碳化硅是當(dāng)前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導(dǎo)體材料，世界各國對(duì)碳化硅的研究很重視，美歐日等不僅從國家層面上制定了相應(yīng)的研究規(guī)劃。近日，國內(nèi)又有一個(gè)總投資30億元的項(xiàng)目，它就是天玥碳化硅，分兩期建設(shè)，一期主要生產(chǎn)碳化硅導(dǎo)電襯底，二期主要生產(chǎn)功能器件，預(yù)計(jì)年產(chǎn)值達(dá)50-60億元。

碳化硅優(yōu)勢(shì)明顯

碳化硅又叫金剛砂，是用石英砂、石油焦、木屑等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物——莫桑石，在當(dāng)代C、N、B等非氧化物高技術(shù)耐火原料中，碳化硅為應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的一種。碳化硅因具有很大的硬度而成為一種重要的磨料，但其應(yīng)用范圍卻超過一般的磨料。例如，它所具有的耐高溫性、導(dǎo)熱性而成為隧道窯或梭式窯的首選窯具材料之一，它所具有的導(dǎo)電性使其成為一種重要的電加熱元件等，化硅材料還可應(yīng)用于功能陶瓷、耐火材料、冶金原料等應(yīng)用領(lǐng)域。

廣闊的應(yīng)用范圍

碳化硅陶瓷的耐化學(xué)腐蝕性好、強(qiáng)度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系數(shù)小，且耐高溫，因而是制造密封環(huán)的理想材料。碳化硅的應(yīng)用領(lǐng)域包括功能陶瓷、高級(jí)耐火材料、磨料及冶金原料。作為磨料，它可用來做磨具，如砂輪、油石、磨頭、砂瓦類等；作為冶金脫氧劑和耐高溫材料和高純度的單晶，是制作半導(dǎo)體和碳化硅纖維的重要材料。碳化硅還可以用于制作單晶硅、多晶硅，也能在用于半導(dǎo)體、避雷針、電路元件、結(jié)構(gòu)材料等。

由于天然含量甚少，碳化硅主要多為人造，常見的方法是將石英砂與焦炭混合，利用其中的二氧化硅和石油焦，加入食鹽和木屑，置入電爐中，加熱到2000°C左右高溫，經(jīng)過各種化學(xué)工藝流程后得到碳化硅微粉。目前我國工業(yè)生產(chǎn)的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國約有碳化硅冶煉企業(yè)三百多家，年生產(chǎn)能力近三百萬噸，碳化硅加工制砂微粉生產(chǎn)企業(yè)主要分布在河南、山東、江蘇、吉林、黑龍江等省。中國的碳化硅冶煉生產(chǎn)工藝、技術(shù)裝備和單噸能耗達(dá)到世界領(lǐng)先水平，黑、綠碳化硅原塊的質(zhì)量水平也屬世界級(jí)。

為什么碳化硅仍不普及？

碳化硅器件的發(fā)展難題不是設(shè)計(jì)難題，而是實(shí)現(xiàn)芯片結(jié)構(gòu)的制作工藝，如碳化硅晶片的微管缺陷密度、外延工藝效率低、摻雜工藝的特殊要求、配套材料的耐溫等。碳化硅生產(chǎn)的另一個(gè)問題是環(huán)保，由于碳化硅在冶煉過程中會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、二氧化硫等有害氣體，同時(shí)粉塵顆粒如果處理不當(dāng)，污染非常嚴(yán)重。

除此之外，碳化硅未能大面積應(yīng)用就是因?yàn)槿鄙俸线m的用于工業(yè)化生產(chǎn)功率半導(dǎo)體器件的襯底材料，如果能解決這個(gè)難題有利于碳化硅材料在新能源汽車上的大面積應(yīng)用。最后制約碳化硅普及的就是價(jià)格，相對(duì)于硅器件，碳化硅成本更高，這是由于制造工藝和基板的昂貴。未來隨著新能源汽車的普及，或許能給硅碳產(chǎn)業(yè)帶來福音。