碳化硅（SiC）在自然界中非常罕見的化合物，比如莫桑石。雖然SiC在自然界中并不容易找到，但這種化合物在電子領域有很大的應用潛質，成為一種功能強大且可用于建造半導體的理想材料。

早在1900年代初期，SiC已用于LED等電子部件中的化合物，為何到現在才成為許多現代半導體行業的理想選擇呢？

一、從稀有礦物到高性能半導體

要了解為什么碳化硅在半導體行業中變得越來越流行，我們首先來回顧一下碳化硅作為材料及其物理特性的一些歷史。盡管SiC實際上在自然界中確實非常稀有，但碳化硅的大規模生產首先要歸功于1890年代的美國化學家Edward Goodrich Acheson，當時他嘗試合成鉆石導致了SiC的誕生。幾年后，費迪南德·亨利·莫桑（Ferdinand Henri Moissan）在亞利桑那州的峽谷隕石中發現了它，從而產生了礦物名莫桑石。

SiC是一種具有非常對稱的原子結構，硬度極硬的材料。它的耐高壓能力使其成為早期避雷器的普遍選擇，而且它還具有低熱膨脹性，高抗熱震性和極高的導熱性，使其成為汽車應用（如制動器）中的理想材料之一。

二、SiC的潛力

多年來，SiC被視為具有很高的潛力，可用于半導體設計。但是，與傳統的硅相比，SiC具有更高的制造工藝導致的變形和固有缺陷。制造具有電子設計所需的必要精度的SiC半導體非常困難。由于制造工藝的最新進展，這種情況已經改變，我們現在開始真正實現SiC的巨大潛力。

碳化硅的幸運之處在于與互補金屬氧化物半導體（CMOS）的制造工藝完全兼容。這意味著現代制造商可以在生產SiC晶片時采用與其他硅晶片相同的工藝。但是，與傳統硅相比，SiC確實需要更高的溫度處理步驟。但是，如果使用正確的烤箱，就可以獲得相對高產量的晶圓。

三、SiC不斷增長的應用領域

如今，SiC的獨特特性使其成為許多現代工業領域的寵兒，其中在汽車技術領域中增長非常快。這種增長的主要原因之一是SiC的溫度性能。當今的汽車設計，尤其是在蓬勃發展的電動汽車工業中，需要大量電流。加速車輛需要消耗大量動力，因此會產生大量熱量。SiC具有獨特的能力，不僅能夠承受溫度的快速變化（例如在我國北方停在外面的汽車剛開始啟動那會兒），而且具有令人難以置信的負載承受能力，從而通過散熱減少了功率損耗。

與傳統的硅相比，SiC的另一個主要優點是它為達到排放和燃料消耗標準做出了貢獻。使燃油效率最大化的最重要因素之一是保持車輛輕量化。與硅半導體器件相比，SiC的電場強度高出近十倍。這允許可比較的組件具有更高的功率密度，并減小了系統尺寸，從而減輕了重量。

四、蓬勃發展的物聯網

SiC最近在使用中的另一個領域是射頻（RF）通信領域。隨著物聯網的持續發展，可靠和快速的通信變得越來越重要。物聯網最流行的通信標準之一由于其可靠性、低性價比、易于使用而迅速成為射頻。但是，RF需要大量功耗，尤其是在遠距離傳輸時。這種功率會導致相應的高溫，這也使得SiC成為一種良好的選擇。

影響SiC半導體使用的另一個領域是工業物聯網，這些工業應用通常發生在高溫非常惡劣的環境中，例如礦山、煉油作業和泵浦設施。使用這些設施可能非常危險和困難，這意味著可靠性和性能（尤其是面對高溫）至關重要。在這種情況下，SiC迅速成為高溫性能和可靠性的黃金標準。

SiC技術另一種潛力應用之一是將制作成SiC-Si襯底材料。在這種用途中，半導體設計可以利用SiC的許多優點：高溫性能和導熱性，負載耐受性和高頻開關，同時享受傳統硅的大規模可用性和低成本。在許多方面，這是兩全其美的做法。

隨著電動汽車，物聯網乃至人工智能的迅猛發展，高性能半導體應用的增長，SiC的使用近來有了顯著增長。隨著系統的要求越來越高，電源解決方案要求強大的魯棒性，希望SiC成為電子元件世界中的主流，如果你正在尋找一種提高設計性能的方法，那么讓SiC看起來就是一個很好的起點。

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