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與傳統(tǒng)半導體材料硅、鍺相比，第三代半導體材料碳化硅 (Silicon Carbide, SiC) 具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率高、高溫穩(wěn)定性好以及電子飽和漂移速度高等優(yōu)勢，滿足抗輻射、耐高壓、耐高溫、高頻及大功率等的器件應用需求，在新能源汽車、充電樁、軌道交通和電網(wǎng)等多個領域廣泛應用[1-3]。SiC 的3種常見晶型包括3C、4H 和6H，其中4H-SiC 材料的各向異性較小、禁帶寬度大、擊穿電壓高、電子和空穴遷移率大，成為行業(yè)主要研究和應用對象[4]。

在接下來的一個章節(jié)里面，我們將主要介紹用砂子制備半導體級硅的方法，以及后續(xù)如何將其轉(zhuǎn)化為晶體和晶圓片(材料制備階段)，以及如何來生產(chǎn)拋光晶圓的過程(晶體生長和晶圓制備)。

北京大學物理學院凝聚態(tài)物理與材料物理研究所、納光電子前沿科學中心、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室馬仁敏教授課題組成功實現(xiàn)了莫爾相干納米激光陣列，突破了納米激光僅能實現(xiàn)單個或固定陣列相干激射的限制，展示了納米激光能夠以“P”“K”“U”和“中”“國”等圖形生成可重構(gòu)的陣列化相干激射。研究成果以《相位同步可重構(gòu)莫爾納米激光陣列》(“Reconfigurable moiré nanolaser arrays with phase synchronization”)為題，于北京時間2023年12月14日在《自然》(Nature)雜志上發(fā)表?！蹲匀弧吠诳l(fā)了以《轉(zhuǎn)角系統(tǒng)使納米激光共同閃耀》(“Twisted system makes nanolasers shine together”)為題的專題評述文章，認為該工作“為探索更小、更智能、更強大的激光光源開辟了道路”(“open an avenue for exploring smaller, smarter and more powerful laser sources”)。

隨著科技的快速發(fā)展，碳化硅（SiC）功率器件作為一種先進的電力電子設備，已經(jīng)廣泛應用于能源轉(zhuǎn)換、電機控制、電網(wǎng)保護等多個領域。本文將詳細介紹碳化硅功率器件的原理、應用、技術(shù)挑戰(zhàn)以及未來發(fā)展趨勢。

單向可控硅（SCR）和雙向可控硅（TRIAC）是兩種常見的電子元件，常用于交流電源控制和電力調(diào)節(jié)應用中。雖然它們都是可控硅器件，但它們在結(jié)構(gòu)、工作原理和特性上有很大的區(qū)別。 單向可控硅是一種單向工作的可控硅器件，也稱為單相可控硅。它由四層半導體材料構(gòu)成，其中有一個控制電極（稱為門極）用于控制器件的導通和關(guān)斷。單相可控硅只能在正向電壓時導通，如果電壓是反向的，器件會處于關(guān)斷狀態(tài)。SCR主要用于直流電源的控制和整流電路

肖特基二極管（Schottky diode）和快恢復二極管（Fast recovery diode）是常見的二極管類型，在電子應用中有各自的特點和應用。 一、工作原理和結(jié)構(gòu)設計： 肖特基二極管：肖特基二極管是由一對不同電性的金屬-半導體接觸組成，通常是金屬與n型半導體的接觸。特點是金屬在向pn結(jié)注入電荷時，無擴散層的存在，有利于電荷的注入和取出，使得它的導通特性更好。肖特基二極管中的電荷注入和去除速度快，反向恢復時間短。 快恢復二極管：快恢復二極管是普

碳化硅襯底有諸多缺陷無法直接加工，需要在其上經(jīng)過外延工藝生長出特定單晶薄膜才能制作芯片晶圓，這層薄膜便是外延層。幾乎所有的碳化硅器件均在外延材料上實現(xiàn)，高質(zhì)量的碳化硅同質(zhì)外延材料是碳化硅器件研制的基礎，外延材料的性能直接決定了碳化硅器件性能的實現(xiàn)。

SiC 功率 MOSFET 和肖特基二極管正在快速應用于電力電子轉(zhuǎn)換半導體 (PECS) 應用，例如電動汽車充電和牽引、儲能系統(tǒng)和工業(yè)電源。SiC 功率 MOSFET 已在電動汽車車載充電器中得到廣泛應用，并且在非車載充電器中也越來越受歡迎。與當前逆變器中的 Si IGBT 解決方案相比，這些器件為純電動汽車帶來了改善逆變器續(xù)航里程和/或降低成本的優(yōu)勢。服務器電源中的設備已大量出貨，牽引逆變器中的設備數(shù)量也在不斷增加。盡管 SiC MOSFET 至少從 1987 年就已經(jīng)存在，但在如此大批量和高可靠性市場的廣泛采用卻花了幾十年的時間。這是因為器件的許多方面都需要進行數(shù)量級的改進，特別是柵極氧化物的質(zhì)量和可靠性。

肖特基二極管（Schottky diode）和普通二極管（ordinary diode）是兩種常見的二極管，它們在結(jié)構(gòu)和工作原理上有著一些區(qū)別。本文將詳細探討這兩種二極管的區(qū)別。 一、結(jié)構(gòu)差異 1.1 普通二極管的結(jié)構(gòu) 普通二極管又稱普通硅二極管，它由p型半導體和n型半導體材料構(gòu)成。p型半導體的摻雜濃度比n型半導體高，形成p-n結(jié)。在結(jié)中，p型半導體的“空穴”和n型半導體的“電子”相互擴散，形成一個電場，使得電子往p型半導體流動，而空穴則往n型半導體流動，實現(xiàn)

交流硅二極管 (SIDAC) 是一種多層硅半導體開關(guān)。該組件由電壓觸發(fā)，可用作雙向開關(guān)。通常，該SIDAC用于廉價的高壓電源或點火電路。