碳化硅与氮化镓材料的区别探讨

半导体是一种介于导体与绝缘体之间的材料，它具有导电性可控的特点。当半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化，在纯净半导体中加入微量杂质，其导电能力会急剧增强。自科学家法拉第发现硫化银以来，半导体材料硅、锗、硼、锑、碳化硅和氮化镓等相继被发现与应用。

我们生活的方方面面都离不开半导体技术，电器、灯光、手机、电脑、电子设备等都需要半导体材料制造，碳化硅（SiC）与氮化镓（GaN）属于第三代半导体材料，有着非常广阔的应用前景。

碳化硅与氮化镓的相同之处

碳化硅与氮化镓均属于宽禁带半导体材料，它们具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好的特点。随着市场对半导体器件微型化、导热性的高要求，这类材料的市场需求暴涨，适用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。

碳化硅与氮化镓的优点与不足

碳化硅又叫金刚砂，是用石英砂、石油焦、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物——莫桑石，在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体。

碳化硅与氮化镓材料的同与不同

2018-08-20

来源：OFweek电子工程网

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标签碳化硅氮化镓半导体石英砂

[导读]半导体是一种介于导体与绝缘体之间的材料，它具有导电性可控的特点。当半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化，在纯净半导体中加入微量杂质，其导电能力会急剧增强。

中国粉体网讯半导体是一种介于导体与绝缘体之间的材料，它具有导电性可控的特点。当半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化，在纯净半导体中加入微量杂质，其导电能力会急剧增强。自科学家法拉第发现硫化银以来，半导体材料硅、锗、硼、锑、碳化硅和氮化镓等相继被发现与应用。

我们生活的方方面面都离不开半导体技术，电器、灯光、手机、电脑、电子设备等都需要半导体材料制造，碳化硅（SiC）与氮化镓（GaN）属于第三代半导体材料，有着非常广阔的应用前景。

碳化硅与氮化镓的相同之处

碳化硅与氮化镓均属于宽禁带半导体材料，它们具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好的特点。随着市场对半导体器件微型化、导热性的高要求，这类材料的市场需求暴涨，适用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。

碳化硅与氮化镓的优点与不足

碳化硅又叫金刚砂，是用石英砂、石油焦、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物——莫桑石，在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体。

氮化镓是氮和镓的化合物，是一种直接能隙的半导体，该化合物结构类似纤锌矿，硬度很高。氮化镓的能隙很宽，为3.4电子伏特，可以用在高功率、高速的光电元件中，如氮化镓可以用在紫光的激光二极管，可以在不使用非线性半导体泵浦固体激光器的条件下，产生紫光激光。

碳化硅与氮化镓的应用领域和难点

碳化硅是当前发展最成熟的宽禁带半导体材料，世界各国对碳化硅的研究很重视，美欧日等不仅从国家层面上制定了相应的研究规划。

碳化硅因具有很大的硬度而成为一种重要的磨料，但其应用范围却超过一般的磨料。例如，它所具有的耐高温性、导热性而成为隧道窑或梭式窑的首选窑具材料之一，它所具有的导电性使其成为一种重要的电加热元件等。除此之外，碳化硅材料还可应用于功能陶瓷、耐火材料、冶金原料等应用领域。

碳化硅器件的发展难题不是设计难题，而是实现芯片结构的制作工艺，如碳化硅晶片的微管缺陷密度、外延工艺效率低、掺杂工艺的特殊要求、配套材料的耐温等。碳化硅生产的另一个问题是环保，由于碳化硅在冶炼过程中会产生一氧化碳、二氧化硫等有害气体，同时粉尘颗粒如果处理不当，污染非常严重。

氮化镓是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，在光电子、激光器、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。

氮化镓材料的发展难题有三个，一是如何获得高质量、大尺寸的GaN籽晶，因为直接采用氨热方法培育一个两英寸的籽晶需要几年时间；二是对于氮化镓材料，长期以来由于衬底单晶没有解决，异质外延缺陷密度相当高，因为氮化镓极性太大，难以通过高掺杂来获得较好的金属-半导体的欧姆接触，工艺制造较复杂；三是氮化镓产业链尚未完全形成。

由于天然含量甚少，碳化硅主要多为人造，常见的方法是将石英砂与焦炭混合，利用其中的二氧化硅和石油焦，加入食盐和木屑，置入电炉中，加热到2000°C左右高温，经过各种化学工艺流程后得到碳化硅微粉。

法国和瑞士科学家首次使用氮化镓在(100)-硅(晶体取向为100)基座上，成功制造出了性能优异的高电子迁徙率晶体管(HEMTs)。据OFweek电子工程网获悉，珠海一家公司拥有8英寸硅基氮化镓量产生产线，这是中国首条实现量产的8英寸硅基氮化镓生产线。当前氮化镓的工艺制造难题是薄膜冷却时受热错配应力的驱动下，容易发生破裂或翘曲，成为硅基氮化镓大英寸化的主要障碍。

碳化硅与氮化镓或将成半导体市场主流

随着国家对第三代半导体材料的重视，近年来，我国半导体材料市场发展迅速。其中以碳化硅与氮化镓为主的材料备受关注。碳化硅与氮化镓很多相同的地方，比如均有着好的前景，材料特性优于第一第二代半导体材料等。两者特性的不同造就了其不同的应用领域，未来，碳化硅与氮化镓将发挥各自的优势，相辅相成，一起撑起半导体应用的天空。

尽管如此，但碳化硅与氮化镓的产业难题仍待解决，如我国材料的制造工艺和质量并未达到世界顶级，材料制造设备依赖于进口严重，碳化硅与氮化镓材料和器件方面产业链尚未形成等，这些问题需逐步解决，方可让国产半导体材料屹立于世界顶尖行列。