曾經(jīng)，電子設(shè)備都是一些龐然大物，因?yàn)槔锩嬗玫碾娮庸芏际且恍┐笳婵詹ＡЧ堋Ｎ迨�年代時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)用硅（Si）和鍺（Gn）這樣的半導(dǎo)體材料，可以做出比電子管小得多的晶體管。自此，半導(dǎo)體時(shí)代展開(kāi)，地球文明進(jìn)入了一個(gè)新的階段。

 生長(zhǎng) 

在制造半導(dǎo)體器件時(shí)，對(duì)半導(dǎo)體材料的純度要求非常高。這是因?yàn)殡s質(zhì)，特別是重金屬快擴(kuò)散雜質(zhì)和深能級(jí)雜質(zhì)，會(huì)對(duì)材料的性能產(chǎn)生重大影響。因此，半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)需要超凈的生產(chǎn)環(huán)境，以盡量減少雜質(zhì)污染。半導(dǎo)體不僅為我們的生活帶來(lái)了極大的便利，而且還是現(xiàn)代科技發(fā)展的關(guān)鍵所在。半導(dǎo)體材料的發(fā)展史更是一段跨越了幾個(gè)世紀(jì)的科技進(jìn)步史，其重要性在現(xiàn)代科技社會(huì)中尤為顯著。
 

第一代半導(dǎo)體材料是指硅、鍺元素等單質(zhì)半導(dǎo)體材料，鍺做的晶體管曾經(jīng)也是流行的老大，但由于速度較慢、不耐熱等缺點(diǎn)，在八十年代初就被硅基管給取代了，一直到現(xiàn)今，90%以上的芯片都是以硅為基底，晶圓也基本都是硅片（就是沙子）。

第二代半導(dǎo)體材料主要是指化合物半導(dǎo)體材料，如砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InP），相比硅基管，電子遷移率高、速度快，適合光電和射頻領(lǐng)域，但缺點(diǎn)也較明顯（比如有毒、硬度不足等）；
 

第三代半導(dǎo)體材料指的是寬禁帶半導(dǎo)體材料，其中最重要的就是碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等。和傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料相比，更寬的禁帶寬度允許材料在更高的溫度、更強(qiáng)的電壓與更快的開(kāi)關(guān)頻率下運(yùn)作，器件的輸出功率、穩(wěn)定性和可靠性可以大大提高。目前以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料發(fā)展風(fēng)頭正盛，有材料顯示，在第三代半導(dǎo)體材料中，碳化硅占整體產(chǎn)值的80%。

 未果

這幾年，要說(shuō)風(fēng)頭最盛、賺錢(qián)最多的，還得是碳化硅。碳化硅主要用于電動(dòng)汽車(chē)（約80%）及新能源領(lǐng)域（約20%），隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，碳化硅元件的需求與市場(chǎng)規(guī)模勢(shì)必繼續(xù)上升。

2018年，特斯拉將自家Model 3車(chē)型上硅基的功率半導(dǎo)體換成了碳化硅——因?yàn)樘蓟�硅的材料上限更高，它的禁帶寬度是硅的三倍，熱�?dǎo)率也是硅的三倍，擊穿場(chǎng)強(qiáng)更是硅的九倍，特別的耐熱耐高壓，讓電動(dòng)車(chē)的充電速度更快、更安全，續(xù)航也更久。

碳化硅顆粒

但是，碳化硅并不能替代硅，這里面最主要的是一個(gè)原因，還是成本。把碳化硅帶火的特斯拉在今年三月宣布，其下一代電動(dòng)車(chē)將大幅減少碳化硅的使用，因?yàn)樘蓟�硅做的晶體管雖然哪哪都好，但它的成本是硅制晶體管的4倍，且生產(chǎn)速度較慢。此消息一出，作為全球碳化硅龍頭的Wolfspeed，其股價(jià)在特斯拉宣布減少碳化硅使用后出現(xiàn)了重挫。同時(shí)，其他積極投入碳化硅的國(guó)際大廠(chǎng)，如意法半導(dǎo)體、英飛凌等，股價(jià)也同步大跌。

還有一個(gè)原因就是，碳化硅晶體生長(zhǎng)時(shí)間實(shí)在是比硅慢多了，且生長(zhǎng)過(guò)程中很容易“長(zhǎng)歪”，需要非常嚴(yán)格的技術(shù)把控。再加上碳化硅的硬度在莫氏硬度中具體表現(xiàn)為9.2-9.5——要知道金剛石硬度的硬度是10，硅的硬度是6.5，無(wú)疑又在生成過(guò)程中增加了切割時(shí)間成本。受到新冠疫情、美國(guó)對(duì)華芯片禁令等因素的影響，全球芯片供應(yīng)鏈出現(xiàn)緊張，許多企業(yè)難以采購(gòu)到足夠的芯片，導(dǎo)致生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響。在全球緊張供應(yīng)鏈問(wèn)題的前提下，連硅基芯片都不能保證供貨，碳化硅就更難以保證了。

雖然碳化硅芯片可以實(shí)現(xiàn)較高的功率密度，但由于其制造工藝的限制，碳化硅芯片的產(chǎn)能和企業(yè)信任度相對(duì)于傳統(tǒng)硅芯片來(lái)說(shuō)仍然較為爭(zhēng)議，短期內(nèi)的供給也不夠。

此外，國(guó)內(nèi)碳化硅企業(yè)與國(guó)際大廠(chǎng)的合作也日益增多。例如，三安光電與意法半導(dǎo)體共同宣布，將斥資50億美元在重慶建立一座8英寸SiC襯底廠(chǎng)；英飛凌與天科合達(dá)、天岳先進(jìn)宣布牽手合作，兩家國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商將為英飛凌供應(yīng)6英寸SiC材料；中電化合物也與韓國(guó)Power Master簽訂了長(zhǎng)期供應(yīng)8英寸在內(nèi)的碳化硅材料的協(xié)議。

碳化硅除了成本和產(chǎn)能問(wèn)題，還面臨許多其他方面的爭(zhēng)議。便宜又穩(wěn)定的硅基管短期內(nèi)不可能退出市場(chǎng)，不過(guò)，可以期待一下傳說(shuō)中的第四代超寬帶半導(dǎo)體會(huì)不會(huì)在碳化硅打出一片天之前超車(chē)呢。