最後更新:2026年10月8日半導體材料SiC・GaN・RF 半導體製造中國大陸:碳化硅(SiC)

碳化矽(SiC)是什麼

Silicon Carbide (SiC)

碳化矽(SiC)是由矽與碳構成的IV-IV族化合物半導體,具備寬能隙、高崩潰電場與高熱傳導率,是優異的功率半導體材料。與相同耐壓設計的矽元件相比,導通電阻可降至1/300以下。

目錄5 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關企業
  4. 相關用語
  5. 比較文章

定義與原理

SiC(碳化矽,Silicon Carbide)是由矽(Si)與碳(C)構成的IV-IV族化合物半導體,具備寬能隙(4H-SiC為3.26eV)、高崩潰電場(約3MV/cm)、高熱傳導率(約5W/cm·K)與高電子飽和速度,是優異的功率半導體材料。其最大特點是:與相同耐壓設計的矽元件相比,導通電阻可降低至1/300以下。

SiC MOSFET作為電動車(EV)的主逆變器(將電池電力轉換後供給馬達),採用正快速擴大。特斯拉(Tesla)Model 3的主逆變器(採用意法半導體製SiC)是代表性案例,有助於延長EV續航里程並提升充電效率。目前Wolfspeed(原Cree)、意法半導體(STMicroelectronics)、英飛凌(Infineon)、羅姆(ROHM)、安森美(onsemi)是主要的SiC元件廠商,在市場上相互競爭。

SiC晶圓(基板)的製造需要特殊技術。由於無法像矽一樣採用從熔融狀態拉晶的CZ法,必須以PVT(Physical Vapor Transport:昇華法)在1800~2400℃的高溫下花費數週時間成長單晶晶棒。大尺寸化(4吋→6吋→8吋)持續推進,但降低缺陷(微管、差排)密度與提升良率仍是課題。

SiC元件製造需要不同於一般矽製程的技術。SiC的離子佈植需要在高溫(500~1000℃)下佈植,並進行超高溫(1600℃以上)的活化退火。由於SiC熱氧化膜(SiO₂)的界面品質不如矽氧化膜,界面鈍化處理(在NO、N₂O氣氛中退火)不可或缺。

就市場成長而言,預估2023~2030年SiC元件市場將以年增率30%以上成長,EV、工業馬達、PV(太陽能)逆變器與充電基礎設施的需求急增。Wolfspeed與意法半導體正大規模擴建SiC晶圓廠;製造設備方面,Axcelis(離子佈植)、應用材料(Applied Materials,CVD/PVD/蝕刻)、Veeco(磊晶設備)是主要供應商。

碳化矽(SiC)的常見問題

什麼是SiC(碳化矽)?
能隙約3.3eV的寬能隙半導體。具備高耐壓、耐高溫、低損耗的特性,用於EV逆變器及電力轉換用的功率半導體。
SiC與Si有什麼不同?
SiC比Si更耐高電壓與高溫,電力損耗也較小,有助於延長EV續航里程及充電器小型化。
SiC的主要用途是什麼?
EV與油電混合車的逆變器、鐵路、太陽能發電的功率調節器、快速充電器等,需要將大電力高效率轉換的用途。

相關設備・材料

相關企業

比較文章

所屬主題