详解碳化硅和氮化镓的应用领域及难点

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。

碳化硅与氮化镓的优点与不足

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，碳化硅材料可应用于功能陶瓷、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。

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，二是氮化镓产业链尚未完全形成。

目前，全球均在这两种材料的研发期，我国的碳化硅冶炼生产工艺、技术装备和单吨能耗达到世界领先水平，黑、绿碳化硅原块的质量水平也属世界级。中国碳化硅与世界先进水平的差距主要集中在几个方面，一是在生产过程中很少使用大型机械设备，很多工序依靠人力完成，人均碳化硅产量较低；二是在碳化硅深加工产品上，对粒度砂和微粉产品的质量管理不够精细，产品质量的稳定性不够；三是某些尖端产品的性能指标与发达国家同类产品相比有一定差距；四是冶炼过程中一氧化碳直接排放。国外主要企业基本实现了封闭冶炼，而中国碳化硅冶炼几乎全部是开放式冶炼，一氧化碳全部直排。

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。尽管如此，但产业难题仍待解决，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。

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