几十年来，硅（Si）一直是半导体行业的主要材料——从微处理器到分立功率器件，无处不在。然而，随着汽车和可再生能源等领域对现代电力需求应用的发展，硅的局限性变得越来越明显。
随着行业不断探索解决方案，宽禁带（WBG）材料，包括碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），被视为解决之道。禁带宽度描述了价带顶部和导带底部之间的能量差。硅的禁带宽度相对较窄，为1.1电子伏特（eV），而SiC和GaN的禁带宽度分别为3.3eV和3.4eV。
图 1 - 宽禁带材料的物理特性（资料来源：安森美）
这些特性意味着宽禁带材料的特性更像绝缘体，能够在更高的电压、频率和温度下工作。因此，它们非常适合用于电动汽车（EV）和可再生能源等领域的功率转换应用。
碳化硅（SiC）并非新鲜事物，作为研磨材料已有超过一个世纪的生产历史。然而，由于具有适合高压、大功率应用的诱人特性，SiC正逐渐崭露头角。SiC的物理特性，如高热导率、高饱和电子漂移速度和高击穿电场，使得SiC设计相比硅MOSFET或IGBT具有极低的损耗、更快的开关速度和更小的几何尺寸。
许多业内人士将SiC视为具有竞争优势的原材料，因为它能够在减小尺寸、重量和成本的同时提高效率。由于SiC系统的工作频率更高，无源器件的体积更小，损耗更低，因此所需的散热措施也更少。最终，这将实现许多现代应用所需的更高功率密度。
图 2 - SiC 在许多应用中都具有优势（来源：安森美）
在选择材料的同时，在SiC功率器件中采用新的裸片连接技术有助于消除器件中的热量。烧结等技术可在裸片和衬底之间形成牢固的结合，并确保可靠的互连性。因此，它可以提高热传导效率，改善散热性能。
SiC通常用于高压应用（>650V），但在 1200V 及更高电压下，碳化硅开始发挥显著作用，成为太阳能逆变器和电动汽车充电的最佳解决方案。它也是固态变压器的关键推动因素，在固态变压器中，半导体将取代磁性元件。
SiC的制造并不容易，首先，颗粒的纯度必须极高，并且SiC晶锭需要高度的一致性。由于SiC材料永远不会变成液态，因此晶体不能从熔融状态中生长出来，而是需要在气相技术中通过仔细控制的压力来实现，这种技术称为升华法。为了实现这一点，SiC粉末被放置在熔炉中并加热到超过2200°C，使其升华并在籽晶上结晶。然而，即便如此，生长速度也非常缓慢，每小时最多只能生长0.5毫米。
SiC的极端硬度使得即使使用金刚石锯切割也十分困难，这使得与硅相比，制造晶圆更具挑战性。虽然可以使用其他技术，但这些技术可能会在晶体中产生缺陷。
由于SiC是一种非常容易产生缺陷的材料，且掺杂工艺具有挑战性，生产出缺陷少的大尺寸晶圆并不容易。尽管如此，安森美（onsemi）公司现在已可以常规生产8英寸的衬底。