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碳化硅
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碳化硅半导体产业链

文章出处:粉体网网责任编辑:作者:粉体网人气:-发表时间:2022-05-13 16:42:00【

碳化硅半导体产业链主要包括“碳化硅高纯粉料→单晶衬底→外延片→功率器件→模块封装→终端应用”等环节。

1碳化硅高纯粉料

碳化硅高纯粉料是采用PVT法生长碳化硅单晶的原料,其产品纯度直接影响碳化硅单晶的生长质量以及电学性能。

碳化硅粉料有多种合成方式,主要有固相法、液相法和气相法3种。其中,固相法包括碳热还原法、自蔓延高温合成法和机械粉碎法;液相法包括溶胶-凝胶法和聚合物热分解法;气相法包括化学气相沉积法、等离子体法和激光诱导法等。

2单晶衬底

单晶衬底是半导体的支撑材料、导电材料和外延生长基片。生产碳化硅单晶衬底的关键步骤是单晶的生长,也是碳化硅半导体材料应用的主要技术难点,是产业链中技术密集型和资金密集型的环节。目前,SiC单晶生长方法有物理气相传输法(PVT法)、液相法(LPE法)、高温化学气相沉积法(HT-CVD法)等。
 

碳化硅单晶生长方法对比表


 

3外延片

碳化硅外延片,是指在碳化硅衬底上生长了一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶薄膜(外延层)的碳化硅片。实际应用中,宽禁带半导体器件几乎都做在外延层上,碳化硅晶片本身只作为衬底,包括GaN外延层的衬底。

目前,碳化硅单晶衬底上的SiC薄膜制备主要有化学气相淀积法(CVD)、液相法(LPE)、升华法、溅射法、MBE法等多种方法。其中,CVD法是制备高质量碳化硅晶体薄膜材料与器件的主要方法。

4功率器件

采用碳化硅材料制造的宽禁带功率器件,具有耐高温、高频、高效的特性。

按照器件工作形式,SiC功率器件主要包括功率二极管和功率开关管。SiC功率器件与硅基功率器件一样,均采用微电子工艺加工而成。

从碳化硅晶体材料来看,4H-SiC和6H-SiC在半导体领域的应用最广,其中4H-SiC主要用于制备高频、高温、大功率器件,而6H-SiC主要用于生产光电子领域的功率器件。

5模块封装

模块封装可以优化碳化硅功率器件使用过程中的性能和可靠性,可灵活地将功率器件与不同的应用方案结合。

目前,量产阶段的相关功率器件封装类型基本沿用了硅功率器件。碳化硅二极管的常用封装类型以TO220为主,碳化硅MOSFET的常用封装类型以TO247-3为主,少数采用TO247-4、D2PAK等新型封装方式。

6终端应用

碳化硅器件具有体积小、功率大、频率高、能耗低、损耗小、耐高压等优点。当前主要应用领域:各类电源及服务器,光伏逆变器,风电逆变器,新能源汽车的车载充电机、电机驱动系统、直流充电桩,变频空调,轨道交通,军工等。

 

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