隨著電動汽車、可再生能源系統(tǒng)和高性能計算等新興技術(shù)將傳統(tǒng)硅技術(shù)推向極限，材料科學(xué)正在不斷發(fā)展以滿足新的性能需求。功率半導(dǎo)體技術(shù)面臨著在多樣化嚴(yán)苛應(yīng)用中實現(xiàn)更高電壓運(yùn)行、更優(yōu)熱管理和更高能效的壓力。

2024年，碳化硅功率電子領(lǐng)域取得多項重大進(jìn)展，這一趨勢持續(xù)至2025年。

Soitec的工程化碳化硅基板

在電子行業(yè)中，MOSFET、IGBT和肖特基二極管等開關(guān)器件是功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用的核心。得益于更優(yōu)的電壓耐受、能效和工作溫度特性，碳化硅器件正快速成為這些應(yīng)用的首選。但其高昂成本和生產(chǎn)挑戰(zhàn)限制了大規(guī)模應(yīng)用。為此，Soitec在2024年APEC大會上推出了新型碳化硅基板。

該技術(shù)基于Soitec的Smart Cut工藝，通過將可重復(fù)使用的薄供體晶圓鍵合到高摻雜聚碳化硅(pSiC)載具晶圓上，形成高質(zhì)量碳化硅器件層。其創(chuàng)新優(yōu)勢包括：通過重復(fù)使用供體晶圓和低能耗化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)pSiC，實現(xiàn)二氧化碳排放量最高降低四倍;新型pSiC基板電阻顯著降低(2 mΩ-cm vs傳統(tǒng)15-20 mΩ-cm)，有效提升功率MOSFET和二極管性能;省去背接觸工藝中的激光退火環(huán)節(jié)，簡化制程的同時改善基板平整度，提升良率和可靠性。

SICC的碳化硅突破

在electronica 2024展會上，SICC展示了多項行業(yè)首創(chuàng)技術(shù)：

半導(dǎo)體依賴高度有序的晶格結(jié)構(gòu)實現(xiàn)可控電子遷移。周期性原子排列形成的電子能帶結(jié)構(gòu)決定了帶隙、載流子遷移率和導(dǎo)電性等關(guān)鍵特性。其中晶體純度與結(jié)構(gòu)完整性對電荷傳輸效率至關(guān)重要，晶格缺陷會顯著影響器件的電、熱、機(jī)械性能。

針對碳化硅晶體制備難題，SICC開發(fā)出150mm和200mm基板，實現(xiàn)接近零的螺紋位錯密度與極低基面位錯密度，大幅提升器件良率。更值得關(guān)注的是，該公司展示了業(yè)界首個300mm N型碳化硅基板，創(chuàng)下化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域最大尺寸記錄。

此外，SICC宣布其半絕緣基板實現(xiàn)零微管密度(MPD)突破。通過精密晶體生長工藝，該技術(shù)將優(yōu)化碳化硅在高頻射頻器件中的應(yīng)用。

碳化硅的未來展望

碳化硅技術(shù)正成為應(yīng)對高性能與可持續(xù)電子需求的關(guān)鍵方案，2025年或?qū)⒊蔀槠鋺?yīng)用的重要里程碑。隨著電動汽車、清潔能源和先進(jìn)電力系統(tǒng)對材料性能提出超越硅極限的要求，碳化硅在缺陷控制、大尺寸基板和規(guī)模化制造方面的突破，將推動電子行業(yè)進(jìn)入高效可靠的新紀(jì)元。