半導(dǎo)體是一種介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，它具有導(dǎo)電性可控的特點(diǎn)。當(dāng)半導(dǎo)體受外界光和熱的刺激時(shí)，其導(dǎo)電能力將會(huì)有顯著變化，在純凈半導(dǎo)體中加入微量雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力會(huì)急劇增強(qiáng)。自科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)硫化銀以來(lái)，半導(dǎo)體材料硅、鍺、硼、銻、碳化硅和氮化鎵等相繼被發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用。
我們生活的方方面面都離不開(kāi)半導(dǎo)體技術(shù)，電器、燈光、手機(jī)、電腦、電子設(shè)備等都需要半導(dǎo)體材料制造，碳化硅（SIC）與氮化鎵（GaN）屬于第三代半導(dǎo)體材料，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。
碳化硅與氮化鎵的相同之處
碳化硅與氮化鎵均屬于寬禁帶半導(dǎo)體材料，它們具有禁帶寬度大、電子漂移飽和速度高、介電常數(shù)小、導(dǎo)電性能好的特點(diǎn)。隨著市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體器件微型化、導(dǎo)熱性的高要求，這類(lèi)材料的市場(chǎng)需求暴漲，適用于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件。
碳化硅與氮化鎵的優(yōu)點(diǎn)與不足
碳化硅又叫金剛砂，是用石英砂、石油焦、木屑等原料通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見(jiàn)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。目前我國(guó)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。
氮化鎵是氮和鎵的化合物，是一種直接能隙的半導(dǎo)體，該化合物結(jié)構(gòu)類(lèi)似纖鋅礦，硬度很高。氮化鎵的能隙很寬，為3.4電子伏特，可以用在高功率、高速的光電元件中，如氮化鎵可以用在紫光的激光二極管，可以在不使用非線性半導(dǎo)體泵浦固體激光器的條件下，產(chǎn)生紫光激光。
碳化硅與氮化鎵的應(yīng)用領(lǐng)域和難點(diǎn)
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(guó)對(duì)碳化硅的研究很重視，美歐日等不僅從國(guó)家層面上制定了相應(yīng)的研究規(guī)劃。
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(guò)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。除此之外，碳化硅材料還可應(yīng)用于功能陶瓷、耐火材料、冶金原料等應(yīng)用領(lǐng)域。
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(wèn)題是環(huán)保，由于碳化硅在冶煉過(guò)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。
氮化鎵是研制微電子器件、光電子器件的新型半導(dǎo)體材料，在光電子、激光器、高溫大功率器件和高頻微波器件應(yīng)用方面有著廣闊的前景。
氮化鎵材料的發(fā)展難題有三個(gè)，一是如何獲得高質(zhì)量、大尺寸的GaN籽晶，因?yàn)橹苯硬捎冒睙岱椒ㄅ嘤粋€(gè)兩英寸的籽晶需要幾年時(shí)間；二是對(duì)于氮化鎵材料，長(zhǎng)期以來(lái)由于襯底單晶沒(méi)有解決，異質(zhì)外延缺陷密度相當(dāng)高，因?yàn)榈墭O性太大，難以通過(guò)高摻雜來(lái)獲得較好的金屬-半導(dǎo)體的歐姆接觸，工藝制造較復(fù)雜；三是氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈尚未完全形成。
碳化硅與氮化鎵的制造工藝
由于天然含量甚少，碳化硅主要多為人造，常見(jiàn)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(guò)各種化學(xué)工藝流程后得到碳化硅微粉。
法國(guó)和瑞士科學(xué)家首次使用氮化鎵在(100)-硅(晶體取向?yàn)?00)基座上，成功制造出了性能優(yōu)異的高電子遷徙率晶體管(HEMTs)。據(jù)OFweek電子工程網(wǎng)獲悉，珠海一家公司擁有8英寸硅基氮化鎵量產(chǎn)生產(chǎn)線，這是中國(guó)首條實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的8英寸硅基氮化鎵生產(chǎn)線。當(dāng)前氮化鎵的工藝制造難題是薄膜冷卻時(shí)受熱錯(cuò)配應(yīng)力的驅(qū)動(dòng)下，容易發(fā)生破裂或翹曲，成為硅基氮化鎵大英寸化的主要障礙。
碳化硅與氮化鎵或?qū)⒊砂雽?dǎo)體市場(chǎng)主流
隨著國(guó)家對(duì)第三代半導(dǎo)體材料的重視，近年來(lái)，我國(guó)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)發(fā)展迅速。其中以碳化硅與氮化鎵為主的材料備受關(guān)注。碳化硅與氮化鎵很多相同的地方，比如均有著好的前景，材料特性?xún)?yōu)于第一第二代半導(dǎo)體材料等。兩者特性的不同造就了其不同的應(yīng)用領(lǐng)域，未來(lái)，碳化硅與氮化鎵將發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，相輔相成，一起撐起半導(dǎo)體應(yīng)用的天空。
盡管如此，但碳化硅與氮化鎵的產(chǎn)業(yè)難題仍待解決，如我國(guó)材料的制造工藝和質(zhì)量并未達(dá)到世界頂級(jí)，材料制造設(shè)備依賴(lài)于進(jìn)口嚴(yán)重，碳化硅與氮化鎵材料和器件方面產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成等，這些問(wèn)題需逐步解決，方可讓國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體材料屹立于世界頂尖行列。