关于碳化硅,把我知道的都告诉你(上)

文章来源于启哥有何妙计 ,作者陈启

图片本文系基于公开资料撰写,仅作为信息交流之用,不构成任何投资建议。

碳化硅这个赛道,大约5年前,洒家就开始关注。国内大大小心的项目几乎全部都接触过,电话会议开了不知道多少场了,产业专家也聊过一大堆,各种研报和论文也刷了不知道多少篇了。几年下来,总算是有点心得。

4年前曾经写过一篇《华为布局第三代半导体,得碳化硅者得天下》,现在来看有些内容还是过时了。所以这次我把我所有知道的碳化硅知识内容全搬上来,供大家参考,欢迎探讨。

01、宽禁带半导体材料的优点

碳化硅,氮化镓有个很拉风的名字叫宽禁带半导体材料,国内也叫第三代半导体。它特指禁带宽度超过2.2eV的材料主要是碳化硅(3.2eV)和氮化镓(3.34eV);超过4.0eV叫超宽禁带半导体材料,国内叫第四代半导体材料,包括氮化铝(AlN),金刚石(C),氧化镓(Ga2O3)和氧化锌(ZnO),就是上上周美国搞制裁的那个,有意思的是美国只禁了氧化镓和金刚石,不提氮化铝和氧化锌,嘿嘿!说明他们这块不行,氮化铝可能还是日本和中国搞的出色些。

禁带宽度物理意义是实际上是反映了价电子被束缚强弱程度的一个物理量,也就是产生本征激发所需要的最小能量,自由电子获得足够的能量后能跃迁到导带,这个能量最小值就是禁带宽度。

禁带宽度直接决定着器件的耐压和最高工作温度,因此禁带宽度大的材料更适合高温高压场景。

相比之下硅禁带宽度只有1.12eV,碳化硅有三倍于硅的禁带宽度,因此承受同样电压的器件,碳化硅器件的面积要比硅器件小的多,只有1/10,电压越高面积比越明显,或者说同样面积下,碳化硅的耐压比硅强很多。

我们可以总结以下几点优点:

1、宽禁带半导体材料的禁带宽度大,击穿电场强度高,大大增加了宽禁带器件能够承受的峰值电压,器件的输出功率可以大大提高;

2、宽禁带材料具有高导热性、高化学稳定性等优点。使功率器件能够在更恶劣的环境下工作,大大提高了系统的稳定性和可靠性;

3、宽禁带材料具有优异的抗辐射能力。在辐射环境下,宽禁带器件的辐射稳定性比硅器件高10~100倍,是制作耐高温、抗辐射的大功率微波功率器件的优良材料。

4、由于宽禁带半导体器件的结温较高,它们可以在冷却条件差、热设计保证差的环境中稳定工作。

其中半绝缘型碳化硅上主要是长氮化镓外延层制造用于射频和光电器件,导电型碳化硅衬底上长同质碳化硅外延层用来做功率半导体,两者材料应用有区别。

特别是碳化硅基氮化镓,因此氮化镓衬底实在太贵了,而且碳化硅和氮化镓有非常优异的晶格匹配度超过95%,因此碳化硅上能长出高质量的氮化镓外延层,因此氮化镓外延片把碳化硅当做最好的衬底。

这就是碳化硅一材两用,得碳化硅者得天下的说法来源。

综上所述碳化硅在大功率器件制造领域,优点比硅多太多了。

从现实而言,确实硅材料的潜力基本已经被挖的差不多了,因此对材料提出了更高的诉求,于是才有碳化硅,氮化镓材料的用武之地。

碳化硅为什么会进入高速发展阶段?

人类历史上第一次发现碳化硅是在1891年,美国人艾奇逊在电溶金刚石的时候发现一种碳的化合物,这就是碳化硅首次合成和发现。随后各国科学家经过深入研究之后,终于理清了碳化硅的优点和特性,并且发明了各种碳化硅的长晶技术,产业研究前后长达70多年。

2001年的时候英飞凌就做出了第一只碳化硅二极管,然后Cree,罗姆,ST等公司也相继进入碳化硅领域,做出了碳化硅二极管,三极管,MOSFET管等,有少量科研机构用研发过碳化硅IGBT结构,但是IGBT结构的一时半刻找不到应用场景。

以前大家都知道碳化硅很好,但是问题也很多,第一长晶技术不成熟,晶体内缺陷太多,严重影响良率和稳定性,可靠性;其次是不知道应用场景,因为碳化硅器件虽然性能强,但是太贵,找不到一个很适合的商业落点。

但是这一切都被特斯拉改变,特斯拉是业内第一个提出使用碳化硅替代硅的车企,并且大胆用到特斯拉的毛豆3上,随后其他车厂纷纷效仿,碳化硅迎来大规模上车的阶段,因此业内认为碳化硅发展元年是在2019年,特斯拉这一大胆的举动,拉开了碳化高速发展的序幕。

深入研究大家发现,碳化硅各种特性完美契合汽车应用。耐高温,耐高压,优秀的高频开关能力,过大电流的能力。最关键是使用碳化硅后,能减少周围电路元件用料,这样设计大大简化,重量和体积减少非常多。

丰田曾经在7年前展示过碳化硅的模组,相比硅方案,碳化硅方案仅为传统硅方案的体积的1/5,重量减轻35%,电力损耗从20%降低到5%,理论上能提升10%的经济性,优点还是相当明显的。

最关键的是,汽车整车价值量较高,能够覆盖碳化硅较高的成本,于是碳化硅找到了汽车这一完美的落地场景,开始加速发展。

02、碳化硅现在面临的缺点和掣肘是什么?

碳化硅优点很多,但是目前也仅仅是一个小汽车应用场景上使用,还是无法大规模替代硅功率器件,业内从技术和产业角度来理解有以下这些问题。

首先碳化硅这种材料,在自然界是没有的,必须人工合成,结果必然是成本远远高于可以自然开采的材料,而且碳化硅升华熔点约2700度,且没有液态,只有固态和气态,因此注定不能用类似拉单晶的切克劳斯基法(CZ法)制备,因此第一步晶体生长技术卡住了第一步也是最关键的一步,导致原材料价格过于昂贵。

因此碳化硅6英寸衬底高达1000美金,而6英寸硅片为23美金(150元),两者实在差太多了。

缺乏高效长晶技术导致衬底片成本过于高昂,第二器件工艺还不是很完善,同时专用设备也不是很完善,又贵又少,导致FAB厂产能还没有完全扩出来,总之就是量太小,衬底价格高,工艺不成熟,导致碳化硅器件太贵,制约了大规模应用,只能在小众高端领域使用。

深夜emo下,到了白天一切悲伤情绪正式结束。
接近三天的热潮逐渐褪去,我突然有了新的感想。
我希望我看到的都是假象,我希望这一切都不是真的,由衷希望。
还记得那是2020年的暑假,AG世冠止步四强,大家情绪低落,都仿佛是无头苍蝇。秋季赛开始的前夕,月光再次以AG教练的身份出现在直播间,七月或是八月的某一天,他在直播间里向我们介绍了一个瘦瘦的、穿着白色T恤的男生,那个男生十分害羞,头也不敢抬起来,但是浅浅地笑了一下,朝着镜头挥了挥手,说了句“大家好,大家好。”月光赶忙接着介绍“他是啊泽,玩边路的,有点害羞,大家多多支持他。”后来月光经常拉着害羞的啊泽、重新回归的麟羽、在月光面前乖巧的一诺以及影宝的双胞胎弟弟汤汤一起直播,他们五个人就那样坐在镜头前安静地打游戏一句话也不说,偶尔月光会冲着镜头挥挥手,那种岁月静好的午后应该不止我一个人怀念得不得了。
再后来,那个害羞的男生初登赛场,瓶子介绍他是KGL有名的战坦双修选手,那会儿的AG拥有一个战坦双修的选手是真的弥足珍贵:六哥以不死战神的坦边出名,阿恰是KPL赛场上第一个五杀关羽,麟羽双四杀李信,唯独啊泽,是战坦双修。阿恰自嘲“砖总”,玩的也是呆射+发育野+战边;麟羽曾在直播里表达过“坦边是真的迟钝,我是真的玩不来”,六哥的关羽是在离开AG后才一点一点练出来,唯独啊泽,是两万分的猪八戒,是灵性绕后的关羽。
我记得很清楚,2020年秋季赛的第一场就是啊泽作为首发上场,在月光的灵性轮换下AG战胜了当时“心魔”,啊泽关羽在敌方泉水把刷新的兵线推走,我们的兵线顺利进入水晶,拿下比赛的那一刻瓶子说这就是“细老师”。后来的总决赛,大家发挥的都不算好,你的关羽也无法救世,一两波操作失误被镜头放大,很多人因此疯狂批评,说你作为AG的新人边路在总决赛发挥的也太差了,我气得不行,在超话怼完那些看笑话的人之后,半夜给每个选手都发了加油的话,包括你。
在这之前都还只是爱屋及乌地喜欢这名陪伴了AG好几个年头的选手,真正喜欢上作为选手啊泽的你,是在秋决之后,你正式拥有了自己的直播间。大家心情低落,你是这帮选手里第一个赛后开始直播的人,那会儿你穿着灰色的睡衣,跟大家说“下午好下午好”。看你直播真的缓解了很多的不开心,你经常逗大家笑,偶尔大喊几句啾咪,偶尔说几句“哥哥我错了——我没错,是你错了”,偶尔和阿恰彪哥斗斗嘴。到了晚饭时间你总是点吉祥馄饨的馄饨面,乖巧地放大屏幕给我们展示吃播,你说兄弟们我吃饭很快,马上吃完给大家继续播游戏,然后三口两口地边吃馄饨边和弹幕聊天。你吃东西也太香了,而且也太宠粉了,导致我以前明明看诺崽直播最多,可那个寒假里我点开最多次的却是你的直播间。
再后来就是著名的圣诞夜读信环节,你读完A教的信之后哭出电音的样子被很多粉丝拿来调侃当表情包,但也是那个瞬间,喜欢且心疼你的粉丝也越来越多,那个夜晚我也是关了灯躲在被子里和你们一起又哭又笑的人之一,那个圣诞夜是我经历的最棒的圣诞夜。
21春A教的到来明显让你开心很多,你会在直播间歪头一笑,会给我们贡献很多可爱的表情包,会和小队长快乐排位,会和小斗斗嘴,会和爱思吵吵闹闹,会管影宝叫妹妹,会和A教小队长一起被唐甜关在门外蹲在地上吃螺蛳粉……
好了,再往后的故事我就暂时先不回忆了。到这里我已经洋洋洒洒写了一千三百字,但其实还有好多细节我还没有讲。
到这我真的很想知道,到底哪个才是真实的你啊。
陪着AG26连跪也没走的是你,采访时说AG是家,对我这么好是吧我怎么会想走的是你,想着自己年纪大了需要出去闯一闯的也是你(这一点完全理解且支持);选秀大会的自留签、穿着黑色西服站在话筒前说感谢俱乐部的栽培,以后会用自己的努力回报俱乐部的是你,22号晚上巅峰对决战胜AG以后激动地捶桌子呐喊,表情狰狞的让我陌生的也是你;一口一个队长,玩孙策带一诺干将坐船的是你,AG和别的队打比赛、赛前预测说无条件支持AG的是你,22号的赛后采访说没想过会和AG打季后赛,感觉有些尴尬的也是你。
结合这些的所有,我更愿意相信真相是你真的是被口嗨的受害者,你没有在背后说前队友或前俱乐部的不是,也更愿意相信你是一个嘴笨不知道怎么表达自己内心感受的人,所以偶尔说的话即使容易产生歧义,有了节奏但你也不知道怎么为自己解释的人。否则我真的太难以接受这一切,难以接受一个足以颠覆我看法的啊泽。
我作为粉丝投入的感情有多少,这几天我所看到的一切就有多难以让我接受。
我很少在超话里发帖,但在大超里发的一个帖子是“我看谁不夸啊泽的关羽”;作为团粉我很少参与个超,但个超等级最高的AG啊泽,8级,只靠签到和线下观赛前求tt升到的8级,当时到了第二次看线下比赛才知道怎么领取个人应援,但是及时我排得很靠前也还是没能领到啊泽的应援,当时他真的很受大家欢迎。昨晚心态大崩之后我气到想要删掉相册里一切和啊泽相关的照片,却发现我相册里存的最多的单人照是啊泽,最后我还是全部都删掉了,但他和大家的合照我觉得实在太珍贵,我舍不得删。
回忆不是假的,现实也都是真的,大晚上的感动完我自己,从此我只会祝福我自己的队伍了。

#郑在聊房# 过来人总结了11条卫生间装修经验,非常实用,照着做不踩坑,建议收藏!

1.浴缸能不装就不装。

10家安装了浴缸9家后悔,因为使用次数太少,造成浪费,时间长了上面全是灰,成了堆放杂物的地方,看着别提有多闹心了,关键还占了地方。在装修的时候想着有个浴缸多好啊,每天下班还可以泡泡澡,入住才发现,不是不想泡澡,而是没有时间,导致浴缸闲置,倒不如花洒实用。

2.淋浴隔断不要做透明玻璃。

不知道做透明玻璃的朋友后悔没有,反正我是后悔了,透明玻璃看起来颜值是要高些,但是有点水渍看得一清二楚,每次洗完澡都要打扫下,特别麻烦。对于有强迫症的我,真的难以接受,再次装修,我一定要做成磨砂玻璃或长虹玻璃。

3.卫生间马桶做壁挂式。

如果再次装修,卫生间马桶我一定要做成壁挂式(墙排)马桶,当初装修的时候由于不懂,就听师傅安排,入住后才发现,真的踩坑了,主要是做卫生的时候才知道,会有卫生间死角,无法打扫,即使能打扫,也得费很大的劲。墙排马桶颜值高,最主要的是没有卫生死角。

4.壁龛就是个坑。

这几年装修,壁龛很流行,但是做得不好,还是挺闹心的。前期在装修的时候,想着在淋浴区做一个壁龛,平时放点洗发水沐浴露这些用品,入住后才发现,踩坑了。大家都知道壁龛有深度,如果台面上的瓷砖没有放坡度,就会积水,每次都要打扫,壁龛内角根本无法打扫,卫生死角,而且壁龛时间长了难免会放些其他的东西,容易滋生细菌。

5.洗脸盆排水做成墙排。

如果卫生间再次装修,洗脸盆排水一定要做成墙排,这样没有卫生死角,关键是美观。我家做的是地排,由于水电工的不专业,直接把排水做得太靠前了,一进门就看到洗脸盆的排水管,真的很闹心,而且地排打扫卫生不是太方便,主要是太不美观了。

6.地面不选纯白地砖。

这点一定要注意,纯白地砖一般都是不带花纹的,说难听点,有根头发掉在地上都能看得一清二楚,有强迫症的人千万不要选,够打扫的,有的朋友觉得卫生间采光不好,纯白的显大,看起来空间没有那么压抑,殊不知白色纯色的缺点多多,慎重选择!

7.卫生间门一定要铝合金门。

不管您家装修什么样的风格,也不管您家卫生间有没有做淋浴隔断,卫生间门一定要选择铝合金门,谁用谁知道,有些朋友觉得只要木门质量好就没事,可能前两年没事,等入住几年您就知道了,再好的木门都没用,卫生间湿气重,平时洗澡的水蒸气难以挥发,木质的门肯定是不行的。如果觉得铝合金门不是太好看,可以把玻璃做成长虹玻璃,看起来美观些。

8.水电走顶时一定要把浴霸的位置留出来。

前期做水电的时候,浴霸的位置一定要考虑好,很多朋友由于不太注意,水电工也不太负责,导致后期安装浴霸时无法安装,大家都知道水电走顶,会用吊卡把水管固定,如果安装浴霸的位置刚好有水管,要不就是换位置安装,要不就是降低层高安装,卫生间层高本来就矮,这是不可取的,所以前期一定要考虑到位。

9.不买黑色的花洒和水龙头。

在选择洁具的时候,没有考虑到后期入住的卫生问题,把花洒和洗脸盆龙头买成了黑色的,感觉上档次,质感强,所以想都不想就直接下单,使用时才发现,黑色的太不耐脏了,尤其是水渍很严重,感觉是打扫不干净的,平时看水龙头和花洒都是脏脏的,还是有点闹心。真的还不如买银色的好用。

10.洗脸盆一定买陶瓷洗脸盆。

不管您买的洗脸盆台面是岩板的还是陶瓷的、还是石材的,记住洗脸池一定要选陶瓷的,陶瓷的好打扫卫生,好的陶瓷只要用抹布擦下就焕然一新,目前市面上有很多岩板一体盆,颜值是有了,但是真的不好用,说的是一体的,但其实都是拼接的,盆池内的水永远排不完,岩板基本都是哑光的,水渍也特别严重。

11.吊顶不要选择石膏板吊顶。

很多朋友在装修的时候都有这种想法,觉得铝扣板不好看,想用石膏板来做卫生间吊顶,我劝大家打消这个念头,目前市面上也有防水石膏板,但是都不能保证石膏板不受潮,不变形。如果用防水石膏板做吊顶,短期不太看得出来,时间长了,石膏板就会受到水蒸气的侵蚀,边角容易开裂。所以还是铝扣板好,防潮效果好,耐用不变形。(via.军哥说装修)


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