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寬能隙材料研究方興未艾 SiC應用熱度持續升溫
 

【CTIMES/SmartAuto 王岫晨 報導】   2020年07月29日 星期三

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隨著微電子技術的發展,傳統的Si和GaAs半導體材料由於本身結構和特性的原因,在高溫、高頻、光電等方面越來越顯示出其不足和侷限性。目前,人們已將注意力轉移到SiC材料,這是目前最成熟的寬能隙半導體材料(一般指能隙寬度>2.3eV)。

近年來,SiC、GaN由於顯現出重要的軍事應用和良好的市場前景,許多國家紛紛將其列入國家級的發展策略投入巨資支持。早在好幾年前,美國就已經成立新一代電力電子元件國家製造創新中心,歐洲則啟動了LAST POWER產學研項目,日本也設立了下一代功率半導體封裝技術開發聯盟。美國計劃在接下來幾年,加速民用SiC、GaN等電子元件的研發和產業化,預計其帶來的節能效果將會等同於900萬戶的家庭用電總量。而目前中國發展寬能隙半導體也具有良好的機會與環境。從消費性電子設備、新型半導體照明、新能源汽車、風力發電、航空發動機、新一代行動通訊、智能電網、高速軌道交通、大數據中心,到飛彈、衛星及電子對抗系統等,都對高性能SiC和GaN元件有著極大的期待和需求。因此無論從國防安全還是經濟發展的角度,寬能隙半導體材料的發展空間都很大,市場前景也很好。

身為第三代的半導體材料,SiC具有能隙寬、熱導率高、電子的飽和漂移速度大、臨界擊穿電場高和介電常數低、化學穩定性好等特點。成為製作高溫、高頻、大功率、抗輻照、短波長發光及光電整合元件的理想材料。在高頻、大功率、耐高溫、抗輻照的半導體元件及紫外探測器等方面,都具有廣泛的應用前景。

SiC良好的半導體特性,將為眾多的元件所採用。SiC作為高溫結構材料,已經廣泛應用於航空、太空、汽車、機械、石化等工業領域。利用其高熱導、高絕緣性,目前在電子產業中應用作為大規模整合電路的基板和封裝材料。在冶金工業中,可作為高溫熱交換材料和脫氧劑,同時用來作為一種理想的高溫半導體材料。

隨著SiC半導體技術的進一步發展,SiC元件的應用領域也越來越廣闊,成為全球許多產業對於新材料、微電子和光電子領域研究的熱點。因此,SiC具有的優良特性和無限的應用前景,以及其巨大的市場潛力,必將引來激烈的研發競賽。可以預料,它既是科學家爭先佔領的高階技術領域制高點,又是能帶來巨大商業利潤的新戰場。

SiC材料具有很大的發展潛力和應用前景,在現代工業的高速發展和技術水準的高度要求下,SiC材料必將以其獨特優勢在工業領域占據重要位置。但同時也應看到,SiC材料在未來要取得更進一步發展,並進一步跨入到大量生產的新規模,還需要進行更多技術的探索和研發的實現。因此,進一步加強理論研究、降低成本、提高材料質量,並持續進行研發探索,將是今後的工作重點。

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