曾經，電子設備都是一些龐然大物，因為里面用的電子管都是一些大真空玻璃管。五十年代時，人們發現用硅（Si）和鍺（Gn）這樣的半導體材料，可以做出比電子管小得多的晶體管。自此，半導體時代展開，地球文明進入了一個新的階段。

生長

在制造半導體器件時，對半導體材料的純度要求非常高。這是因為雜質，特別是重金屬快擴散雜質和深能級雜質，會對材料的性能產生重大影響。因此，半導體材料的生產需要超凈的生產環境，以盡量減少雜質污染。半導體不僅為我們的生活帶來了極大的便利，而且還是現代科技發展的關鍵所在。半導體材料的發展史更是一段跨越了幾個世紀的科技進步史，其重要性在現代科技社會中尤為顯著。

第一代半導體材料是指硅、鍺元素等單質半導體材料，鍺做的晶體管曾經也是流行的老大，但由于速度較慢、不耐熱等缺點，在八十年代初就被硅基管給取代了，一直到現今，90％以上的芯片都是以硅為基底，晶圓也基本都是硅片（就是沙子）。

第二代半導體材料主要是指化合物半導體材料，如砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InP），相比硅基管，電子遷移率高、速度快，適合光電和射頻領域，但缺點也較明顯（比如有毒、硬度不足等）；

第三代半導體材料指的是寬禁帶半導體材料，其中最重要的就是碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等。和傳統半導體材料相比，更寬的禁帶寬度允許材料在更高的溫度、更強的電壓與更快的開關頻率下運作，器件的輸出功率、穩定性和可靠性可以大大提高。目前以碳化硅為代表的第三代半導體材料發展風頭正盛，有材料顯示，在第三代半導體材料中，碳化硅占整體產值的80％。

未果

這幾年，要說風頭最盛、賺錢最多的，還得是碳化硅。碳化硅主要用于電動汽車（約80％）及新能源領域（約20％），隨著電動汽車的普及，碳化硅元件的需求與市場規模勢必繼續上升。

2018年，特斯拉將自家Model 3車型上硅基的功率半導體換成了碳化硅——因為碳化硅的材料上限更高，它的禁帶寬度是硅的三倍，熱導率也是硅的三倍，擊穿場強更是硅的九倍，特別的耐熱耐高壓，讓電動車的充電速度更快、更安全，續航也更久。

碳化硅顆粒

但是，碳化硅并不能替代硅，這里面最主要的是一個原因，還是成本。把碳化硅帶火的特斯拉在今年三月宣布，其下一代電動車將大幅減少碳化硅的使用，因為碳化硅做的晶體管雖然哪哪都好，但它的成本是硅制晶體管的4倍，且生產速度較慢。此消息一出，作為全球碳化硅龍頭的Wolfspeed，其股價在特斯拉宣布減少碳化硅使用后出現了重挫。同時，其他積極投入碳化硅的國際大廠，如意法半導體、英飛凌等，股價也同步大跌。

還有一個原因就是，碳化硅晶體生長時間實在是比硅慢多了，且生長過程中很容易“長歪”，需要非常嚴格的技術把控。再加上碳化硅的硬度在莫氏硬度中具體表現為9．2－9．5——要知道金剛石硬度的硬度是10，硅的硬度是6．5，無疑又在生成過程中增加了切割時間成本。受到新冠疫情、美國對華芯片禁令等因素的影響，全球芯片供應鏈出現緊張，許多企業難以采購到足夠的芯片，導致生產受到嚴重影響。在全球緊張供應鏈問題的前提下，連硅基芯片都不能保證供貨，碳化硅就更難以保證了。

雖然碳化硅芯片可以實現較高的功率密度，但由于其制造工藝的限制，碳化硅芯片的產能和企業信任度相對于傳統硅芯片來說仍然較為爭議，短期內的供給也不夠。

（插個話，碳化硅和氮化鎵抗輻射和防干擾的能力都很強，在軍工航天領域上能起到重大作用，所以美國會不會握著捂著……懂的都懂）

此外，國內碳化硅企業與國際大廠的合作也日益增多。例如，三安光電與意法半導體共同宣布，將斥資50億美元在重慶建立一座8英寸SiC襯底廠；英飛凌與天科合達、天岳先進宣布牽手合作，兩家國內廠商將為英飛凌供應6英寸SiC材料；中電化合物也與韓國Power Master簽訂了長期供應8英寸在內的碳化硅材料的協議。

碳化硅除了成本和產能問題，還面臨許多其他方面的爭議。便宜又穩定的硅基管短期內不可能退出市場，不過，可以期待一下傳說中的第四代超寬帶半導體會不會在碳化硅打出一片天之前超車呢。

審核編輯：黃飛

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