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　　全球有40%的能量作為電能被消耗了, 而電能轉(zhuǎn)換最大耗散是半導(dǎo)體功率器件。我國(guó)作為世界能源消費(fèi)大國(guó), 如何在功率電子方面減小能源消耗成了一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)難題。伴隨著第三代半導(dǎo)體電力電子器件的誕生，以碳化硅和氮化鎵為代表的新型半導(dǎo)體材料走入了我們的視野。

　　早在1893年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者法國(guó)化學(xué)家亨利莫桑（Henri Moissan）在非洲發(fā)現(xiàn)了晶瑩剔透的碳化硅（SiC）單晶碎片。由于SiC是硬度僅次于金剛石的超硬材料，SiC單晶和多晶材料作為磨料和刀具材料廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工行業(yè)。作為半導(dǎo)體材料應(yīng)用，相對(duì)于Si，SiC具有10倍的電場(chǎng)強(qiáng)度，高3倍的熱導(dǎo)率，寬3倍禁帶寬度，高一倍的飽和遷移速度。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，SiC半導(dǎo)體材料在三個(gè)方面被認(rèn)為具有很大的市場(chǎng)潛力： SiC同質(zhì)外延用于高電壓大功率電力電子器件；高阻SiC基體材料用于生長(zhǎng)GaN HEMT射頻器件；在SiC基體材料上生長(zhǎng)GaN LED高亮度LED外延。

　　從80年代開(kāi)始以美國(guó)CREE公司為代表的國(guó)際企業(yè)就開(kāi)始專(zhuān)注于半導(dǎo)體應(yīng)用的SiC材料商用化的開(kāi)發(fā)。2000年起英飛凌首先開(kāi)發(fā)出600V SiC肖特基二極管（SBD）與其COOLMOS配套使用與通訊電源的PFC應(yīng)用拉開(kāi)了SiC電力電子器件市場(chǎng)化的幕布。隨后CREE，ST，羅姆等企業(yè)也紛紛推出了SBD的全系列產(chǎn)品。從2014年開(kāi)始CREE，羅姆，GE開(kāi)始在市場(chǎng)上推廣MOSFET器件。

　　氮化鎵（GaN）因?yàn)槿狈线m的單晶襯底材料，基本上是在藍(lán)寶石，SiC或者Si的基板材料上采用MOCVD或者M(jìn)BE等外延技術(shù)生長(zhǎng)出基本的器件結(jié)構(gòu)，由于是異質(zhì)外延，因此材料缺陷比較多，位錯(cuò)密度比較大，在上世紀(jì)90年代以前發(fā)展緩慢。進(jìn)入90年代以后，日本在LED應(yīng)用技術(shù)上取得了巨大的進(jìn)展，特別是在中國(guó)大陸在過(guò)去10多年LED市場(chǎng)的高速發(fā)展，帶動(dòng)了GaN材料產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

　　由于CREE在電力電子用碳化硅材料和器件的壟斷地位迫使很多功率企業(yè)采取GaN技術(shù)路線作為下一代功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展方向。為了降低成本，基本上采用Si襯底上生長(zhǎng)GaN外延并采用成熟的CMOS兼容工藝制備器件。近年來(lái)GaN的單晶基體材料也有了突破進(jìn)展，已經(jīng)能夠生長(zhǎng)出2英寸外延。美國(guó)曾經(jīng)有一家企業(yè)AVOGY曾經(jīng)試圖采用GaN同質(zhì)外延生產(chǎn)PIN功率二極管和其他開(kāi)關(guān)管，但是由于材料成本昂貴，并不成功。目前GaN單晶材料主要還是用于光電器件，比如激光器和太赫茲等領(lǐng)域。

　　SiC和GaN電力電子器件由于本身的材料特性，各自都有各自的優(yōu)點(diǎn)和不成熟處，因此在應(yīng)用方面有區(qū)別 。一般的業(yè)界共識(shí)是：SiC適合高于1200V的高電壓大功率應(yīng)用；GaN器件更適合于40-1200V的高頻應(yīng)用。在600V和1200V器件應(yīng)用領(lǐng)域，SiC和GaN形成競(jìng)爭(zhēng)。

　　如果說(shuō)在電力電子器件方面，SiC和GaN存在著競(jìng)爭(zhēng)，那么在射頻器件和射頻IC方面，SiC和GaN是完美的一對(duì)兒，基本材料結(jié)構(gòu)是在高阻（高純度）的SiC基體上生長(zhǎng)GaN外延。圖一這張表比較了SiC, GaN和Si作為半導(dǎo)體材料應(yīng)用的特征參數(shù)。

　　▲圖一、SiC, GaN和Si作為半導(dǎo)體材料應(yīng)用的特征參數(shù)的比較