頂點商城2021年12月24日，第三代半導體材料主要是指碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）。早在幾年前，各半導體大廠就開始爭先布局第三代半導體材料。那么，碳化硅基器件與傳統硅基器件在性能上有什么差別呢？在成本和應用上又是怎樣的？今天就來聊一聊。
以電流、電壓、頻率、溫度和效率等作為參考因素，硅基器件在低頻率下具有更好的性能優勢。在高頻率情況下，開關的損耗就明顯增大，硅基器件的效率就開始大幅下降。碳化硅器件的核心優勢在高電壓、高功率和高頻率應用上，這也是碳化硅和氮化鎵最核心的應用領域。這也是為什么碳化硅功率器件一般都是大型分立器件的原因。
從電壓的因素來看不同材料器件的競爭力的話，硅基器件最有競爭力的電壓范圍是15V至600V，在這個電壓范圍內，硅基器件具有便宜、耐用、可靠和耐大電流等優點。氮化鎵器件的優勢電壓范圍是在100V至900V，部分電壓區間與硅基器件重疊，那就根據成本和性能自行篩選了。一旦電壓超過900V，在900V至10KV的范圍內，那就必須選擇碳化硅器件了。這也是在說到第三代半導體材料時，碳化硅的出現頻率會高于氮化鎵的原因了，因為碳化硅器件相比氮化鎵器件具有更嚴格的不可替代性。也正是因為其耐高壓的特性，第三代半導體材料在高壓供電、電動汽車等領域占據了主導地位。
據權威機構的技術路線預測，未來碳化硅器件的應用將會主要集中在電力供應、電動汽車等領域，太空領域和數據中心也會成為碳化硅器件應用比較重要的領域。
雖然功率器件未來的發展方向已經確定了是以碳化硅和氮化鎵等第三代半導體材料為主，但目前來，第三代半導體材料在應用上還存在著一些問題，比如可靠性、技術人才儲備、成本問題等。單從襯底的制造過程來看，碳化硅材料就比碳材料要復雜得多。制造的復雜程度直接與勞動成本和時間成本掛鉤，進而全部轉化為購買成本。據統計，一個碳化硅器件50%-70%的成本要花在碳化硅起始晶圓上。因此，降低第三代半導體材料晶圓的成本是當務之急。
一切成本的降低，都是以技術成熟為條件的。碳化硅晶圓的發展比硅晶圓足足落后了三十年，而成本比硅晶圓高出了三倍。一個用于光伏逆變器的半導體器件，采用碳化硅材料的成本是硅基材料成本的三倍。
雖然單個碳化硅器件的成本很高，但是從折舊的角度來看，總成本卻比硅基器件要低。由于碳化硅器件可以在更高的功率下工作，相應的就可以減小其他部件的用量，比如磁鐵的體積和重量，總體算下來，系統成本是降低的。但是，如果能夠將碳化硅器件的成本降下來，那么系統成本將會更具優勢。
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