半導體是一種介于導體與絕緣體之間的材料,，它具有導電性可控的特點,。當半導體受外界光和熱的刺激時,，其導電能力將會有顯著變化,，在純凈半導體中加入微量雜質,，其導電能力會急劇增強。自科學家法拉第發(fā)現硫化銀以來,，半導體材料硅,、鍺、硼,、銻,、碳化硅和氮化鎵等相繼被發(fā)現與應用。

我們生活的方方面面都離不開半導體技術,，電器,、燈光、手機,、電腦,、電子設備等都需要半導體材料制造，碳化硅（SIC）與氮化鎵（GaN）屬于第三代半導體材料,，有著非常廣闊的應用前景,。

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,、介電常數小,、導電性能好的特點。隨著市場對半導體器件微型化,、導熱性的高要求,，這類材料的市場需求暴漲，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,，在當代C、N,、B等非氧化物高技術耐火原料中,，碳化硅為應用最廣泛、最經濟的一種,。目前我國工業(yè)生產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體,，該化合物結構類似纖鋅礦，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體泵浦固體激光器的條件下,，產生紫光激光,。

碳化硅與氮化鎵的應用領域和難點

碳化硅是當前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導體材料，世界各國對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，但其應用范圍卻超過一般的磨料,。例如,，它所具有的耐高溫性,、導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,，碳化硅材料還可應用于功能陶瓷、耐火材料,、冶金原料等應用領域,。

碳化硅器件的發(fā)展難題不是設計難題，而是實現芯片結構的制作工藝,，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。碳化硅生產的另一個問題是環(huán)保,，由于碳化硅在冶煉過程中會產生一氧化碳,、二氧化硫等有害氣體，同時粉塵顆粒如果處理不當,，污染非常嚴重,。

氮化鎵是研制微電子器件、光電子器件的新型半導體材料,，在光電子,、激光器、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景,。

氮化鎵材料的發(fā)展難題有三個,，一是如何獲得高質量、大尺寸的GaN籽晶,，因為直接采用氨熱方法培育一個兩英寸的籽晶需要幾年時間,；二是對于氮化鎵材料，長期以來由于襯底單晶沒有解決,，異質外延缺陷密度相當高,，因為氮化鎵極性太大，難以通過高摻雜來獲得較好的金屬-半導體的歐姆接觸,，工藝制造較復雜,；三是氮化鎵產業(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，經過各種化學工藝流程后得到碳化硅微粉,。

法國和瑞士科學家首次使用氮化鎵在(100)-硅(晶體取向為100)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OFweek電子工程網獲悉,，珠海一家公司擁有8英寸硅基氮化鎵量產生產線,，這是中國首條實現量產的8英寸硅基氮化鎵生產線。當前氮化鎵的工藝制造難題是薄膜冷卻時受熱錯配應力的驅動下,，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。

碳化硅與氮化鎵或將成半導體市場主流

隨著國家對第三代半導體材料的重視,，近年來,，我國半導體材料市場發(fā)展迅速。其中以碳化硅與氮化鎵為主的材料備受關注,。碳化硅與氮化鎵很多相同的地方,，比如均有著好的前景，材料特性優(yōu)于第一第二代半導體材料等,。兩者特性的不同造就了其不同的應用領域,，未來，碳化硅與氮化鎵將發(fā)揮各自的優(yōu)勢,，相輔相成,，一起撐起半導體應用的天空。

盡管如此,，但碳化硅與氮化鎵的產業(yè)難題仍待解決,，如我國材料的制造工藝和質量并未達到世界頂級，材料制造設備依賴于進口嚴重,，碳化硅與氮化鎵材料和器件方面產業(yè)鏈尚未形成等,，這些問題需逐步解決，方可讓國產半導體材料屹立于世界頂尖行列,。