黄京才，白朝辉

（西安卫光科技有限公司，陕西西安 710065）

0 引言

目前，以硅器件为基础的电力电子器件的性能已随其结构设计和制造工艺的相当完善而接近其由材料特性决定的理论极限，依靠硅器件继续完善和提高电力电子装置与系统性能的潜力已十分有限。

以SiC，GaN为代表的宽禁带半导体材料，是继以硅和砷化镓为代表的第一代、第二代半导体材料之后迅速发展起来的新型半导体材料。表1列出了不同半导体材料的特性对比［1］。

表1 不同半导体材料的特性对比

从表中可以看出，它们具有以下特点:（1）热导率高，工作温度可以达到600℃，从而器件的冷却系统可大为简化，其中SiC为4.9 W/cm·℃，优势更加明显;SiC热导率远远高于大多数半导体，室温时几乎高于所有金属;莫氏硬度高于GaAs和Si，达到9级，仅次于金刚石;便于器件工艺流片和实施高密度大功率集成;（2）电子饱和漂移速度高，适于微波频段工作;（3）击穿电场高，能够实现高工作电压;（4）禁带宽度宽，本征载流子浓度低，4H-SiC为8.2×10-9/cm3，GaN为1.9×10-10/cm3，便于管芯隔离;（5）抗辐照能力比GaAs和Si强1～2个数量级，另外开关损耗低1～2个数量级。SiC材料的宽禁带和高温稳定性使得其在高温半导体器件方面有无可比拟的优势。

1 国际发展

从20世纪90年代起，美国国防部（DOD，department of defense）就开始支持SiC功率器件研究，SiC功率器件样品相继问世。1987年以SiC材料和器件为研究方向Cree公司由美国国防部资助成立为海军和空军装备作预先研究，从此SiC材料和电子器件进入飞速发展的新阶段［2］。

SiC器件的发展是伴随着SiC单晶衬底材料的发展而进行的。……