杨敏 刘涛，孙琪，郑彬彬
山西烁科晶体有限公司 030024
摘要：
碳化硅作为一种新型的半导体材料，其自身具有很广泛的应用领域。碳化硅具有结构稳定，耐高温，高的热传导性能，极高的电子迁移率等优点，在多种行业元器件领域有广泛的用途。以碳化硅为主要原材料的碳化硅功率器件不同于传统的硅功率器件，具有低功率损耗，超强的抗辐射能力等优点，多年来在国内外被广泛使用。本文将着重研究国内外碳化硅功率器件的发展现状。
关键词：国内外；碳化硅功率器件；发展研究
碳化硅作为一种性价比高的产品原材料，其应用范围相当广泛，在国内外的工业，制造业，航空航天工程乃至是人类日常生活中，以碳化硅为原材料制作的工具随处可见。碳化硅材料的独特性能长久以来就饱受国内外业界和学术界的关注。进行功率处理的半导体器件需要碳化硅这样的优质材料，碳化硅材料满足了电力系统上对于高电压和高频率的要求[1]。那么，碳化硅功率器件在国内外有着怎样的发展现状，我国的碳化硅功率器件在未来应该如何发展，本文基于这一问题从碳化硅材料的发展开始论述，进而探讨国内外有关碳化硅功率器件的使用现状，由此给出未来发展的展望。
一、碳化硅的国内外发展历程
碳化硅作为C和Si合成的化合物，具有众多优良的性能并在各个领域中的到广泛应用。碳化硅有着良好的发展前景。事实上，碳化硅并不是一种新型材料，早在1891年首次发现，1905年在陨石中发现了自然界中的碳化硅。1955年LELY提出生长高品质碳化概念，从此将SIC作为重要的半导体材料。在之后全世界范围内每隔一段时间就会召开有关碳化硅的会议。
可以看出，不仅是在业界还是在学术界都对碳化硅给予了必要的关注。碳化硅在自然界中存在并不多也并不好提取，因此人工合成碳化硅就成为当今碳化硅材料的主要生成方式。1978年左右在俄罗斯等国逐渐开始了人工合成碳化硅以及试应用阶段。在此以后，商业化使用的碳化硅材料开始批量生产。我国的碳化硅材料研发几乎与其他国家同步进行的，在多年的发展中我国的碳化硅市场逐渐壮大。
二、国内外碳化硅功率器件的发展现状
碳化硅功率器件是一种拥有低耗能和高效率的功率处理元器件。从1995年开始，国内外学术界就开始陆续对碳化硅功率器件做相关的学术研究。K.Bergman博士早在1996年就预测了未来碳化硅将成为新型的半导体器件[2]。碳化硅功率器件作为第三代半导体材料具有可耐高温，高效能的特点。在国外，对于碳化硅材料的重视早在1997年就开始了，美国国家总统亲自主持成立了碳化硅第三代半导体材料的研发中心，致力于在电子科技领域的创新使用。随后日本政府也开始了与碳化硅功率器件相关的研发工作，为清洁能源的研发提供了基础性的保障。随后欧洲也成立了相关的组织来进行技术研发和应用研究。还有许多发达国家也相继开始进行研究与创新。
我国自然也不甘落后，虽然我国的人工合成碳化硅的时间稍晚于发达国家，但是在科研院所和企业与国家发展政策的支持下，我国的碳化硅材料研发正逐渐走向世界前沿。碳化硅功率器件产业链条中有众多的细小技术，每个流程和部分都需要进行完善和精准的科研。在清洁能源和生态文明建设的今天，碳化硅材料在合成制作时存在着高耗能，部分环节会产生污染。虽然合成后应用的碳化硅材料具有高效能和高性能的特点，但是在原材料的制作中出现的问题是世界上各个国家都必须重视和加以改进的。我国的碳化硅功率器件生产企业不仅在国内具有完备的市场体系，还在远销国外，经常与国外的科研院所和公司进行交流学习。在互联网，智能化的新时代下，第三代半导体材料和产品已经成为日常生活中方方面面所必需的材料部件。
虽然在世界市场上，碳化硅功率器件的生产以美国，日本和欧洲为主，但是我国在科技政策支撑和财政支持上正逐渐助力我国的碳化硅市场[3]。在2018年，泰科天润与其供应商在推进碳化硅功率器件在工业领域的使用方面达成共识与合作。我国有很多优秀的碳化硅功率器件制作和研发公司，相信在不久的将来，有关生态和卫生等问题将会被很好的解决，我国的生产和使用技术将在全世界范围内占据主要地位。
三、碳化硅功率器件未来发展展望
碳化硅功率器件虽然有着良好的功能性能，但是碳化硅的人工合成并不容易实现。尤其是我国在碳化硅合成的原材料上比较稀缺，大多数原材料需要依靠进口，这就导致了在市场产品终端的价格就会略高，逐渐增加的生产成本使得碳化硅材料的生产和研发遇到瓶颈。由此，在我国范围内需要解决这些问题首先应该做到完善碳化硅上下游产业链，例如衬底厂商，半导体研发公司，模块厂商等，要把这些上下游的产业都放入一条链条中，齐力攻克科研和市场难关。在国家方面，政策上的支持和激励是不能停止的，虽然在2016年我国已经成立了专门的新材料产业发展领导小组，但是在实践中也出现了资金到位困难和没有因地制宜等相关问题，因此我国未来碳化硅功率器件的发展需要国家进行科学的顶层设计建设，在国家层面，地方政府层面和企业层面重视新材料的研发和应用。尽快的解决在现在发展中面临的问题，逐渐将我国的碳化硅新材料功率器件在国际产业中发挥自己的作用和地位。
总结：
本文在通过对碳化硅材料的发展历程进行分析，逐步对国内外碳化硅功率器件的发展现状做了简单的论述，最后在对我国的碳化硅功率器件未来如何可持续的发展下去进行了自己的解读。我国在碳化硅单晶体材料和碳化硅外延材料技术上正在不断的推进研发和创新，虽然与国际水平还有一段差距，但可以肯定的是，我国对于碳化硅这一新型材料的重视程度上是非常高的，相信在经过国家顶层设计主导，企业和科研院所的创新实践与规模化生态化产业链条的不断深化与形成，我国的碳化硅功率器件将会迎来突破性的进展和飞跃，不仅对国内市场乃至对国际市场都会发挥着自己的作用。
参考文献：
[1]陈尧,赵富强,朱炳先,贺帅.国内外碳化硅功率器件发展综述[J].车辆与动力技术,2020(01):49-54.
[2]K.Bergman,童宗鉴.碳化硅——未来电力半导体材料[J].电力牵引快报,1996(05):1-5.
[3]刘馨.碳化硅:实现国产材料的中国梦[J].新材料产业,2017(08):1-4.