碳化硅行业专题研究报告: 新能源汽车及光伏驱动产业增长(1)

碳化硅行业专题研究报告: 新能源汽车及光伏驱动产业增长(1)

1. SIC具有出色的电特性，预计将成为最有希望的半导体材料之一

半导体材料的开发已经经历了三个阶段. 常见的半导体材料包括硅 (和), 锗 (葛) 以及其他元素半导体和化合物半导体材料，例如砷化镓 (砷化镓), 碳化硅 (碳化硅), 氮化镓 (氮化镓). 从研究和大规模应用的时间顺序来看, 上述半导体材料通常分为行业的三代人.

自1950年代以来，第一代半导体材料已被广泛使用, 以硅为代表 (和) 和锗 (葛). 这种材料的工业链相对成熟, 拥有完整的技术储备和低生产成本. 现在, 它们主要用于大型集成电路, 包括低压, 低频, 低功率晶体管和检测器.

基于硅的半导体材料目前是最大的输出，最广泛使用的半导体材料, 以及超过 90% 半导体产品由基于硅的材料制成.

第二代半导体材料自20世纪90年代起得到广泛应用, 以砷化镓为代表 (砷化镓) 和磷化铟 (磷). 随着半导体产业的发展, 硅材料的物理瓶颈日益显现, 其物理特性限制了其在光电子和高频大功率器件中的应用. 第二代半导体材料在物理结构上具有直接带隙的特点.

与硅基材料相比, 它们具有光电性能良好的优点, 高工作频率, 耐高温、耐辐射. 它们适合制作高速, 高频, 高功率发光电子器件. 它们是制造高性能微波炉的优良材料, 毫米波器件和发光器件, 并广泛应用于移动通信领域, 卫星通讯, 光通信, GPS导航等领域.

第三代半导体是以氮化镓为代表的化合物半导体 (氮化镓) 和碳化硅 (碳化硅). 该类半导体材料的带隙宽度大于等于2.3eV, 因此也称为宽带隙半导体材料. 第三代半导体在带隙宽度等关键参数上具有显着优势, 击穿电场, 导热系数, 电子饱和率, 和抗辐射能力, 满足现代工业对大功率的需求, 高压, 和高频.

所以, 第三代半导体主要用于制造高速, 高频, 大功率发光电子元件. 下游应用包括智能电网, 新能源汽车, 光伏风电, 5G通讯, ETC.

碳化硅材料简介. SiC是一种无机物，化学式为SiC. 它是由石英砂制成的, 石油焦 (或煤焦), 木片 (生产绿色碳化硅需要盐) 等原料经电阻炉高温冶炼而成.

SiC 也作为稀有矿物存在于自然界中, 莫来石. 其中C, 氮, B等非氧化物高科技耐火材料, SiC是应用最广泛、最经济的一种, 可以称为金刚砂或耐火砂. SiC有望成为半导体材料领域最有前途的材料之一.

与硅器件相比, 基于SiC的功率器件具有耐高压等电气特性, 耐高温、能量损失低, 是最有前途的半导体材料之一. SiC优越的电气特性包括以下几个方面:

1 耐高压. 由于SiC的击穿电场强度大于 10 硅的倍数, 采用SiC制备的器件可以进一步提高耐压能力, 工作频率和电流密度, 并显着降低器件的传导损耗.

2 耐高温. 带隙越宽, 设备的极限工作温度越高. 由于SiC的带隙接近硅的三倍, SiC的极限工作温度将明显高于硅, 可以达到超过 600 ℃. 同时, SiC的热导率高于硅, 有助于降低对冷却系统的要求，使终端更轻、更小.

3 能量损失低. SiC 的饱和电子漂移率是硅的两倍. 与硅相比, SiC 具有极低的导通电阻和低损耗; 同时, SiC已近 3 乘以硅的带隙宽度, 与硅器件相比漏电流显着降低, 可以进一步降低功率损耗; 此外, SiC器件在关断过程中没有电流拖尾, 且开关损耗低, 大大提高了实际应用中的开关频率.

一般来说, SiC具有耐高压等优异性能, 耐高温、能量损失低, 满足电力电子技术对高温的新要求, 高功率, 高压, 高频, 耐辐射等恶劣工作条件, 并有望成为半导体材料领域最有前途的材料之一.