碳化矽 (SiC) 基板之所以採用碳化矽作為原料，主要是因為其具有卓越的物理、化學和電氣特性，使其特別適用於高性能電子和功率元件應用。以下是其主要原因的詳細說明：
1. 優異的物理和化學穩定性
- 高熱導率：碳化矽的熱導率高達約490 W/m·K（遠高於矽的約150 W/m·K），可實現高效率散熱。這對於高功率設備（例如功率模組、汽車電子設備）防止過熱並保持可靠性至關重要。
- 高熔點：碳化矽的熔點約為 2,700°C，可承受高溫而不會降解，因此能夠在惡劣環境中運作（例如航空航天、工業馬達）。
- 化學惰性：碳化矽基板耐腐蝕、耐氧化、耐刺激性化學物質，是暴露在惡劣條件下的應用（例如石油和天然氣勘探、高溫感測器）的理想選擇。
2. 半導體裝置的優異電氣性能
- 寬頻隙：SiC 的帶隙約為 3.2 eV（而矽的帶隙約為 1.1 eV），這意味著它能夠承受更高的電壓，並在更高的溫度下工作，同時降低能量損耗。這使得它非常適合用於需要低功耗和高效率的高壓功率元件（例如電動車逆變器、再生能源電網）。
- 高擊穿場強：SiC 的擊穿場強（約 2.5 × 10^6 V/cm）約為矽的 10 倍，因此可以設計出更薄、更緊湊的裝置，並降低開關損耗。例如，基於 SiC 的功率 MOSFET 和二極體可承受高達 10 kV 的電壓，使其成為下一代電力電子裝置的關鍵。
- 高電子遷移率：在高電場下，碳化矽中的電子移動速度比矽更快，進而達到電晶體更快的開關速度。這對於5G基地台和雷達系統等高頻應用至關重要。
3. 與先進半導體製造製程的兼容性
- 晶體結構和純度：SiC 可以生長成高純度、極低缺陷的單晶，從而確保穩定的電氣性能。現代外延技術（例如化學氣相沉積 (CVD)）能夠在 SiC 基板上製備用於裝置製造的高品質薄膜。
- 與寬頻隙材料的整合：SiC 可作為其他寬頻隙半導體（如氮化鎵 (GaN)）的基板，從而實現結合兩種材料優點的混合元件結構（例如，用於高功率、高頻應用的 GaN-on-SiC 異質結構）。
4.環境與效能優勢
- 能源效率：基於 SiC 基板的裝置能耗更低，發熱量更低，有助於減少碳足跡。例如，與矽基元件相比，電動車中採用 SiC 基逆變器可將電池續航里程提升 5-10%。
- 小型化：高擊穿場允許更薄的裝置層，從而實現更小、更輕的組件。這對於便攜式電子、航空航天和汽車等空間和重量至關重要的應用至關重要。
5.市場需求與科技趨勢
- 高功率應用的成長：隨著各行各業轉型為電氣化（例如電動車、再生能源儲存），高壓、高效能功率元件的需求激增。 SiC 基板是滿足此需求的關鍵。
- 5G 和新一代通訊：SiC 的高頻功能使其成為 5G 基礎設施必不可少的，其中設備必須同時處理高功率和資料速率。
摘要：為什麼選擇 SiC 作為原料？
| 財產 | SiC優勢 | 對基材使用的影響 |
|---|---|---|
| 寬頻隙 | 耐高電壓和高溫 | 實現低損耗、高功率設備 |
| 高導熱性 | 高效率散熱 | 防止緊湊設計中的過熱 |
| 高擊穿場 | 薄的高壓元件層 | 支援更小、更強大的組件 |
| 化學穩定性 | 抵抗惡劣環境 | 適用於工業、航空航太和汽車用途 |
| 高電子遷移率 | 快速切換速度 | 對高頻通訊至關重要 |
總之，碳化矽獨特的物理、化學和電學特性組合使其成為在嚴苛環境下需要高性能、高可靠性和高效率的先進電子設備中基板的首選材料。