以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)等為代表的第三代半導(dǎo)體材料，具有高擊穿場強(qiáng)、高熱導(dǎo)率、高電子飽和速率、高抗輻射能力等優(yōu)越性能，是固態(tài)光源和電力電子、微波射頻器件的“核芯”，在半導(dǎo)體照明、新一代移動通信、智能電網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車、消費(fèi)類電子等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，可望成為支撐信息、能源、交通、國防等發(fā)展的重點(diǎn)新材料，正在成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。
11月15日-17日，2016中國(北京)跨國技術(shù)轉(zhuǎn)移大會暨第三代半導(dǎo)體國際論壇（以下簡稱“跨國技術(shù)轉(zhuǎn)移大會”）在北京國際會議中心舉行，第十三屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇并與之同期同地舉行。其中，在11月17日召開的“碳化硅電力電子器件技術(shù)分會”現(xiàn)場，聚集了來自全球各地頂尖專家，高質(zhì)量報(bào)告密集發(fā)布，亮點(diǎn)十足。
會上，來自美國倫斯勒理工大學(xué)教授周達(dá)成分享了“高電壓碳化硅功率器件的研究進(jìn)展”主題報(bào)告。他表示， SiC以其具有吸引力的材料特性，成為電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用中的一種寬帶隙半導(dǎo)體材料。目前，SiC的高電壓功率器件可以商品化，性能提高了，因此常規(guī)的硅器件相比，功率損耗更小，能量效率更高，正在沖擊先進(jìn)的電力電子學(xué)系統(tǒng)。
報(bào)告中，詳細(xì)介紹了SiC功率器件的類型和結(jié)構(gòu)，包括其性能方面的潛力和目前的狀況。在各個(gè)功率范圍內(nèi)（低、中、高），并介紹了目前的商業(yè)化發(fā)展趨勢，并且提出這些新興半導(dǎo)體器件遇到并且亟需解決的挑戰(zhàn)。
周達(dá)成教授表示，由于同屬于間接帶隙半導(dǎo)體材料，并且加工過程有很多相似之處，因此，SiC功率器件的結(jié)構(gòu)與硅功率器件的結(jié)構(gòu)十分相似。
在低功率（<500W）和閉鎖電壓（<600V）區(qū)域，300V的肖特基二極管和600V的SiC功率MOSFETs是可以獲得的，但它們與Si和GaN器件具有很強(qiáng)的競爭。在中等功率和閉鎖電壓下，1.2kV的垂直面SiC功率MOSFET可以獲得，1.7-3.3kV很快可以實(shí)現(xiàn)。
通過提高轉(zhuǎn)換頻率的上限，并且提高發(fā)動機(jī)和功率轉(zhuǎn)換器的能量效率和功率密度，SiC功率器件能夠替代Si IGBT。在高功率（>1MW）和超高閉鎖電壓（>5kV）范圍，發(fā)展了SiC IGBT和超級連接的SiCMOSFET，使之前在硅工藝中不能實(shí)現(xiàn)的單級轉(zhuǎn)換技術(shù)成為可能。最近，實(shí)驗(yàn)證明了n型摻雜的襯底制造的超高電壓雙定向的SiC IGBT。
周達(dá)成教授表示，為了獲得市場的廣泛接收，SiC功率器件需要在長期可靠性和低成本方面繼續(xù)努力。因此，我們期待SiC功率期間技術(shù)將會成為一種重要的有效利用能源的功率電子系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)很寬范圍的功率水平。
