碳化硅（SiC）是一種很神奇的化合物，你能在半導(dǎo)體行業(yè)市場看到它，先進(jìn)陶瓷的產(chǎn)品里也離不開它的身影。這很容易讓普通人混淆兩者為同一性質(zhì)的產(chǎn)品，事實(shí)不是的。碳化硅既可以是堅(jiān)硬耐磨的先進(jìn)陶瓷，也可以是高效節(jié)能的半導(dǎo)體，兩種形態(tài)雖然化學(xué)成分相同，但在工業(yè)領(lǐng)域扮演著兩種完全不同的角色。陶瓷用碳化硅與半導(dǎo)體碳化硅材料在晶體結(jié)構(gòu)、制備工藝、性能特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域上均存在顯著差異：

1 原料純度要求標(biāo)準(zhǔn)不同

陶瓷用碳化硅對(duì)粉末純度要求相對(duì)較低，通常普通工業(yè)級(jí)產(chǎn)品達(dá)到 90% - 98% 即可滿足使用需求，不過高性能結(jié)構(gòu)陶瓷可能要求 98%~99.5%（如反應(yīng)燒結(jié)SiC需控制游離硅含量）。它允許含有少量雜質(zhì)，有時(shí)還會(huì)特意添加如氧化鋁（Al?O?）、氧化釔（Y?O?）等作為燒結(jié)助劑，以改善陶瓷的燒結(jié)性能，幫助降低燒結(jié)溫度，提高最終產(chǎn)品的致密度。

半導(dǎo)體用碳化硅對(duì)原料純度的要求近乎苛刻，襯底級(jí)單晶SiC需 ≥99.9999%（6N），部分高端應(yīng)用要求 7N（99.99999%），外延層雜質(zhì)濃度通常要低于 101? atoms/cm3（尤其避免B、Al、V等深能級(jí)雜質(zhì)）。原因在于哪怕極是其微量的雜質(zhì)，如鐵（Fe）、鋁（Al）、硼（B）等，都會(huì)對(duì)其電學(xué)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響，可能導(dǎo)致載流子散射，降低擊穿場強(qiáng)，進(jìn)而影響半導(dǎo)體器件的性能和可靠性，所以必須嚴(yán)格控制雜質(zhì)濃度。

碳化硅半導(dǎo)體材料©百度圖庫

2 晶體結(jié)構(gòu)與質(zhì)量不一

陶瓷用碳化硅多以多晶粉末或燒結(jié)體的形式存在，由大量微小碳化硅晶粒無序排列組成。晶體結(jié)構(gòu)包含多種晶型（如α-SiC、β-SiC），但無需嚴(yán)格控制單一晶型，重點(diǎn)在于整體材料的致密度與均勻性。它的內(nèi)部充滿晶界和微小孔隙，可能還含有燒結(jié)助劑（如氧化鋁、氧化釔）。

半導(dǎo)體用碳化硅則必須是單晶襯底或外延層，晶體結(jié)構(gòu)高度有序且通常要求特定的晶型，需通過高精度晶體生長技術(shù)獲得單一晶型（如4H-SiC、6H-SiC）。電子遷移率、禁帶寬度等電學(xué)性能對(duì)晶型極度敏感，需嚴(yán)格篩選晶型以實(shí)現(xiàn)特定功能。目前主流是 4H - SiC，因?yàn)?4H - SiC 具有高載流子遷移率和高擊穿場強(qiáng)等優(yōu)異的電學(xué)性能，非常適合功率器件的應(yīng)用。

3 制備工藝繁簡有別

陶瓷用碳化硅的制備工藝相對(duì)簡單（粉體制備→成型→燒結(jié)），類似“燒磚”。首先將工業(yè)級(jí)SiC 粉末（通常為微米級(jí)粒度）與粘結(jié)劑混合，然后通過壓制成型，最后在高溫（1600 - 2200℃）下進(jìn)行燒結(jié)，使顆粒間通過擴(kuò)散作用實(shí)現(xiàn)致密化，多數(shù)情況致密度達(dá)到 90% 以上，就能滿足大多數(shù)應(yīng)用需求。整個(gè)過程無需精確控制晶體生長，更側(cè)重于成型和燒結(jié)過程的穩(wěn)定性和一致性。特點(diǎn)是工藝靈活，可以制備復(fù)雜形狀的應(yīng)用部件，不過對(duì)原料的純度要求相對(duì)較低。

半導(dǎo)體用碳化硅的制備工藝則復(fù)雜得多（高純粉料制備→單晶襯底生長→外延片沉積→器件制造）。首先要制備單晶襯底，目前主流方法是物理氣相傳輸法（PVT），需要在高溫（2200 - 2400℃）、高真空的嚴(yán)苛條件下，使 SiC 粉末升華后在籽晶上沉積生長，期間要精確控制溫度梯度（±1℃）和壓力等參數(shù)，以確保晶體的完整性和高質(zhì)量。之后根據(jù)產(chǎn)品工藝要求，還需要通過化學(xué)氣相沉積（CVD）方法生長外延層，在襯底上形成厚度均勻、摻雜可控的外延層，厚度通常為幾微米至幾十微米。整個(gè)制備過程需要在超高潔凈環(huán)境（如 Class 10 級(jí)潔凈室）中進(jìn)行，以避免雜質(zhì)污染，影響材料性能。特點(diǎn)是工藝高度精密，需控制溫場、氣體流速等參數(shù)，對(duì)原料純度（>99.9999%）與設(shè)備要求嚴(yán)苛。

4 成本差異大、面向市場不同

陶瓷用碳化硅由于原料為工業(yè)級(jí) SiC 粉末，制備工藝相對(duì)簡單，所以成本較低，噸價(jià)通常在幾千元到幾萬元之間，市場應(yīng)用廣泛，主要面向磨料磨具、耐火材料等對(duì)成本較為敏感的行業(yè)。

半導(dǎo)體用碳化硅由于單晶襯底制備周期長，且缺陷控制難度大，合格率較低，導(dǎo)致成本極高，一片 6 英寸的襯底單價(jià)可達(dá)數(shù)千美元。其市場主要集中在對(duì)材料性能要求極高的高端電子領(lǐng)域，如功率半導(dǎo)體器件、射頻器件等行業(yè)，隨著新能源汽車、5G 通信等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，市場需求呈現(xiàn)出快速增長的趨勢(shì)。

5 應(yīng)用場景各有所長

陶瓷用碳化硅是“工業(yè)硬漢”，主要充當(dāng)結(jié)構(gòu)材料的角色，憑借其出色的力學(xué)性能（高硬度、耐磨性）和熱學(xué)性能（耐高溫、抗氧化），在磨料磨具（砂輪、砂紙）、耐火材料（高溫窯爐內(nèi)襯）、耐磨/耐腐蝕部件（泵體、管道內(nèi)襯）等領(lǐng)域大顯身手。

碳化硅陶瓷結(jié)構(gòu)件©innovacera

半導(dǎo)體用碳化硅則是“電子精英”，它基于寬禁帶半導(dǎo)體特性，在電子器件領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在功率器件方面，如電動(dòng)汽車的逆變器、電網(wǎng)的變流器等，它能提高器件的功率轉(zhuǎn)換效率，降低能量損耗。在射頻器件領(lǐng)域，像 5G 基站、雷達(dá)等，半導(dǎo)體用碳化硅有助于實(shí)現(xiàn)更高的工作頻率和更強(qiáng)的信號(hào)傳輸能力。此外，它還可用于光電子器件，如作為藍(lán)光 LED 的襯底材料，為我們帶來明亮的藍(lán)色光源。

Coherent 200 毫米 SiC 外延晶片©Coherent

綜合來講，兩者的核心差異主要來源于 “功能需求” 的本質(zhì)區(qū)別。陶瓷用 SiC 是 “用其形（結(jié)構(gòu)）”，半導(dǎo)體用 SiC 是 “用其性（電學(xué)）”。前者追求力學(xué)與熱學(xué)性能的性價(jià)比，后者則是高精度、高純度的單晶功能材料，代表了 SiC 材料制備的最高技術(shù)水平。陶瓷用碳化硅與半導(dǎo)體用碳化硅雖然 “同根同源”，但由于應(yīng)用場景的不同，在純度、晶體結(jié)構(gòu)、制備工藝等方面有著明顯的區(qū)別，但不影響各自在自己的領(lǐng)域中發(fā)光發(fā)熱，為我們的工業(yè)生產(chǎn)和科技進(jìn)步貢獻(xiàn)著力量。