地区在碳化硅半导体领域，已走在世界前列。

美国：早在1997年制定的“国防与科学计划”中，美国就明确了宽禁带半导体的发展目标。2014年美国又主导成立了以碳化硅为代表的第三代半导体产业联盟，全力支持宽禁带半导体技术。

日本：从1998年开始，日本政府持续资助宽禁带半导体技术研究。2013年，日本将SiC材料体系纳入“首相战略”，认为未来50%的节能要通过SiC器件来实现，以便创造清洁能源的新时代。

欧盟：2014年，欧盟启动为期3年（2014-2017年）的，应用于高效电力系统的SiC电力技术研究计划(SPEED)，总投入达1858万欧元，7个国家的12家研究机构和企业参与了该计划。

SiC半导体器件产业化主要以德国英飞凌、美国Cree公司、GE和日本罗姆公司、丰田公司等为代表。SiC电力电子器件首先由英飞凌于2000年前后在JBS二极管上取得突破，打开市场化的僵局，目前SiC JBS二极管已广泛应用于高端电源市场。Cree、英飞凌、罗姆等公司逐步推出SiC MOSFET、JFET等产品，丰田公司则把SiC MOSFET器件应用到电动汽车中。

• 国内碳化硅半导体材料研究现状

国内碳化硅半导体材料与国外企业的技术水平相差较大，但与前两代半导体技术不同，国内不少专家认为我国有望在以碳化硅为代表的第三代半导体领域实现弯道超车。《中国制造2025》和“十三五规划”也明确将碳化硅行业定位为重点支持行业。国家电网、中国中车、比亚迪、华为等国内企业也在加大针对碳化硅在智能电网、轨道交通、电动汽车、手机通信芯片等领域应用的投资[3]。

• 在SiC单晶材料方面

我国SiC单晶生长研究起步较晚，但在材料制备方面已取得较大突破。国内SiC单晶的研究始发于2000年，主要研究单位有中科院物理研究所、山东大学、中科院上海硅酸盐研究所、中电集团46所等。以相关的技术为基础，能批量生产单晶衬底的公司包括北京天科合达、山东天岳、河北同光等[7]。目前，国内已经生产出6英寸SiC单晶，微管密度和国际产品相当，一定程度上可满足国内半导体器件制备的需求，但我国SiC单晶衬底质量与国际先进水平相比还存在巨大差距。

• 在碳化硅外延材料方面

我国SiC外延材料研发工作开发于“九五计划”，材料生长技术及器件研究均取得较大进展。主要研究单位有中科院半导体研究所、中电集团13所和55所、西安电子科技大学等，产业化公司主要是东莞天域和厦门瀚天天成[7]。目前我国已研制成功6英寸SiC外延晶片，且基本实现商业化。可以满足3.3kV及以下电压等级SiC电力电子器件的研制。不过，还不能满足研制10kV及以上电压等级器件和研制双极型器件的需求。

• 在碳化硅功率器件方面

国内SiC器件研制起步较晚，2000年以来国内多家科研院所开展了相关研发工作。

我国科研院所先后研制出了3300V/10A、6000V、10kV等JBS功率芯片，4500V/50A JFET功率模块，900V、1200V、1700V和3300VMOSFET等样品。目前，国内碳化硅功率器件已初步实现量产[3]。

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碳化硅半导体材料的发展前景

SiC半导体潜在应用领域较为广泛，对新能源汽车、轨道交通、智能电网和电压转换等领域都具有潜在的应用前景。随着下游行业对半导体功率器件轻量化、高转换效率、低发热特性需求的持续增加，SiC在功率器件中取代Si成为行业发展 的必然[1]。

但是碳化硅功率器件领域仍然存在一些诸多共性问题亟待突破，比如碳化硅单晶和外延材料价格居高不下、材料缺陷问题仍未完全解决、碳化硅器件制造工艺难度较高、高压碳化硅器件工艺不成熟、器件封装不能满足高频高温应用需求等，全球碳化硅技术和产业距离成熟尚有一定的差距，在一定程度上制约了碳化硅器件市场扩大的步伐。

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总结

碳化硅材料具有耐高温、耐腐蚀、导热性好等独特的特点，具有非常广泛的应用前景，碳化硅作为第三代半导体材料越来越受到重视，成为国内外的研究热点，SiC半导体在未来具有非常广阔的空间，因此必须加快对我国SiC半导体的研发，打造独立自主、具有国际竞争力的SiC材料和器件产业。

文稿来源：粉体网（ID:cnpowder）

原文作者：初末