碳化硅对比硅材料器件有哪些优势

碳化硅功率器件的研发始于20世纪90年代，目前已成为新型功率半导体器件研究开发的主流。业界普遍认为碳化硅功率器件是一种真正的创新技术，有助于对抗全球气候变化，推动太阳能和节能照明系统的市场发展。

碳化硅（SiC）是原子的复合体而不是单晶体，碳化硅的物理特性取决于晶体中碳、硅原子的排列结构，性能的主要差异在于硅和碳原子的相对数目，以及原子排列的不同结构，最普通和典型的是六方晶系的结构，称之为6H-SiC、4H-SiC和3C-SiC。

碳化硅（SiC）半导体材料与常用的第一代半导体材料硅（Si）相比，在多个方面具有明显的优势。碳化硅（SiC）具有宽禁带（Si的2~3倍）、高击穿场强（Si的10倍）、高的热导率（Si的3倍）和强的抗辐射能力。

1.宽禁带提高了工作温度和可靠性

宽禁带材料可提高器件的工作温度，6H-SiC和4H-SiC禁带宽度分别高达3.0eV和3.25eV，相应本征温度高达800℃以上；即便就是禁带最窄的3C-SiC，其禁带宽度也达到2.3eV左右。用碳化硅做成功率器件，其最高工作温度有可能超过600℃，而硅的禁带宽度为1.12eV，理论最高工作温度200℃，但硅功率器件结温大于150℃~175℃后，可靠性和性能指标已经明显降低。

2.高击穿场强提高了耐压，减小了尺寸

高的电子击穿场强带来了半导体功率器件击穿电压的提高。同时，由于电子击穿场强提高，在增加渗杂密度条件下，碳化硅功率器件漂移区的宽带可以降低，因此可减小功率器件的尺寸。

3.高热导率提高了功率密度

热导率指标越高，材料向环境中传导热的能力越强，器件的温升越小，越有利于提高功率器件的功率密度，同时更适合在高温环境下工作。

4.强的抗辐射能力，更适合在外太空环境中使用

在辐射环境下，碳化硅器件的抗中子辐射能力至少是硅的4倍，因此是制作耐高温、抗辐射的电力电子功率器件和大功率微波器件的优良材料。