1，預(yù)言和實(shí)際水平

　　對(duì)于碳化硅的前景，2004年就有人在分析了SiC半導(dǎo)體材料在功率半導(dǎo)體器件各種杰出成果后，寫(xiě)文章預(yù)言：“2010年碳化硅器件將主宰功率半導(dǎo)體市場(chǎng)”。現(xiàn)今2010年早已過(guò)去四年，實(shí)際并不盡然，顯然和“預(yù)言”相差甚遠(yuǎn)。

　　(1)國(guó)外情況

　　2013年的PCIM Asia電力電子展覽會(huì)上三菱電機(jī)展出了多種SiC功率器件，應(yīng)該說(shuō)這些產(chǎn)品代表了當(dāng)前SiC功率器件的國(guó)際水平。其中用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品有：

　　1200V/75A混合碳化硅-IPM、1200V/800A全碳化硅模塊、600V/200A混合碳化硅IPM，以及1700V/1200A混合碳化硅-HVIGBT。

　　碳化硅功率器件的市場(chǎng)領(lǐng)先者科銳公司推出全新產(chǎn)品系列-50A碳化硅功率器件。包括：

　　“1200VZ-FET ”、“1700VZ-FET”碳化硅MOSFET器件和50A/1700V、50A/1200V和50A/650V三款Z-Rec碳化硅肖特基二極管。

　　科銳表示："正是科銳通過(guò)不斷的創(chuàng)新，以及科銳在碳化硅領(lǐng)域獨(dú)創(chuàng)的材料技術(shù)、晶圓片工藝和器件設(shè)計(jì)，才使得這樣技術(shù)突破得以實(shí)現(xiàn)。從而能夠取代在大功率、高電壓應(yīng)用領(lǐng)域中的低效傳統(tǒng)硅IGBT器件。"

　　盡管如此，從電流和電壓參數(shù)來(lái)說(shuō)上述產(chǎn)品遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及相應(yīng)的Si半導(dǎo)體器件水平。

　　(2)國(guó)內(nèi)情況

　　國(guó)內(nèi)近年來(lái)西安理工大學(xué)、西安電子科技大學(xué)微電子所、中科院半導(dǎo)體所等單位一直堅(jiān)持不懈進(jìn)行碳化硅材料及其器件的研究，但從市場(chǎng)上市產(chǎn)品來(lái)看，多數(shù)為SiC肖特基二極管、其參數(shù)大致范圍為：擊穿電壓為600V、1200V、1700V等級(jí)別。以工作電流分：

　　1A, 2A,3A, 4A, 5A,6A, 8A, 10A,20A(擊穿電壓600V)

　　2A, 5A,10A, 20A, 30A,40A(擊穿電壓1200V)

　　也有報(bào)道已有碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管問(wèn)世，但未查到實(shí)際產(chǎn)品。

　　與國(guó)外相比，有不小的差距。

　　2，存在問(wèn)題分析和展望

　　半導(dǎo)體發(fā)展歷史說(shuō)明某一種器件的成功出現(xiàn)與理論上的突破、新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更有實(shí)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)所做的工藝上的創(chuàng)新分不開(kāi)的。目前理論、結(jié)構(gòu)、工藝都存在大量問(wèn)題急需解決。

　　現(xiàn)舉幾例：

　　(1)雖然碳化硅功率器件有很多優(yōu)點(diǎn)，但還存在不少問(wèn)題。主要問(wèn)題是碳化硅晶體有微管缺陷，使工藝成品率低。最好的材料為微管缺陷<1/cm2,但價(jià)格昂貴，為硅單晶材料的50倍。

　　(2)許多文章告知其反向恢復(fù)時(shí)間極短，可用于頻率1MHZ場(chǎng)合。遺憾的是與肖特基二極管配合使用的其他器件國(guó)內(nèi)還沒(méi)有用SiC半導(dǎo)體材料制造的，不能用到如此高的頻率。SiC肖特基二極管高頻的優(yōu)越性無(wú)法發(fā)揮。目前在國(guó)內(nèi)SiC肖特基二極管可稱(chēng)是英雄無(wú)用武之地。

　　(3)請(qǐng)看表2參數(shù)中的通態(tài)壓降VF，在2伏左右，國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品相差不多。不比普通硅二極管小。這與許多文章中談到的SiC器件通態(tài)壓降小到零點(diǎn)幾伏，碳化硅功率器件的正向損耗小的結(jié)論大相徑庭。曾與國(guó)內(nèi)業(yè)內(nèi)人士討論，被告知原因是現(xiàn)用的SiC片厚還較厚。那么為什么不磨薄一點(diǎn)呢?想必工藝上有一定的難度。

　　(4)文章宣傳碳化硅器件工作溫度可達(dá)600℃，實(shí)際上能到200℃就不錯(cuò)了。原因是芯片電極引出材料和外殼封裝材料耐溫到不了600℃。

　　(5)目前碳化硅功率器件的成本是硅的100倍。雖然制作等同的性能的器件所需要的碳化硅材料比硅材料要少(約10倍)，但這不足于彌補(bǔ)材料本身的費(fèi)用。另外，制作工藝費(fèi)用也高。只有當(dāng)碳化硅材料和器件的制作費(fèi)用能和硅器件相比較。碳化硅器件就可能在中等電壓(1KV

　　問(wèn)題多多、不勝枚舉。如何解決?以史為鑒。

　　電力電子的發(fā)展歷史現(xiàn)在看來(lái)可分為三個(gè)大階段：硅晶閘管(亦稱(chēng)可控硅)、IGBT(亦稱(chēng)絕緣柵雙極型硅大功率晶體管)和剛顯露頭角的碳化硅(SiC)系列大功率半導(dǎo)體器件。晶閘管在國(guó)內(nèi)發(fā)展已有近六十年歷史，比較成熟也廣泛應(yīng)用，可以借鑒它的歷史來(lái)預(yù)測(cè)碳化硅功率器件

　　想當(dāng)初TGBT興起時(shí)，與晶閘管參數(shù)指標(biāo)相差極大，晶閘管已能做到2-3KV、2-3KA時(shí)，IGBT僅僅是電流過(guò)百、電壓過(guò)千。在短短的二十幾年間，IGBT從第一代迅速發(fā)展到第六代，電壓和電流已與晶閘管并駕齊驅(qū)，顯示出IGBT優(yōu)越性能。晶閘管能干的IGBT全能干、IGBT能干的晶閘管干不了，在相當(dāng)大的一片領(lǐng)域里IGBT因其不可替代的優(yōu)越性能獨(dú)居鰲頭。但是晶閘管仍以其比較高的性?xún)r(jià)比守住了自己的大片陣地。

　　五、結(jié)論

　　碳化硅材料的進(jìn)展已使部分碳化硅功率器件用于實(shí)際成為可能。但還有許多關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題需要解決。

　　晶閘管電流從小到大、電壓從低到高經(jīng)歷了數(shù)十年的風(fēng)風(fēng)雨雨，IGBT也有這樣的一個(gè)不凡的過(guò)程。可見(jiàn)SiC功率器件的發(fā)展也會(huì)有一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程?，F(xiàn)在要說(shuō)批量投入、大規(guī)模進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用還為時(shí)過(guò)早。