碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈主要包括“碳化硅高純粉料→單晶襯底→外延片→功率器件→模塊封裝→終端應(yīng)用”等環(huán)節(jié)。

1碳化硅高純粉料

碳化硅高純粉料是采用PVT法生長碳化硅單晶的原料，其產(chǎn)品純度直接影響碳化硅單晶的生長質(zhì)量以及電學(xué)性能。

碳化硅粉料有多種合成方式，主要有固相法、液相法和氣相法3種。其中，固相法包括碳熱還原法、自蔓延高溫合成法和機械粉碎法；液相法包括溶膠-凝膠法和聚合物熱分解法；氣相法包括化學(xué)氣相沉積法、等離子體法和激光誘導(dǎo)法等。

2單晶襯底

單晶襯底是半導(dǎo)體的支撐材料、導(dǎo)電材料和外延生長基片。生產(chǎn)碳化硅單晶襯底的關(guān)鍵步驟是單晶的生長，也是碳化硅半導(dǎo)體材料應(yīng)用的主要技術(shù)難點，是產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)密集型和資金密集型的環(huán)節(jié)。目前，SiC單晶生長方法有物理氣相傳輸法（PVT法）、液相法（LPE法）、高溫化學(xué)氣相沉積法（HT-CVD法）等。
 

碳化硅單晶生長方法對比表


 

3外延片

碳化硅外延片，是指在碳化硅襯底上生長了一層有一定要求的、與襯底晶向相同的單晶薄膜（外延層）的碳化硅片。實際應(yīng)用中，寬禁帶半導(dǎo)體器件幾乎都做在外延層上，碳化硅晶片本身只作為襯底，包括GaN外延層的襯底。

目前，碳化硅單晶襯底上的SiC薄膜制備主要有化學(xué)氣相淀積法（CVD）、液相法（LPE）、升華法、濺射法、MBE法等多種方法。其中，CVD法是制備高質(zhì)量碳化硅晶體薄膜材料與器件的主要方法。

4功率器件

采用碳化硅材料制造的寬禁帶功率器件，具有耐高溫、高頻、高效的特性。

按照器件工作形式，SiC功率器件主要包括功率二極管和功率開關(guān)管。SiC功率器件與硅基功率器件一樣，均采用微電子工藝加工而成。

從碳化硅晶體材料來看，4H-SiC和6H-SiC在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用最廣，其中4H-SiC主要用于制備高頻、高溫、大功率器件，而6H-SiC主要用于生產(chǎn)光電子領(lǐng)域的功率器件。

5模塊封裝

模塊封裝可以優(yōu)化碳化硅功率器件使用過程中的性能和可靠性，可靈活地將功率器件與不同的應(yīng)用方案結(jié)合。

目前，量產(chǎn)階段的相關(guān)功率器件封裝類型基本沿用了硅功率器件。碳化硅二極管的常用封裝類型以TO220為主，碳化硅MOSFET的常用封裝類型以TO247-3為主，少數(shù)采用TO247-4、D2PAK等新型封裝方式。

6終端應(yīng)用

碳化硅器件具有體積小、功率大、頻率高、能耗低、損耗小、耐高壓等優(yōu)點。當(dāng)前主要應(yīng)用領(lǐng)域：各類電源及服務(wù)器，光伏逆變器，風(fēng)電逆變器，新能源汽車的車載充電機、電機驅(qū)動系統(tǒng)、直流充電樁，變頻空調(diào)，軌道交通，軍工等。