碳和硅都这么优秀了，可是怎么还出了一个碳化硅（SiC）？

大自然特别奇妙，让元素周期表上的IV族元素的单质个个异常优秀——

IV族元素排首的碳（C），是生命必不可少的组成元素之一。此外，它的单质可以为火锅、烤肉提供温度，也可以是导热性能优良的第三代半导体；它可以是性能优良的石墨烯，但是摇身一变就成为坚贞爱情的见证；它柔弱，可以穿在身上，冬暖夏凉；它坚硬，能切割一切，所向披靡。

（来源：化学自习室网）

而IV族元素排第二的是硅（Si)，是地球上含量仅次于氧（O)的元素。主要存在于不起眼的小石头中，可变成单质就能让电子设备的体积越来越小，运算速率却大大提升；它把太阳能转化成电能，也铸成了半导体行业发展的里程碑。其晶体结构和金刚石相同。

碳和硅都这么优秀了，可是怎么还出了一个碳化硅（SiC）？？？

一山更比一山高，碳化硅的出现绝非偶然，都是因为一个词——优秀！

其实，自然界也是存在天然SiC矿石，而且非常罕见。它就是——莫桑石。

下面是宝石行业常用的参数：1⃣️火彩，莫桑的火彩是钻石的2.5倍；2⃣️色散值，钻石是0.044，莫桑是0.104；3⃣️折射率，钻石是2.417，莫桑是2.65。4⃣️莫氏硬度，钻石是10，硬度之王非它莫属，莫桑石是9.2-9.8，也远高于其它宝石。所以，相同条件加工后的莫桑石会比钻石更加”闪耀“。

但是，天然莫桑石非常稀少，稀少到仅出现在五万年前陨石坑内。所以有人说：天然莫桑石比起天然钻石更能代表爱情。

（来源：渠道网）

单单因为颜值，SiC就能让相宁这么夸赞吗？非也，而是因为它也有优良的物理性能，这也是支撑它在工业生产、半导体行业等多个领域有一席之地的重要原因。

你可能没见过莫桑石，但你一定听说过金刚砂，这个类似“金刚石”的名称已经霸气侧露的表示出了它的硬度。常见的作为磨料、耐火材料的金刚砂分黑色和绿色两种。但是，这类金刚砂都是通过石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成的。纯的SiC晶体是无色透明的，带有颜色是因为它们内部掺有一些杂质，纯度并非100%。

（来源：百度图库）

SiC是C和Si唯一稳定的化合物，也是一种共价化合物，有闪锌矿型（立方晶系，空间群F4-3M ）和纤锌矿型（六方晶系，空间群Pmc）两种结晶形式，200余种多型体，且不同结构材料之间的电学、光学等性能各不相同。

（来源：新浪博客）

SiC是第三代半导体材料中应用最为成熟的材料之一。第三代半导体即宽禁带半导体，主要包含包含碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化锌、金刚石等（第一代半导体主要是Si、Ge等单质半导体材料；第二代半导体主要是指GaAs、InP等化合物半导体材料）。SiC的禁带宽度为Si的2-3倍，导热率为Si的4-5倍，击穿电压为Si的8倍，电子饱和漂移速率为Si的2倍。所以，SiC特别适于制造高温、高频、抗辐射及高功率的器件。

目前，采用SiC制备LED照明设备的技术已经十分成熟，也已经开始应用于半导体激光器和探测器上。采用SiC制成的发光二极管辐射波长可以覆盖绿光到紫光（400-550nm）波段，在光信息显示及光集成电路等领域中具有广阔的应用前景。

在市场上，SiC光电子、功率和微波等三类器件也已经广泛使用，如PIN二极管、肖特基二极管、MESFET、MOSFET、晶闸管、SiC基发光二极管等。这类电力电子器件就是利用了SiC耐高温、高频、高压及高功率的优势。举个例子，Si器件的最高工作温度大约200℃，可是SiC器件在400℃的时候还能运转飞速。但是因为成本问题，SiC电子器件主要在应用于军用飞机、舰艇等，目前民用市场还比较有限。

（来源：新材料产业）

有人说，我们对Si的了解程度在“博士”水平，但是对于SiC的了解就像是“小学生”。我们不禁心生疑问：

人类在1905年就在陨石中发现SiC晶体了，1907年第一只SiC晶体二极管就诞生了。已经一百多年过去了，SiC在半导体领域的优势又那么多，可为什么对它仍知之甚少呢？？？

答案总结为一个字，那就是：少！

“物以稀为贵”是亘古不变的道理。自然界中的莫桑石稀少到根本没有开采价值，可遇不可求。更残酷的是，人造高纯度SiC单晶的条件又十分苛刻，尤其是很难达到制作半导体光电器件的级别要求。

SiC的熔点小于金刚石，大于Si单晶。所以在Si的制备条件下，SiC是没有液相存在的。SiC的制备条件要求：压力约1000Pa、温度超过2000℃，理想的化学配比。故从商业角度考虑：SiC单晶不可能像Si单晶一样从熔体中提拉制备。

目前世界上常见的制备SiC单晶的方法是籽晶升华法，又称物理气相传输法（PVT)。其原理是对准密闭的坩埚系统采用感应或电阻加热，将作为生长源的固态混合物置于温度较高的坩埚底部，籽晶固定在温度较低的坩埚顶部。在低压高温下，生长源升华且分解产生气态物质，生长源与籽晶之间存在温度梯度，因而会形成的压力梯度。这些气态物质会由此被输运到低温的籽晶位置，形成过饱和，籽晶开始长大。

(来源：2014·LED配套材料产业发展交流对接会）

除了以上方法，常见的还有高温化学气象沉积法（HTCVD）与液相法（LPE）两种，这两种方法的生长温度也需要1500-2500℃。但是相对于PVT法，这两种方法都还尚不成熟。下图为SiC和Si单晶生长条件的参数对比。

（来源：CTIMES）

近两年，随着电动汽车和5G通讯技术的发展，能够承受高压、高频环境，导热性良好的SiC器件又得到了重视，开始快速发展。国内，低功耗的碳化硅器件也已经从实验室进入了实用器件的生产阶段。但是相比来说，碳化硅晶圆的价格还是比较高，其缺陷也多，所以其应用市场距离像Si器件一样广泛成熟还需要一定的时间。

不过，希望还是很大的，“预言宁”感觉那天似乎就在不远处。