用于电力电子器件的碳化硅基板

碳化硅（SiC）是一种固体工业矿物晶体，具有陶瓷和半导体特性。它可以使用氮和铝等各种杂质进行着色。

碳化硅是制造高分辨率天文望远镜反射镜的理想材料。此外，碳化硅还可用于功率二极管、功率晶体管和大功率微波设备。

高压应用

碳化硅已迅速成为高压电子应用的首选材料。与标准硅半导体相比，碳化硅具有更宽的带隙和更高的电流密度，因此可以处理更高的电流密度--这使它比硅半导体适用于更多的应用。此外，碳化硅还能承受更高的工作温度，因此非常适合用于电动汽车上的直流/直流转换器。

碳化硅基板具有低导通电阻，可减少寄生电感，提高电路效率和可靠性，同时降低系统功率损耗，减小 PCB 基底面尺寸。碳化硅基板还具有抗热震性，可减少温度骤变对 PCB 造成的损坏，同时其韧性可实现更有效的冷却，从而减少对散热器空间的需求。

基板是 LED 性能的关键组成部分之一。其结构质量决定了其颜色、亮度和寿命，从而影响到显色性或寿命等器件特性。碳化硅衬底具有较高的极限工作温度和较小的晶格失配，与氮化镓晶格失配相比，碳化硅衬底提供了最佳条件，使其成为 LED 生产的首选材料。此外，表面状态也起着至关重要的作用，因为它会影响外延质量和器件特性。

由于碳化硅在自然界非常稀少，因此必须通过人工合成的方式才能获得。为了确保人工合成的质量，首先必须在极高的温度下对原材料进行升华，然后用金刚石刀片将晶体切割成晶片，再对晶片进行抛光，使其表面光滑。

碳化硅立方多晶体是一种极具吸引力的电动马达驱动设备候选材料，因为它们是六方多晶体的成本效益替代品，而且可以在廉价的硅衬底上生长。遗憾的是，碳化硅/二氧化硅界面可能会引起应变并增加缺陷密度，从而影响器件的性能，如阈值电压不稳定或表面电容过大，从而降低驱动电流或开关速度；不过，幸运的是，科学家们已经开发出了减轻这些负面影响的技术。

低导通电阻

碳化硅（SiC）通常是一种绝缘体，但在使用铝、镓、硼或氮杂质等掺杂剂处理后，它就会成为一种活性半导体材料，并表现出某些理想的特性。掺杂可将碳化硅转化为 P 型材料，而氮和磷等杂质则可产生 N 型特性，用于制造各种半导体器件，这些器件能够在广泛的温度、电压和电流密度范围内导电。

在电力电子应用中，SiC 二极管和晶体管等宽带隙半导体具有一些明显的优势，特别是它们能够承受更高的温度和电压，无需使用大量冷却系统，同时还能提高效率和可靠性。此外，宽带隙半导体在运行过程中往往会减少能量损失，从而降低焦耳热，同时提高运行可靠性。

与硅相比，碳化硅在导通电阻方面有许多优势，尤其是在器件的电压阻断区域。部分原因是其衬底具有极高的临界击穿电场强度（2.8 兆伏特/厘米），允许更薄的电压阻断层。

这意味着该器件将具有更小的导通电阻和更快的开关速度，有助于最大限度地减少能量损耗。此外，SiC 基底面的高饱和漂移率使载流子更容易切换状态，从而进一步降低导通电阻。

碳化硅的低导通电阻有助于提高功率器件的整体效率，允许更小、更紧凑的设计，从而提高能源效率--这一点在电动汽车充电系统和可再生能源项目中将被证明是非常宝贵的。

碳化硅的优异特性使其成为电力电子应用（包括转换器和其他先进技术系统）的理想选择。碳化硅具有卓越的耐温性、耐高压性和低导通电阻特性，是高效功率转换器和其他尖端系统的理想选择。如果您想了解更多有关碳化硅如何帮助您的下一个项目的信息，请立即联系我们的专家团队。

高导热性

碳化硅基底具有高导热性，是高压应用的理想材料。此外，与其他半导体材料相比，碳化硅的热膨胀系数较低，因此可以承受更高的温度和电压，而不会损坏设备--这是为要求高性能半导体的电子汽车升限（eVTOL）设备选择半导体材料时的一个基本特征。

硅是当今最主要的半导体材料，但其特性并不能满足特定应用的所有要求。碳化硅是少数几种能承受比硅更高电压和电流的材料之一。此外，碳化硅还具有比硅材料更宽的带隙和更大的临界电场--这些特性使碳化硅适用于通常具有高电压/电流条件的电力电子设备。

碳化硅具有极低的热膨胀系数，这意味着它可以承受温度和湿度的波动而不会过度膨胀，因而在陶瓷中脱颖而出。因此，碳化硅具有抵御温度和湿度变化的能力，是航空航天应用的理想材料。此外，碳化硅还具有耐腐蚀、抗氧化、抗弯强度高、耐冲击、耐振动、不受酸碱侵蚀等特点。

铝的硬度也很高，是生产喷嘴、高温轴承和防弹板等机械部件的理想材料。由于其重量轻、刚度高和耐热性能好，因此是一种建筑材料。此外，它的杨氏模量确保其可以承受数十年的磨损侵蚀和摩擦磨损，而不会产生损坏或磨损问题。

碳化硅根据其结构和成分的不同有多种类型，立方混合锌（3C）、六方（6H）或二维闭合堆积平面垂直堆叠形成不同类型的碳化硅。在微电子制造环境中最常见的是用作外延基底以及芯片连接、金属化或钝化基底等用途。

碳化硅（SiC）可以通过化学气相沉积（CVD）从碳化硅粉末中生产出来，碳化硅粉末是一种灰白色晶体材料。在生长过程中可添加不同浓度的掺杂剂，以调整最终晶片的电气特性，扫描展阻显微镜可通过测量氮掺杂剂在晶片表面的分布来检测掺杂水平，这是一种用于评估 CVD 过程质量和检测缺陷的有效技术。

应用范围广泛

碳化硅是电力电子应用的理想基底材料，因为它能承受高温高压，同时具有比其他半导体材料更好的抗辐射性能。碳化硅尤其适用于要求卓越性能和可靠性的 eVTOL 应用；不过，环境恶劣的其他应用也可使用碳化硅。

碳化硅基板具有各种形状和尺寸，是许多 eVTOL 系统的完美解决方案。此外，与其他电力电子器件相比，它们的生产效率更高，正向压降更低，热失控风险更小，从而提高了可靠性和效率。

碳化硅与同类硅材料的不同之处在于，碳化硅的能级具有更强的适应性和流动性，可以根据具体情况在绝缘体和导体之间进行转换，这使得碳化硅在制造晶体管（现代电子元件的组成部分）时变得至关重要。此外，碳化硅的带隙比硅的带隙更大，因此它能承受的电场是硅的 10 倍。

莫桑石是一种天然存在于莫桑石中的材料，但其大部分是人工合成的。虽然陨石和刚玉矿藏中存在少量莫桑石，但莫桑石比钻石更容易获得，是昂贵宝石的一种极具吸引力的替代品。莫桑石可用于 3D 打印、弹道学应用、化学生产工艺、能源技术应用，以及在泵和驱动系统的动态密封技术中替代金属。

三碳化硅是生产高温、大功率电子设备的理想材料。它可以在廉价的硅衬底上轻松实现立方多型生长，其特性使其能够承受许多应用中典型的高温环境。

三碳化硅外延片的厚度终于首次达到了 300 毫米，这是实现这种材料商业化的一个重要里程碑。该工艺由格里菲斯大学昆士兰微米和纳米技术设施（QMF）的研究人员与行业合作伙伴 SPTS Technologies 共同开创。