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SiC功率半导体器件的优势和发展前景SiC（碳化硅）功率半导体器件是一种新兴的半导体材料，具有许多优势和广阔的发展前景。
以下是SiC功率半导体器件的优势和发展前景。
1.高温工作能力：与传统的硅功率半导体器件相比，SiC器件能够在高温环境下工作，其工作温度可达到300摄氏度以上。
这使得SiC器件在航空航天、军事装备和汽车等应用领域具有巨大的潜力。
2.高电压耐受能力：SiC器件具有更高的击穿电场强度和较低的导通电阻，可以实现更高的电压耐受能力。
这使得SiC器件在高压和高电场应用中具有优势，如电力电子转换、电力传输和分配、电网充放电和电动车充电等。
3.高频特性：由于SiC材料的电子迁移率和终端速度较高，SiC器件具有优秀的高频特性。
这使得SiC器件在高频交流/直流转换器和射频功率放大器中具有广泛的应用。
4.低导通和开启损耗：SiC材料的电阻率较低，电流密度较大。
这导致SiC器件在导通过程中的能耗更低，进而减少了开关损耗。
相对于硅器件，SiC器件具有更高的效率和更小的温升。
这使得SiC器件在能源转换和电源管理领域具有潜在的应用前景。
5.小体积和轻量化：SiC器件的小体积和轻量化特性，使得其在高功率密度应用和紧凑空间条件下的应用更具优势。
这对于电动汽车、风力和太阳能发电系统、飞机和船舶等领域都有重要意义。
6.高可靠性和长寿命：由于SiC器件的抗辐射、抗高温、耐压击穿和抗电荷扩散等特性，它具有较高的可靠性和长寿命。
这对于军事装备、航空航天和核电等关键领域的应用具有重要意义。
SiC功率半导体器件的发展前景广阔。
随着科技的不断进步和物联网的快速发展，对于功率器件的要求愈发严苛。
在电力转换、能源管理和电动汽车等领域，对功率器件的需求将进一步增加，而SiC器件作为一种高温、高电压和高频特性都优异的功率半导体器件，将有望取代传统的硅器件，成为未来功率电子的主流。
此外，随着SiC材料的制备工艺和工艺技术的不断改进，SiC器件的成本也在逐渐下降。
智能控制技术今 日 自 动 化2020.7 今日自动化 ｜ 15Intelligent control technologyAutomation Today2020年第7期2020 No.7本文分析的半导体材料碳化硅在进行相关产品的制造以及实际使用期间存在较为明显的特性，例如击穿场强高饱和、电子漂移速率快以及诱导率高等等。
而这些数据可以满足现代功率期间在大功率场合高频高温工作状态下的应用。
所以从整体的情况来看，典型的宽禁带半导体材料的发展前景相对较好，但在实际发展期间仍然存在较多的问题，如市场拓展问题，技术问题等等限制着它的深入发展。
那么本次研究主要以开关电源，电动汽车新能源发电，交通轨道以及智能电网等多个领域作为背景，探讨碳化硅功率器件的实际应用现状，以及在未来的发展走向。
1 碳化硅器件与硅器件的性能比较近几年，人们对碳化硅器件的研究力度相对较高，因为它与传统的碳化硅器件相比，其性能相对较好，能够在多种类型的工况下进行产品的生产工作，也可以满足人们在日常生产工作中的各项需求。
例如碳化硅器件在高电压额定值以及地导通电阻和快速开关速度工作中，都可以达到人们的相关标准，这些良好的性能为人们的日常生产工作提供了极大的便利。
之所以它的性能远远高于硅器件，其主要原因是碳化硅材料内部的结构存在多种晶体结构，这些晶体结构因为具有较高的电子迁移率和较低的参杂电离，所以很多功率器件的选择开始偏向于碳化硅器件。
那么从整体的角度来看，碳化硅器件与传统的硅器件相比，其性能优势主要表现在带隙、熔点、电子迁移率、电子饱和速度、击穿电场、介电常数和诱导率这7个指标方面。
通过对这些指标进行分析，可发现碳化硅的相关指标中的数据占有更大的优势，首先SIC 具有更宽的近代宽度，其次，碳化硅具有更低的导通损耗和开关损耗，其三碳化硅的散热性能相对较高，几乎是碳的三倍，最后碳化硅具有更快的开关速度。
2 碳化硅功率器件的研究进展目前市场上出现的碳化硅半导体包括的类型相对较多，常见的主要有二极管、金属氧化物、半导体场效应、晶体管、晶闸管、结算场、效应晶体管等等这些不同类型的碳化硅器件，单元结构和漂移区参杂以及厚度之间存在较为明显的差异。
碳化硅功率器件的研究和应用碳化硅功率器件的研究与应用随着科学技术的不断进步，电子技术已经成为了当今社会的基础设施之一，各种电器电子设备已经渐渐普及进我们的日常生活中。
而功率器件作为电子设备中的重要组成部分，其性能提升则对电子设备发挥最大作用。
碳化硅功率器件作为其中一种近年来快速发展的新型器件，其具有高频、高温、高功率、低损耗等特点，正逐渐成为了功率器件的发展引擎。
一、碳化硅功率器件的特点碳化硅功率器件是指采用碳化硅材料制作的功率电子器件。
碳化硅作为一种半导体材料，具有高硬度、高熔点、高热导率以及低热膨胀系数等优良的物理特性。
而这些特性则使得碳化硅功率器件具备了许多其他器件所不具备的特性。
1、高温性能杰出碳化硅功率器件具有杰出的高温性能，能够在800 °C左右的高温环境下正常工作，而其它功率器件通常只能在200 °C到300 °C的范围内才能工作。
而在高温环境下，硅功率器件的尺寸会发生膨胀，导致失效。
而碳化硅材料的热膨胀非常小，不会对它的绝缘层和接线造成影响。
2、高频响应速度快碳化硅功率器件具有较高的截止频率，使得其可用于高频应用，以及高速开关的需求。
其开关速度大约是硅功率器件的2倍到5倍，极大地提升了电子设备工作效率。
3、功耗低损耗小碳化硅功率器件具有较小的开关损耗，使得其在高功率、高电压条件下效率更高，能够提高电子设备的整体效率。
二、碳化硅功率器件的研究现状碳化硅功率器件作为新型器件，其研究还处于起步阶段。
在国内，先后有许多高校、研究机构为碳化硅功率器件的研发做出了突出的成果。
1、成都电子科技大学成都电子科技大学的石罕研究组在碳化硅材料的制备和功率器件的应用研究方面取得了很大进展。
通过改变碳化硅器件的物理结构以及优化工艺，大幅提升了其性能。
其中，石罕研究组开发了世界上首个1 kV级别的基于碳化硅的MOSFET晶体管，建立了国内第一个碳化硅功率器件研发平台，并在光伏、风电等领域中的功率电子应用中取得了显著成果。
碳化硅的现状及未来五至十年发展前景引言：在当今高科技行业中，碳化硅材料因其在高温、高频、高压和高功率等条件下的出色性能而备受追捧。
本文将重点介绍碳化硅的现状，并探讨其未来五至十年的发展前景。
1. 碳化硅的特性与应用：碳化硅是一种由碳素和硅原子构成的化合物，具有优异的热导性、耐高温性和耐化学腐蚀性能。
其宽带隙特性使得碳化硅材料在高温条件下具有低电阻率和高电场饱和速度，适用于电力电子器件、光电子器件、半导体材料等领域。
例如，碳化硅功率器件可用于电动车、太阳能逆变器和电网稳定器等领域，提高能源利用效率和系统可靠性。
2. 碳化硅产业的现状：目前，碳化硅材料产业已进入快速发展期。
全球范围内，日本、美国、欧洲和中国等国家和地区成为碳化硅产业的主要参与者。
在制备技术方面，包括化学气相沉积、热解法、热压法和反应烧结法等多种方法得到了广泛应用。
此外，碳化硅材料的制备也在不断优化，尤其是单晶碳化硅的大面积生长技术的突破，使得碳化硅材料的市场应用得以扩大。
3. 碳化硅产业的发展前景：未来五至十年，碳化硅产业有望进一步迎来快速发展。
首先，碳化硅材料具有良好的可控性和可复制性，有利于大规模商业化生产。
其次，碳化硅材料在新一代通信技术、新能源技术和新材料技术等领域具有广阔的应用前景。
特别是在5G通信技术、新能源汽车和工业自动化等领域，碳化硅材料将发挥重要作用。
此外，碳化硅材料的研发和应用也得到了政府和企业的大力支持，为产业的快速发展提供了有力保障。
结论：碳化硅作为一种有着广阔应用前景的材料，在高科技领域中扮演着越来越重要的角色。
未来五至十年，碳化硅产业有望迎来快速发展，推动高温、高频、高压和高功率领域的创新发展。
随着制备技术的不断完善和应用领域的扩大，碳化硅将成为推动高科技产业进步的重要力量。
碳化硅在新兴能源领域应用及现状
电动汽车、智能电网、核电、太阳能、风能等能源领域以及航海、航空、航天、高速轨道交通等技术的不断发展，对功率器件的性能提出了更高的要求。
目前，基于硅材料的功率器件已经随其结构设计和制造工艺的日趋完善而接近由材料本身特性所决定的理论极限，第三代半导体材料能够替代第一代半导体材料硅，满足未来更高需求，将在工业界获得更广泛的应用。
第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度，更高的击穿电场、热导率、电子饱和速率及更高抗辐射能力，适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，代表材料有碳化硅、氮化镓、氧化锌、金刚石、氮化铝。
目前，最成熟和应用潜力最大的第三代半导体材料为碳化硅，其各项指标均优于硅，其禁带宽度几乎是硅的3倍，理论工作温度可达600℃，远高于硅器件工作温度。
一、碳化硅在电动汽车领域的应用
碳化硅作为未来电动汽车充电模块和电动模块相关重要核心的先进电子材料，能实现绿色出行的能源供应、低碳、智能、可持续发展，最终抢占未来产业发展制高点。
碳化硅器件对充电模块性能提升主要体现在三方面：（1）提高频率，简化供电网络；（2）降低损耗，减少温升。
（3）缩小体积，提升效率。
碳化硅器件能提高纯电动汽车或混合动力汽车功率转化性能。
电动汽车的电动模块中电动机是有源负载，其转速范围很宽，且在行驶过程中需要。
碳化硅材料的发展前景碳化硅材料作为一种重要的结构陶瓷材料，在近年来得到了广泛的关注和应用。
由于其优异的高温稳定性、化学稳定性、硬度和耐磨性，碳化硅材料在多个领域展现出了巨大的潜力，有着广阔的发展前景。
一、碳化硅材料在电子领域的应用：在电子领域，碳化硅材料因其优异的导热性和绝缘性能，被广泛应用于半导体材料、功率电子器件、高压电力设备等方面。
随着电子产品的迅速发展，碳化硅材料在电子行业的需求量也在逐渐增加，因此碳化硅材料在电子领域有着较为广阔的市场前景。
二、碳化硅材料在航空航天领域的应用：在航空航天领域，碳化硅材料因其轻质、高强度、高温稳定性等特点，被广泛应用于航空发动机、航天器结构件等领域。
碳化硅材料的应用可以有效降低航空航天器材料的质量，提高设备的性能和使用寿命，因此碳化硅材料在航空航天领域有很大的发展空间。
三、碳化硅材料在化工领域的应用：在化工领域，碳化硅材料由于其良好的耐腐蚀性能和高温稳定性，被广泛应用于各种化工设备的制造。
碳化硅材料可以有效降低化工设备的维护成本和提高设备的使用寿命，因此在化工领域有着广阔的市场需求。
四、碳化硅材料在机械制造领域的应用：在机械制造领域，碳化硅材料因其硬度高、耐磨性好等特点，被广泛用于制造高速切削工具、轴承、密封件等零部件。
碳化硅材料可以有效提高机械零部件的耐磨性和使用寿命，因此在机械制造领域有着较大的市场需求。
综上所述，碳化硅材料由于其优异的性能特点，在电子、航空航天、化工、机械等领域都有着广泛的应用前景和市场需求。
随着科技的不断进步和工业的不断发展，碳化硅材料将会在更多领域展现出其巨大的潜力，成为未来材料领域的重要发展方向。
碳化硅材料的研究及应用前景碳化硅材料是一种新兴的材料，近年来正在受到越来越多的关注。
它有着优异的耐高温、耐腐蚀、抗氧化和高硬度等物理特性，因此具有广泛应用前景。
本文将介绍碳化硅材料的研究现状和应用前景，探讨其未来的发展方向。
一、碳化硅材料的特性碳化硅材料是一种半导体材料，它由碳(C)和硅(Si)两种元素组成，具有特殊的晶体结构和优异的物理、化学性质。
具体来说，它具有如下特性：1. 耐高温：碳化硅材料具有高温稳定性，能够在高温下稳定运行，因此广泛应用于高温环境下的机械、电子器件等领域。
2. 耐腐蚀：碳化硅材料具有优异的腐蚀抗性，适合用于多种酸、碱等强腐蚀性物质的环境中。
3. 抗氧化：碳化硅材料不易氧化，能够在高氧环境中保持稳定。
4. 高硬度：碳化硅材料硬度极高，是天然金刚石之后的第二硬材料，在机械加工、磨料加工等领域有广泛应用。
二、碳化硅材料的研究现状碳化硅作为一种新兴材料，其研究进展也十分活跃。
现在，碳化硅材料的研究主要涉及以下几个方面：1. 合成方法：目前，碳化硅材料的合成方法主要有化学气相沉积法、热压法、热化学气相沉积法等。
其中，化学气相沉积法是目前较为常用的一种方法，能够制备出高质量的碳化硅材料。
2. 结构研究：对于碳化硅材料的结构研究也是一个重要的方向。
近年来，越来越多的学者开始关注碳化硅的表面结构和晶体结构，这对于其材料性能的提升和应用的拓展具有重要意义。
3. 功能化探究：此外，对于碳化硅材料的功能化探究也在不断深入。
当前已有研究表明，通过对碳化硅进行掺杂等处理，能够使其具有更优异的物理、化学性质，因此这一方向的研究也十分具有前景。
三、碳化硅材料的应用前景由于碳化硅材料独特的物理、化学特性，其在多个领域具有广泛的应用前景。
以下是几个主要应用领域：1. 电子领域：碳化硅材料的高温稳定性，使其在电子领域的应用具有独特的优势。
目前，碳化硅材料已经开始应用于高频、高功率器件、射频器件、硅基太阳能电池等领域。
试论碳化硅电力电子器件在电力系统的应用作者：郭淑贞来源：《数字技术与应用》2013年第04期摘要：随着科学技术的快速发展，半导体器件生产和制作工艺发展十分迅速。
随着碳化硅生产成本的降低和性能的大幅度提升其在电力系统中得到了广泛的应用。
本文将对碳化硅电力电子器件在电力系统中的应用进行介绍和分析。
关键词：碳化硅电力电子器件探讨分析中图分类号：TM1-4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0088-021 电力系统电子器件发展概述当前电力系统发展十分迅速，新型电力电子器件不断涌现，性能大幅度的提升，有效的保证了电力系统工作和运行的稳定性和高效性。
电力电子器件起初是以晶体管起步的。
在上世纪70年代后期全控型器件不断发展，在80年代后半个时期IGBT复合器件被研发出来。
随着半导体技术和材料科学的持续发展，功率集成电路在电力系统中的到了广泛的应用。
电力电子器件能够将全控型的电子器件和其他功能电路如驱动电路以及控制电路等集成形成智能化程度较高的芯片，实现器件与电路的集成，强电能够与弱点集成，信息流和功率流的集成。
集成电路是机电一体化的基础单元，电力电子器件在电力系统中的应用是电力技术较为重要的部分。
其应用技术可称变流技术，这种技术主要用器件组成各种功能的电力电子电路并能够对功能电路进行准确、高效的控制。
当前碳化硅电力电子器件在电力系统中得到了广泛的应用，其优良的性能和特性促使这种器件的种类和应用范围都在不断扩大。
2 电力系统中碳化硅电力电子器件的应用2.1 碳化硅电力电子器件探析大功率半导体器件在近年来得到了快速的发展，促使现代电力系统中高性能电力电子装置得到广泛的应用。
其主要有变流、变频的特点，响应性能较为快速，能够利用小功率来控制大功率。
碳化硅由于其优良的物理特性和电特性，在电力系统中得到了广泛的应用。
碳化硅属于新研发的宽禁带的半导体材料，这种器件的优势在于它的高压高温的特性。
碳化硅的应用和发展前景碳化硅作为一种高性能陶瓷材料，在各个领域有着广泛的应用和极大的发展前景。
本文将从碳化硅的性质及其应用领域入手，探讨碳化硅的发展前景和潜力。
一、碳化硅的性质及其应用领域1.性质碳化硅是一种硬质、高熔点的陶瓷材料，也是重要的半导体材料之一。
其晶体结构复杂，为六方晶系。
碳化硅的硬度只次于金刚石，在高温下仍然保持良好的机械性能，同时还具有优良的耐腐蚀性和热传导性能。
2.应用领域由于碳化硅的高硬度、高熔点、良好的热传导性能和化学稳定性等特点，使其在多个领域都有着广泛的应用，如下：（1）电子领域：碳化硅具有优秀的电路成型、导电、散热和干扰抑制等特性，是制造电子元器件、半导体材料和LED显示器等的优质材料。
（2）能源领域：碳化硅具有优异的热传导性能和高抗腐蚀性能，是制造高效、节能的太阳能电池和储能电池的重要材料。
（3）机械工程领域：碳化硅具有高硬度、高强度和耐高温等特性，可应用于制造机械配件、航天器零部件和高速列车轨道等。
（4）化工领域：碳化硅具有良好的耐酸碱、耐高温、耐磨损性能，可作为耐腐蚀设备、油气管道和化工反应器等材料。
二、碳化硅的发展前景和潜力随着人类科技和工业的不断发展，对材料的需求也越来越高，碳化硅作为一种高性能材料，具有广阔的应用前景和潜力。
1.发展前景（1）电子领域：随着新一轮高科技产业的兴起，碳化硅在电子领域的应用前景非常广泛。
尤其是在5G、人工智能、大数据等技术的发展下，对于高速传输和处理数据的产品越来越多，同时还要求具有更高的散热能力，这将推动碳化硅在电子领域持续高速发展。
（2）能源领域：碳化硅在太阳能电池、光伏电站、电动汽车等领域有着广泛的应用。
未来水电、风能和核能等新能源的广泛应用，也需要碳化硅作为核心材料来保障。
如研究人员利用碳化硅制造的太阳能电池已经在实验室中实现了41.8%的能量转换效率，这将推动太阳能发电产业的快速发展。
（3）新材料领域：随着材料科学领域不断进步，碳化硅的性能和应用不断被挖掘和发掘，例如利用碳化硅制造超长寿命电子器件、航空发动机等领域的新材料正在快速崛起，这将为碳化硅在更广泛领域中的应用提供坚实的技术保障。
碳化硅技术的挑战与未来展望碳化硅(SiC) 是一种由硅和碳组成的半导体材料，用于制造用于高压应用的功率器件，例如电动汽车(EV)、电源、电机控制电路和逆变器。
与传统的硅基功率器件（例如 IGBT 和 MOSFET）相比，碳化硅具有多项优势，这些器件凭借其成本效益和制造工艺的简单性长期以来一直主导着市场。
在电力电子应用中，固态器件需要能够在高开关频率下运行，同时提供低导通电阻、低开关损耗和出色的热管理。
在电子领域，设计人员面临着几个艰巨的挑战，目的是最大限度地提高效率、减小尺寸、提高设备的可靠性和耐用性以及降低成本。
与传统的硅基技术相比，宽带隙(WBG) 材料（如SiC）的使用可实现更高的开关速度和更高的击穿电压，从而实现更小、更快、更可靠和更高效的功率器件。
在图1 中，比较了硅和SiC 的一些主要电气特性。
图1：SiC 和Si 的一些相关特性的比较（来源：IEEE）关于制造工艺，迄今为止最困难的挑战之一是从100 毫米（4 英寸）晶圆过渡到150 毫米（6 英寸）晶圆。
虽然晶圆尺寸的增加提供了显着降低组件单位成本的优势，但另一方面，它对消除缺陷和提高所交付半导体的可靠性提出了严峻的挑战。
市场带来的挑战主要涉及对适合满足车辆电气化和电池充电系统不断增长的需求的电源解决方案的需求。
汽车行业无疑是SiC 生产商的主要努力集中的行业之一。
制造下一代电动汽车需要一种能够满足高效率和可靠性、消除缺陷和降低成本等严格要求的技术。
制造挑战尽管SiC 的特性已经为人所知一段时间，但第一个SiC 功率器件的生产相对较新，从2000 年代初通过部署100 毫米晶圆开始。
几年前，大多数制造商完成了向150 毫米晶圆的过渡，而200 毫米（8 英寸）晶圆的大规模生产将在未来几年内投入运营。
SiC 晶圆从4 英寸到6 英寸的过渡并非没有问题，这与保持相同质量和相同产量的难度有关。
碳化硅生产的主要挑战涉及材料的特性。
由于其硬度（几乎类似于金刚石），碳化硅需要更高的温度、更多的能量和更多的时间来进行晶体生长和加工。
碳化硅功率器件的发展现状及其在电力系统中的应用展望摘要：碳化硅作为一种宽禁带材料，具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高热导率等优点，可以实现高压、大功率、高频、高温应用的新型功率半导体器件。
该文对碳化硅功率半导体器件的最新发展进行回顾，包括碳化硅功率二极管、MOSFET、IGBT，并对其在电力系统的应用现状与前景进行展望。
关键词：碳化硅；功率器件；电力系统1 引言理想的半导体功率器件，应当具有这样的静态和动态特性：在阻断状态，能承受高电压；在导通状态，具有高的电流密度和低的导通压降；在开关状态和转换时，具有短的开、关时间，能承受高的d i/d t 和d u/d t，具有低的开关损耗，并具有全控功能。
半个多世纪以来（自20世纪50年代硅晶闸管的问世），半导体功率器件的研究工作者为实现上述理想的器件做出了不懈的努力，并已取得了世人瞩目的成就。
各类硅基功率半导体器件（功率二极管、VDMOS、IGBT、IGCT等）被成功制造和应用，促使各种新型大功率装置成功地应用于各种工业电源、电机驱动、电力牵引、电能质量控制、可再生能源发电、分布式发电、国防和前沿科学技术等领域。
然而由于在电压、功率耐量等方面的限制，这些硅基大功率器件在现代高性能电力电子装置中（要求具有变流、变频和调相能力；快速的响应性能~ms；利用极小的功率控制极大功率；变流器体积小、重量轻等）不得不采用器件串、并联技术和复杂的电路拓扑来达到实际应用的要求，导致装置的故障率和成本大大增加，制约了现代电力系统的进一步发展。
近年来，作为新型的宽禁带半导体材料——碳化硅（SiC），因其出色的物理及电特性，正越来越受到产业界的广泛关注。
碳化硅功率器件的重要优势在于具有高压(达数万伏)、高温(大于500℃)特性，突破了硅基功率器件电压(数kV)和温度(小于150℃)限制所导致的严重系统局限性。
随着碳化硅材料技术的进步，各种碳化硅功率器件被研发出来，如碳化硅功率二极管、MOSFET、IGBT等，由于受成本、产量以及可靠性的影响，碳化硅功率器件率先在低压领域实现了产业化，目前的商业产品电压等级在600~1700V。
近两年来，随着技术的进步，高压碳化硅器件已经问世，如19.5kV的碳化硅二极管[1]，10kV的碳化硅MOSFET[2]和13~15kV[3-4]碳化硅IGBT等，并持续在替代传统硅基功率器件的道路上取得进步。
这些碳化硅功率器件的成功研发带来了半导体功率器件性能的飞跃提升，引发了新一轮技术革命，必将在众多应用领域，如电力系统中的高压领域产生深远的影响。
2 碳化硅材料及功率器件进展2.1 碳化硅材料在体单晶材料方面，SiC单晶衬底已经商品化。
目前国际上已有76.2 mm和101.6 mm的SiC抛光衬底材料出售，具有批量生产能力的公司超过十家。
高功率SiC器件的芯片面积很大(单胞面积> 1cm)，需要大尺寸和低缺陷的衬底材料，尤其需要很低的微管缺陷密度。
在这种需要的激励之下并经过长期的技术积累，困扰SiC单晶生长的微管缺陷控制技术也在2004年获得突破。
如日本Toyata公司采用“重复a面”(repeated a-face：RAF)生长技术，实现了50.8mm SiC单晶的无微管生长，同时也将位错密度降低到250/cm2以下[5]。
2005年美国Intrinsic公司也获得了零微管(Zero Micropipe，简称ZMP)的SiC单晶技术，并于2006年生长出无微管的76.2 mm SiC衬底材料。
在并购了Intrinsic公司获得零微管技术后，Cree公司直径101.6 mm的4H-SiC导通衬底的微管密度最低达0.1/cm2，甚至零微管，使得用于制作面积为1cm2的功率器件能够实现90%以上的器件成品率。
外延材料方面，SiC外延生长设备的规模也不断增大，能够同时生长多片大尺寸的SiC外延。
例如瑞典Epigress公司的VP2800HW型热壁式SiC外延生长系统能够同时生长10片101.6 mm高质量SiC外延，为了把SiC功率器件抵抗电压提高到10 kV，SiC外延的厚度要达到100μ m。
在SiC外延研究中，一个重要指标是外延层少子寿命。
少子寿命不仅反映了深能级密度和材料缺陷密度等重要外延参数，而且直接决定了高功率SiC器件的通流能力。
据理论研究，20kV SiC器件中少子寿命应在10s以上，否则通流能力很弱。
目前日本NEDO公司利用垂直型外延炉实现了高质量的厚达28μm的外延，在50.8 mm上取得了少子寿命分布图，其平均值为1s[6]。
SiC外延技术研究的另一个重要问题是4°偏轴4H-SiC衬底上的高质量外延生长。
4°偏轴衬底凭借其成本优势逐渐成为大尺寸4H-SiC的主流，但与8°偏轴相比小角度偏轴衬底上外延生长的难度较高，台阶聚并(step-bunching)现象严重，导致出现表面形貌差、缺陷密度高以及外延材料均匀性不好等问题。
美国Cree 公司通过改进生长条件和生长步骤获得了101.6 mm 4°偏轴4H-SiC衬底上理想的外延生长工艺，缺陷密度只有2/cm2。
这些外延材料参数可满足SiC器件研究和批量生产的要求[7]。
2.2 碳化硅功率二极管碳化硅功率二极管有3种类型：肖特基二极管(Schottky barrier diode，SBD)、PIN 二极管和结势垒控制肖特基二极管(junction barrier Schottky，JBS)。
在5kV阻断电压以下的范围，碳化硅结势垒肖特基二极管是较好的选择。
JBS二极管结合了肖特基二极管所拥有的出色的开关特性和PIN结二极管所拥有的低漏电流的特点。
把JBS二极管结构参数和制造工艺稍作调整就可以形成混合PIN-肖特基结二极管(merged PIN Schottky，MPS)。
由于碳化硅二极管基本工作在单极型状态下，反向恢复电荷量基本为零，可以大幅度地减少二极管反向恢复引起的自身瞬态损耗以及相关的IGBT 开通瞬态损耗，非常适用于开关频率较高的电路。
PIN结二极管在4~5kV或者以上的电压时具有优势，由于其内部的电导调制作用而呈现出较低的导通电阻，使得它比较适用于高电压应用场合。
有文献报道阻断电压为14.9和19.5kV的超高压PIN二极管，其正向和反向导通特性如图1所示，在电流密度为100 A/cm2时，其正向压降分别仅为4.4和6.5V[1]。
这种高压的PIN二极管在电力系统，特别是高压直流输电领域具有潜在的应用价值。
2.3 碳化硅MOSFET器件功率MOSFET具有理想的栅极绝缘特性、高速的开关性能、低导通电阻和高稳定性，在硅基器件中，功率MOSFET获得巨大成功。
同样，碳化硅MOSFE也是最受瞩目的碳化硅功率开关器件，其最明显的优点是，驱动电路非常简单及与现有的功率器件(硅功率MOSFET和IGBT)驱动电路的兼容性。
碳化硅功率MOSFET面临的两个主要挑战是栅氧层的长期可靠性问题和沟道电阻问题。
图1 超高压 SiC PIN二极管图2 10kV SiC MOSFET与SiC IGBT正向阻断特性图3 栅氧层可靠性的改进随着碳化硅MOSFET 技术的进步，高性能的碳化硅MOSFET也被研发出来，已有研究结果报道了具有较大的电压电流能力的碳化硅MOSFET器件。
三菱公司报道的1.2kV碳化硅MOSFET器件的导通比电阻为5mΩ·cm2，比硅基的CoolMOS的性能指数好15~20倍。
美国Cree公司报道了8.1mm×8.1mm、阻断电压10 kV、电流20 A的碳化硅MOSFET芯片，其正向阻断特性如图2所示。
通过并联这样的芯片得到的模块可以具备100 A的电流传输能力[3]。
该器件在20 V的栅压下的通态比电阻为127 mΩ·cm2，同时具有较好的高温特性，在200 ℃条件下，零栅压时可以实现阻断10 kV电压。
在碳化硅MOSFET 的可靠性研究方面，有研究报道了在350 ℃下碳化硅栅氧层具有良好的可靠性[8]。
如图3所示，20 年以来碳化硅MOSFET 栅氧层的可靠性得到明显提高。
这些研究结果表明，栅氧层将有望不再是碳化硅MOSFET 的一个瓶颈。
2.4 碳化硅IGBT在高压领域，碳化硅IGBT器件将具有明显的优势。
由于受到工艺技术的制约，碳化硅IGBT的起步较晚，高压碳化硅IGBT面临两个挑战：第一个挑战与碳化硅MOSFET器件相同，沟道缺陷导致的可靠性以及低电子迁移率问题；第二个挑战是N型IGBT需要P型衬底，而P 型衬底的电阻率比N 型衬底的电阻率高50倍。
因此，1999 年制成的第一个IGBT 采用了P 型衬底。
经过多年的研发，逐步克服了P 型衬底的电阻问题，2008 年报道了13 kV的N沟道碳化硅IGBT器件，比导通电阻达到22mΩ·cm2[3]。
图4对15kV的N-IGBT和MOSFET 的正向导通能力做了一个比较[4]，结果显示，在结温为300 K时，在芯片功耗密度为200 W/cm2 以下的条件下，MOSFET可以获得更大的电流密度，而在更高的功耗密度条件下，IGBT可以获得更大的电流密度。
但是在结温为127℃时，IGBT在功耗密度为50 W/cm2以上的条件下就能够导通比MOSFET更高的电流密度。
同一年，该团队还报道了阻断电压达到12kV的P沟道碳化硅IGBT，导通比电阻达到14mΩ·cm2[8]。
新型高温高压碳化硅IGBT器件将对大功率应用，特别是电力系统的应用产生重大的影响。
在15kV以上的应用领域，碳化硅IGBT综合了功耗低和开关速度快的特点，相对于碳化硅的MOSFET以及硅基的IGBT、晶闸管等器件具有显著的技术优势，特别适用于高压电力系统应用领域。
3 碳化硅功率器件在电力系统中的应用展望3.1 固态变压器随着分布式发电系统、智能电网技术以及可再生能源的发展，固态变压器作为其中的关键技术受到广泛关注。
固态变压器是一种以电力电子技术为核心的变电装置，它通过电力电子变流器和高频变压器实现电力系统中的电压变换和能量传递及控制，以取代电力系统中的传统的工频变压器。
与传统变压器相比，具有体积小、重量轻等优点，同时具有传统变压器所不具备的诸多优点，包括供电质量高、功率因数高、自动限流、具备无功补偿能力、频率变换、输出相数变换以及便于自动监控等优点。
固态变压器的输入侧电压等级非常高，一般在数千至数万伏，目前多采用拓扑或器件串联的方式，结构较为复杂。
图5所示为10kVA的固态变压器示意图[9]。
新兴的碳化硅电力电子器件，特别是15kV 以上碳化硅MOSFET、IGBT的出现，将有利于固态变压器的结构简化及可靠性提升。
