曾经，电子设备都是一些庞然大物，因为里面用的电子管都是一些大真空玻璃管。五十年代时，人们发现用硅（Si）和锗（Gn）这样的半导体材料，可以做出比电子管小得多的晶体管。自此，半导体时代展开，地球文明进入了一个新的阶段。


生长

在制造半导体器件时，对半导体材料的纯度要求非常高。这是因为杂质，特别是重金属快扩散杂质和深能级杂质，会对材料的性能产生重大影响。因此，半导体材料的生产需要超净的生产环境，以尽量减少杂质污染。半导体不仅为我们的生活带来了极大的便利，而且还是现代科技发展的关键所在。半导体材料的发展史更是一段跨越了几个世纪的科技进步史，其重要性在现代科技社会中尤为显著。

第一代半导体材料是指硅、锗元素等单质半导体材料，锗做的晶体管曾经也是流行的老大，但由于速度较慢、不耐热等缺点，在八十年代初就被硅基管给取代了，一直到现今，90％以上的芯片都是以硅为基底，晶圆也基本都是硅片（就是沙子）。

第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InP），相比硅基管，电子迁移率高、速度快，适合光电和射频领域，但缺点也较明显（比如有毒、硬度不足等）；

第三代半导体材料指的是宽禁带半导体材料，其中最重要的就是碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等。和传统半导体材料相比，更宽的禁带宽度允许材料在更高的温度、更强的电压与更快的开关频率下运作，器件的输出功率、稳定性和可靠性可以大大提高。目前以碳化硅为代表的第三代半导体材料发展风头正盛，有材料显示，在第三代半导体材料中，碳化硅占整体产值的80％。

未果

这几年，要说风头最盛、赚钱最多的，还得是碳化硅。碳化硅主要用于电动汽车（约80％）及新能源领域（约20％），随着电动汽车的普及，碳化硅元件的需求与市场规模势必继续上升。

2018年，特斯拉将自家Model 3车型上硅基的功率半导体换成了碳化硅——因为碳化硅的材料上限更高，它的禁带宽度是硅的三倍，热导率也是硅的三倍，击穿场强更是硅的九倍，特别的耐热耐高压，让电动车的充电速度更快、更安全，续航也更久。


碳化硅颗粒

但是，碳化硅并不能替代硅，这里面最主要的是一个原因，还是成本。把碳化硅带火的特斯拉在今年三月宣布，其下一代电动车将大幅减少碳化硅的使用，因为碳化硅做的晶体管虽然哪哪都好，但它的成本是硅制晶体管的4倍，且生产速度较慢。此消息一出，作为全球碳化硅龙头的Wolfspeed，其股价在特斯拉宣布减少碳化硅使用后出现了重挫。同时，其他积极投入碳化硅的国际大厂，如意法半导体、英飞凌等，股价也同步大跌。

还有一个原因就是，碳化硅晶体生长时间实在是比硅慢多了，且生长过程中很容易“长歪”，需要非常严格的技术把控。再加上碳化硅的硬度在莫氏硬度中具体表现为9．2－9．5——要知道金刚石硬度的硬度是10，硅的硬度是6．5，无疑又在生成过程中增加了切割时间成本。受到新冠疫情、美国对华芯片禁令等因素的影响，全球芯片供应链出现紧张，许多企业难以采购到足够的芯片，导致生产受到严重影响。在全球紧张供应链问题的前提下，连硅基芯片都不能保证供货，碳化硅就更难以保证了。

虽然碳化硅芯片可以实现较高的功率密度，但由于其制造工艺的限制，碳化硅芯片的产能和企业信任度相对于传统硅芯片来说仍然较为争议，短期内的供给也不够。


（插个话，碳化硅和氮化镓抗辐射和防干扰的能力都很强，在军工航天领域上能起到重大作用，所以美国会不会握着捂着……懂的都懂）

此外，国内碳化硅企业与国际大厂的合作也日益增多。例如，三安光电与意法半导体共同宣布，将斥资50亿美元在重庆建立一座8英寸SiC衬底厂；英飞凌与天科合达、天岳先进宣布牵手合作，两家国内厂商将为英飞凌供应6英寸SiC材料；中电化合物也与韩国Power Master签订了长期供应8英寸在内的碳化硅材料的协议。

碳化硅除了成本和产能问题，还面临许多其他方面的争议。便宜又稳定的硅基管短期内不可能退出市场，不过，可以期待一下传说中的第四代超宽带半导体会不会在碳化硅打出一片天之前超车呢。