SiC（碳化硅）是一种由硅（Si）和碳（C）构成的化合物半导体材料。SiC 的优点不仅在于其绝缘击穿场强（Breakdown Field）是 Si 的 10 倍，带隙（Energy Gap）是 Si 的 3 倍，而且在器件制造时可以在较宽的范围内实现必要的 P 型、N 型控制，所以被认为是一种超越 Si 极限的用于制造功率器件的材料。
1、什么是碳化硅衬底
衬底是指沿特定的结晶方向将晶体切割、研磨、抛光，得到具有特定晶面和适当电学、光学和机械特性，用于生长外延层的洁净单晶圆薄片。碳化硅衬底是新近发展的宽禁带半导体的核心材料，以其制作的器件具有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射等特点，具有开关速度快、效率高的优势，可大幅降低产品功耗、提高能量转换效率并减小产品体积。
图 碳化硅晶锭→衬底→外延→芯片→器件，来源：三安
2、碳化硅衬底的制备
碳化硅衬底制备技术包括 PVT 法（物理气相传输法）、溶液法和高温气相化学沉积法等，目前商用碳化硅单晶生长均采用 PVT 法。碳化硅衬底以高纯碳粉、高纯硅粉为原料合成碳化硅粉，在特殊温场下，采用成熟的物理气相传输法（PVT 法）生长不同尺寸的碳化硅晶锭，经过静电加工、晶棒切割、晶片研磨抛光清洗等多道加工工序制成。
3、碳化硅衬底的种类
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。
半绝缘型碳化硅衬底主要应用于制造氮化镓射频器件。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，并在外延层上制造各类功率器件。
4、碳化硅衬底的应用
与硅材料相比，以碳化硅衬底制造的半导体器件具备高功率、耐高压、耐高温、高频、低能耗、抗辐射能力强等优点，可广泛应用于新能源汽车、5G 通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等现代工业领域。
5、碳化硅衬底的发展
碳化硅衬底的发展存在两个难题：一个是品质不佳，一个是直径太小。
碳化硅衬底存在微管、位错、多型等缺陷，直接影响下游器件产品的稳定性和可靠性，其中微管是碳化硅衬底的重要缺陷。
碳化硅晶片同硅晶圆发展路径相似，同样向扩大衬底尺寸以降低器件成本方向发展。衬底尺寸越大，单位衬底可制造的芯片数量越多，单位芯片成本越低。衬底的尺寸越大，边缘的浪费就越小，有利于进一步降低芯片的成本。
碳化硅衬底的尺寸（按直径计算）主要有 2 英寸（50mm）、3 英寸（75mm）、 4 英寸（100mm）、6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm）等规格。碳化硅衬底正在不断向大尺寸的方向发展，目前行业内主要量产产品尺寸集中在 4 英寸及 6 英寸，部分行业领先者已成功研发 8 英寸产品。相关厂商有：天科合达、山东天岳、SiCrystal、Wolfspeed、湖南三安、山西烁科、Coherent高意等。欢迎大家留言补充，后续再为大家详细介绍这些企业。
原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：一文了解碳化硅衬底
