第三代半導(dǎo)體材料主要包括以氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶Ⅲ族氮化物、以碳化硅(SiC)為代表的寬禁帶Ⅳ族化合物以及寬禁帶氧化物,具備擊穿電場高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速率高、抗輻射能力強(qiáng)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(dòng)通信、新能源并網(wǎng)、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,正在成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。
為助力中國第三代半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展提質(zhì)增效,更好地整合國內(nèi)外第三代半導(dǎo)體行業(yè)的優(yōu)勢資源,實(shí)現(xiàn)中國半導(dǎo)體行業(yè)迅速崛起。在科技部、發(fā)改委、工信部及北京政府等相關(guān)部門大力支持下,由第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟和中關(guān)村科技園區(qū)順義園管理委員會主辦的2017國際第三代半導(dǎo)體論壇(IFWS 2017)將于2017年11月1-3日在北京首都機(jī)場希爾頓酒店召開。
其中,作為論壇的重要組成部分,“碳化硅材料與器件分會”將涵蓋SiC襯底、同質(zhì)外延和電力電子器件技術(shù)。分會廣泛征集優(yōu)秀研究成果,將邀請國內(nèi)外知名專家參加本次會議,充分展示碳化硅材料及電力電子器件技術(shù)的最新進(jìn)展。

碳化硅(SIC)被半導(dǎo)體界公認(rèn)為“一種未來的材料”,是新世紀(jì)有廣闊發(fā)展?jié)摿Φ男滦桶雽?dǎo)體材料。預(yù)計(jì)在今后5~10年將會快速發(fā)展和有顯著成果出現(xiàn)。促使碳化硅發(fā)展的主要因素是硅(SI)材料的負(fù)載量已到達(dá)極限,以硅作為基片的半導(dǎo)體器件性能和能力極限已無可突破的空間。
SIC屬于“寬禁帶”半導(dǎo)體,物理特性與硅有很大不同。單晶碳化硅(SIC)比單晶硅(SI)具有很多優(yōu)越的物理特性,例如(1)大約10倍的電場強(qiáng)度;(2)大約高3倍的熱導(dǎo)率;(3)大約寬3倍禁帶寬度;(4)大約高一倍的飽和漂移速度.理論上SIC器件的工作溫度在500℃或更高溫度,而硅器件是無法實(shí)現(xiàn)的。碳化硅的導(dǎo)熱率超過銅的導(dǎo)熱率,器件產(chǎn)生的熱量會快速傳遞,這無疑對器件的通流性能提高非常有利。
SIC有很強(qiáng)的耐輻射性,作成的器件可以在核反應(yīng)堆附近及太空中電子設(shè)備應(yīng)用,較小的透射,高的電場強(qiáng)度以及高的飽和漂移遷移率有利于器件體積減少和復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)建立。因此可以預(yù)見到不久將來,SIC材料和器件工藝的完善。部分SI領(lǐng)域被SIC來替代是指日可待的目標(biāo)。
但是,SIC器件研發(fā)工作與SIC材料一樣,西方發(fā)達(dá)國家,以大學(xué)和有實(shí)力的大公司為主體,投入大量資金、人力,并取得一定成果, 有很高水平的實(shí)驗(yàn)室樣品,僅PN結(jié)耐壓高達(dá)上萬伏。但是真正具有商業(yè)價(jià)值,能有一定生產(chǎn)量的功率器件很少。最主要原因是SIC材料質(zhì)量的制約。
當(dāng)前SIC的單極型器件的生產(chǎn),材料質(zhì)量問題的影響不大,僅影響大容量器件生產(chǎn)成品率,大功率器件采用幾個(gè)芯片并聯(lián)連接的形式進(jìn)行封裝。
在SiC襯底及同質(zhì)外延片方面,目前國際主流產(chǎn)品的尺寸是4英寸,價(jià)格以年均30%的速度下降。近期美國、日本多家公司推出6英寸SiC襯底及外延片,預(yù)計(jì)5年內(nèi)將成為市場主流。
在電力電子器件方面,目前SiC肖特基二極管(SBD)、結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)、雙極結(jié)型晶體管(BJT)以及金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)均已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),產(chǎn)品耐壓范圍600-1700 V;而實(shí)驗(yàn)室耐壓水平已經(jīng)達(dá)到10-20 kV量級。
隨著技術(shù)的進(jìn)步和SIC材料的逐漸成熟,光電子器件已滿足要求,已經(jīng)不受材料質(zhì)量影響,器件的工業(yè)生產(chǎn)成品率,可靠性等性能也符合要求。高頻器件主要包括MOSFET SCHOTTKY二極管內(nèi)的單極器件。SIC材料的微管缺陷密度基本達(dá)到要求,僅對成品率還有一定影響。高壓大功率器件用SIC材料仍需努力,需要進(jìn)一步改善材料缺陷密度。
第三代半導(dǎo)體電力電子器件的民用市場近期起步,將進(jìn)入高速發(fā)展期。SiC和GaN器件正在滲透到以電動(dòng)汽車、消費(fèi)類電子、新能源、軌道交通等為代表的民用領(lǐng)域。
總之,不論現(xiàn)在存在什么困難,半導(dǎo)體如何發(fā)展, SIC無疑是新世紀(jì)一種充滿希望的“未來的材料”。2017年11月1-3日,由第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟和中關(guān)村科技園區(qū)順義園管理委員會主辦的2017國際第三代半導(dǎo)體論壇(IFWS 2017)將在北京首都機(jī)場希爾頓酒店召開。會議臨近,期待您的到來!最新進(jìn)展,論壇君將持續(xù)跟蹤“爆料”,敬請關(guān)注中國半導(dǎo)體照明網(wǎng)。

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