碳化硅行业深度报告：新材料定义新机遇，SiC引领行业变革
报告出品/作者：民生证券、方竞
以下为报告原文节选
1.1 优质的新型半导体衬底材料
半导体材料根据时间先后可以分为三代。第一代为锗、硅等普通单质材料，其
特点为开关便捷，一般多用于集成电路。第二代为砷化镓、磷化铟等化合物半导体，
主要用于发光及通讯材料。第三代半导体主要包括碳化硅、氮化镓等化合物半导体
和金刚石等特殊单质。凭借优秀的物理化学性质，碳化硅材料在功率、射频器件领
域逐渐开启应用。
第三代半导体耐压性较好，是大功率器件的理想材料。第三代半导体主要是碳
化硅和氮化镓材料， SiC 的禁带宽度为 3.2eV，GaN 的禁带宽度为 3.4eV，远超
过 Si 的禁带宽度 1.12eV。由于第三代半导体普遍带隙较宽，因此耐压、耐热性较
好，常用于大功率器件。其中碳化硅已逐渐走入大规模运用，在功率器件领域，碳
化硅二极管、MOSFET 已经开始商业化应用。
基于上述特性，以碳化硅为衬底制成的功率器件相比硅基功率器件在性能方
面更加具有优势：
（1）更强的高压特性。碳化硅的击穿电场强度是硅的 10 余倍，
使得碳化硅器件耐高压特性显著高于同等硅器件。
（2）更好的高温特性。碳化硅相较硅拥有更高的热导率，使得器件散热更容易，极限工作温度更高。耐高温特性可以带来功率密度的显著提升，同时降低对散热系统的要求，使终端可以更加轻量和小型化。
（3）更低的能量损耗。碳化硅具有 2 倍于硅的饱和电子漂移速率，使得碳化硅器件具有极低的导通电阻，导通损耗低；碳化硅具有 3 倍于硅的禁带宽度，使得碳化硅器件泄漏电流比硅器件大幅减少，从而降低功率损耗；碳化硅器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，开关损耗低，大幅提高实际应用的开关频率。
根据ROHM的数据，相同规格的碳化硅基MOSFET导通电阻是硅基MOSFET
的 1/200，尺寸是是硅基 MOSFET 的 1/10。对于相同规格的逆变器来说，使用碳
化硅基 MOSFET 相比于使用硅基 IGBT 系统总能量损失小于 1/4。
碳化硅优良的频率、散热特性，使得其在射频器件上也得到广泛应用。碳化硅、
氮化镓材料的饱和电子漂移速率分别是硅的 2.0、2.5 倍，因此碳化硅、氮化镓器
件的工作频率大于传统的硅器件。然而，氮化镓材料存在耐热性能较差的缺点，而
碳化硅的耐热性和导热性都较好，可以弥补氮化镓器件耐热性较差的缺点，因此业
界采取半绝缘型碳化硅做衬底，在衬底上生长氮化镓外延层后制造射频器件。
按照电学性能的不同，碳化硅衬底可分为半绝缘型碳化硅衬底和导电型碳化
硅衬底两类，这两类衬底经外延生长后分明用于制造功率器件、射频器件等分立器
件。其中，半绝缘型碳化硅衬底主要应用于制造氮化镓射频器件、光电器件等。通
过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层，制得碳化硅基氮化镓外延片，可进
一步制成 HEMT 等氮化镓射频器件。导电型碳化硅衬底主要应用于制造功率器件。
与传统硅功率器件制作工艺不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅衬底上，
需在导电型衬底上生长碳化硅外延层得到碳化硅外延片，并在外延层上制造肖特
基二极管、MOSFET、IGBT 等功率器件。
外延工艺是指在碳化硅衬底的表面上生长一层质量更高的单晶材料，如果在
半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层，则称为异质外延；如果在导电型碳化硅
衬底表面生长一层碳化硅外延层，则称为同质外延。
外延层的生长可以消除衬底生长中的某些缺陷，生长的外延层质量相对较好。碳化硅晶体生长的过程中会不可避免地产生缺陷、引入杂质，导致衬底材料的质量和性能都不够好。而外延层的生长可以消除衬底中的某些缺陷，使晶格排列整齐。例如衬底缺陷中的 BPD（基平面位错）约 95%转化为 TED（贯穿刃型位错），而BPD 可导致器件性能退化，TED 基本不影响最终碳化硅器件的性能。
-----------报告摘录结束 更多内容请阅读报告原文-----------
报告合集专题一览 X 由【虎鲸报告】定期整理更新
科技 / 电子 / 半导体 /
人工智能 | Ai产业 | Ai芯片 | 智能家居 | 智能音箱 | 智能语音 | 智能家电 | 智能照明 | 智能马桶 | 智能终端 | 智能门锁 | 智能手机 | 可穿戴设备 |半导体 | 芯片产业 | 第三代半导体 | 蓝牙 | 晶圆 | 功率半导体 | 5G | GA射频 | IGBT | SIC GA | SIC GAN | 分立器件 | 化合物 | 晶圆 | 封装封测 | 显示器 | LED | OLED | LED封装 | LED芯片 | LED照明 | 柔性折叠屏 | 电子元器件 | 光电子 | 消费电子 | 电子FPC | 电路板 | 集成电路 | 元宇宙 | 区块链 | NFT数字藏品 | 虚拟货币 | 比特币 | 数字货币 | 资产管理 | 保险行业 | 保险科技 | 财产保险 |
（特别说明：本文来源于公开资料，摘录内容仅供参考，不构成任何投资建议，如需使用请参阅报告原文。）
精选报告来源：虎鲸报告
