碳化硅（SiC）在自然界中非常罕見(jiàn)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(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛質(zhì)，成為一種功能強(qiáng)大且可用于建造半導(dǎo)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(xiàn)在才成為許多現(xiàn)代半導(dǎo)體行業(yè)的理想選擇呢？

一、從稀有礦物到高性能半導(dǎo)體

要了解為什么碳化硅在半導(dǎo)體行業(yè)中變得越來(lái)越流行，我們首先來(lái)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(shí)際上在自然界中確實(shí)非常稀有，但碳化硅的大規(guī)模生產(chǎn)首先要?dú)w功于1890年代的美國(guó)化學(xué)家Edward Goodrich Acheson，當(dāng)時(shí)他嘗試合成鉆石導(dǎo)致了SiC的誕生。幾年后，費(fèi)迪南德·亨利·莫桑（Ferdinand Henri Moissan）在亞利桑那州的峽谷隕石中發(fā)現(xiàn)了它，從而產(chǎn)生了礦物名莫桑石。

SiC是一種具有非常對(duì)稱(chēng)的原子結(jié)構(gòu)，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(dǎo)熱性，使其成為汽車(chē)應(yīng)用（如制動(dòng)器）中的理想材料之一。

二、SiC的潛力

多年來(lái)，SiC被視為具有很高的潛力，可用于半導(dǎo)體設(shè)計(jì)。但是，與傳統(tǒng)的硅相比，SiC具有更高的制造工藝導(dǎo)致的變形和固有缺陷。制造具有電子設(shè)計(jì)所需的必要精度的SiC半導(dǎo)體非常困難。由于制造工藝的最新進(jìn)展，這種情況已經(jīng)改變，我們現(xiàn)在開(kāi)始真正實(shí)現(xiàn)SiC的巨大潛力。

碳化硅的幸運(yùn)之處在于與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）的制造工藝完全兼容。這意味著現(xiàn)代制造商可以在生產(chǎn)SiC晶片時(shí)采用與其他硅晶片相同的工藝。但是，與傳統(tǒng)硅相比，SiC確實(shí)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(duì)高產(chǎn)量的晶圓。

三、SiC不斷增長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

如今，SiC的獨(dú)特特性使其成為許多現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的寵兒，其中在汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域中增長(zhǎng)非?？臁＿@種增長(zhǎng)的主要原因之一是SiC的溫度性能。當(dāng)今的汽車(chē)設(shè)計(jì)，尤其是在蓬勃發(fā)展的電動(dòng)汽車(chē)工業(yè)中，需要大量電流。加速車(chē)輛需要消耗大量動(dòng)力，因此會(huì)產(chǎn)生大量熱量。SiC具有獨(dú)特的能力，不僅能夠承受溫度的快速變化（例如在我國(guó)北方停在外面的汽車(chē)剛開(kāi)始啟動(dòng)那會(huì)兒），而且具有令人難以置信的負(fù)載承受能力，從而通過(guò)散熱減少了功率損耗。

與傳統(tǒng)的硅相比，SiC的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它為達(dá)到排放和燃料消耗標(biāo)準(zhǔn)做出了貢獻(xiàn)。使燃油效率最大化的最重要因素之一是保持車(chē)輛輕量化。與硅半導(dǎo)體器件相比，SiC的電場(chǎng)強(qiáng)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(tǒng)尺寸，從而減輕了重量。

四、蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)

SiC最近在使用中的另一個(gè)領(lǐng)域是射頻（RF）通信領(lǐng)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展，可靠和快速的通信變得越來(lái)越重要。物聯(lián)網(wǎng)最流行的通信標(biāo)準(zhǔn)之一由于其可靠性、低性?xún)r(jià)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(yuǎn)距離傳輸時(shí)。這種功率會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的高溫，這也使得SiC成為一種良好的選擇。

影響SiC半導(dǎo)體使用的另一個(gè)領(lǐng)域是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，這些工業(yè)應(yīng)用通常發(fā)生在高溫非常惡劣的環(huán)境中，例如礦山、煉油作業(yè)和泵浦設(shè)施。使用這些設(shè)施可能非常危險(xiǎn)和困難，這意味著可靠性和性能（尤其是面對(duì)高溫）至關(guān)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(biāo)準(zhǔn)。

SiC技術(shù)另一種潛力應(yīng)用之一是將制作成SiC-Si襯底材料。在這種用途中，半導(dǎo)體設(shè)計(jì)可以利用SiC的許多優(yōu)點(diǎn)：高溫性能和導(dǎo)熱性，負(fù)載耐受性和高頻開(kāi)關(guān)，同時(shí)享受傳統(tǒng)硅的大規(guī)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(dòng)汽車(chē)，物聯(lián)網(wǎng)乃至人工智能的迅猛發(fā)展，高性能半導(dǎo)體應(yīng)用的增長(zhǎng)，SiC的使用近來(lái)有了顯著增長(zhǎng)。隨著系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，電源解決方案要求強(qiáng)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(shè)計(jì)性能的方法，那么讓SiC看起來(lái)就是一個(gè)很好的起點(diǎn)。

以上就是英銳恩單片機(jī)開(kāi)發(fā)工程師分享的碳化硅（SiC）成為現(xiàn)代半導(dǎo)體行業(yè)的理想選擇的原因。英銳恩專(zhuān)注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)、運(yùn)算放大器和模擬開(kāi)關(guān)。