碳化硅半导体材料是一种共价键晶体，有闪锌矿型和铅锌矿 型两种结晶形式。SiC是由硅(Si)和碳(C)组成的化合物半导体材料。其结合力非常强，在热、化学、机械方面都非常稳定。SiC存在各种多型体（多晶型体），它们的物理特性值各有不同。4H-SiC最适用于功率元器件。下表为Si和近几年经常听到的半导体材料的比较。
碳化矽（英語：silicon carbide，carborundum），化學式SiC，俗称金刚砂，宝石名称钻髓，为硅与碳相键结而成的陶瓷状化合物，碳化矽在大自然以莫桑石这种稀罕的矿物的形式存在。自1893年起碳化矽粉末被大量用作磨料。将碳化矽粉末烧结可得到坚硬的陶瓷状碳化矽颗粒，并可将之用于诸如汽车刹车片、离合器和防弹背心等需要高耐用度的材料中，在诸如发光二极管、早期的无线电探测器之类的电子器件制造中也有使用。如今碳化矽被广泛用于制造高温、高压半导体。使用Lely法能生长出大块的碳化矽单晶。人造莫桑石的宝石就是切割由Lely法制备的大块碳化矽单晶获得的。
碳化硅的结构
碳化硅存在着约250种结晶形态。由于碳化硅拥有一系列相似晶体结构的同质多型体使得碳化硅具有同质多晶的特点。这些多形体的晶体结构可被视为将特定几种二维结构以不同顺序层状堆积后得到的，因此这些多形体具有相同的化学组成和相同的二维结构，但它们的三维结构不同。
α-碳化硅(α-SiC)是这些多型体中最为常见的，它是在大于1700°C的温度下形成的，具有类似纤锌矿的六方晶体结构。具有类似钻石的闪锌矿晶体结构的β-碳化硅(β-SiC)则是在低于1700°C的条件下形成的。β-碳化硅因其相较α-碳化硅拥有更高的比表面积，所以可用于非均相催化剂的负载体。
纯的碳化硅是无色的，工业用碳化硅由于含有铁等杂质而呈现棕色至黑色。晶体上彩虹般的光泽则是因为其表面产生的二氧化硅钝化层所致。
碳化硅高达2700°C的升华温度使得它适合作为制造轴承和高温熔炉的部件。它本身也具有较高的化学惰性。由于其相较于晶体硅具有更高的热电导率、电场击穿强度和最大电流密度，所以在高功率的半导体材料方面具有更好的应用前景。[27]此外碳化硅的热膨胀系数也非常低（4.0×10-6/K）同时也不会发生可能引起的不连续性热膨胀的相变。
碳化硅有什么用？
以SiC为代表的第三代半导体大功率电力电子器件是目前在电力电子领域发展最快的功率半导体器件之一。碳化硅作为第三代半导体材料的典型代表，也是目前晶体生产技术和器件制造水平最成熟，应用最广泛的宽禁带半导体材料之一，目前在已经形成了全球的材料、器件和应用产业链。是高温、高频、抗辐射、大功率应用场合下极为理想的半导体材料。由于碳化硅功率器件可显著降低电子设备的能耗，因此碳化硅器件也被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源器件”。
1. 半导体照明领域
采用碳化硅作为衬底的LED期间亮度更高、能耗更低寿命更长、单位芯片面积更小，在大功率LED方面具有非常大的优势。
2. 各类电机系统
在5千伏以上的高压应用领域，半导体碳化硅功率器件在开关损耗与浪涌电压上均有应用，最大可减少 92%的开关损耗，半导体碳化硅功率器件功耗降低效果明显，设备的发热量大幅减少，使得设备的冷却机构进一步简化，设备体积小型化，大大减少散热用金属材料的消耗。
3. 新能源汽车及不间断电源等电力电子领域
新能源汽车产业要求逆变器(即马达驱动)的半导体功率模块，在处理高强度电流时，具有远超出普通工业用途逆变器的可靠性；在大电流功率模块中，具有更好的散热性，高效、快速、耐高温、可靠性高的半导体碳化硅模块完全符合新能源汽车要求。
半导体碳化硅功率模块小型化的特点可大幅削减新能源汽车的电力损失，使其在200℃高温下仍能正常工作。更轻、更小的设备重量减少，减少汽车自身重量带来的能耗。
半导体碳化硅材料除了在新能源汽车节能中占有重要地位外,在高铁、太阳能光伏、风能、电力输送、UPS不间断电源等电力电子领域均起到了卓越的节能环保作用。
4. 让电子设备体积更小
将笔记本电脑适配器的体积减少80%，将一个变电站的体积缩小至一个手提箱的大小。这也是碳化硅半导体令人期待的一个方。
随着国家对第三代半导体材料的重视，近年来，我国半导体材料市场发展迅速。其中以碳化硅为主的材料备受关注。尽管如此，但产业难题仍待解决，如我国材料的制造工艺和质量并未达到世界前列，材料制造设备依赖于进口严重，碳化硅器件方面产业链尚未形成等，这些问题需逐步解决，方可让国产半导体材料屹立于世界前列。
5. 功率电子元件
碳化硅是目前正在研究的半导体，已在快速切换、高温及高电压的应用上，进行前期的大量生产。第一个可用的元件是肖特基二极管、之后是结型场效应管及高速切换的功率MOSFET。目前正在开发双极性晶体管及晶闸管。
碳化硅元件商品化的主要问题是如何去除缺陷：包括边缘位错、螺旋位错（空心和闭合）、三角形缺陷及基面位错。因此，虽然有许多研究设法要改善特性，但最早期SiC材料的元件，其反向电压阻隔能力不好。除了晶体品质外，SiC和二氧化硅的界面问题也影响了SiC MOSFET及IGBT的发展。渗氮已大幅改善了界面问题，不过其机制还不清楚。
2008年已有第一个商品化的JFET，额定1200V[39]，之后是2011年第一个商品化的MOSFET，额定电压1200 V。SiC的开关以及SiC肖特基二极管（SBD）有常见的TO-247及TO-220封装外，许多厂商也开始将SiC裸晶放在功率模组中。
SiC SBD二极管已用在功因修正电路上，以及IGBT功率模组中。像是国际集成功率电子系统大会（CIPS）等研讨会也会定期报告有关SiC功率元件的技术驱势。
日本部分新造的大功率交传铁路车辆，以碳化硅取代IGBT用于牵引变流装置（如新干线ALFA-X、EMU3000和E235系），有助进一步减少车辆耗电。
6. 石墨烯生长
通过加热至高温，可在碳化硅的表面得到外延石墨烯。这种获取石墨烯的方法被认为有希望实现大规模合成具有实际应用的石墨烯。
7. 磨料和切割工具
由于金刚砂的耐用性和低成本，在现代宝石加工中作为常用磨料使用。金刚砂凭借其硬度使它在制造业中诸如砂轮切割、搪磨、水刀切割和喷砂等磨削加工过程。将碳化硅粒子层压在纸上就能制成砂纸和滑板的握带。
1982年由氧化铝和碳化硅须晶构成的超强复合材料问世，经过随后三年的发展这种复合材料走出实验室成为商品。1985年先进复合材料公司和Greenleaf公司推出了新的商品化切割工具，工具就是由氧化铝和碳化硅须晶组成的加强型复合材料所制造的。
8. 结构材料
在二十世纪80至90年代，几个欧洲、日本和美国的高温燃气涡轮机研究项目对碳化硅做了研究，项目的目标均打算以碳化硅代替镍高温合金制造涡轮机叶片或喷嘴叶片。但这些项目无一实现量产，主要原因在于碳化硅材料的耐冲击性和断裂韧度低。
不同于其他陶瓷材料比如氧化铝和碳化硼，碳化硅可用于制造复合装甲（比如乔巴姆装甲）和防弹背心中的陶瓷板。
9. 天文学
碳化硅具备的低热膨胀系数、高的硬度、刚性和热导率使其能够作为天文望远镜的镜面材料。通过化学气相沉积制造的直径达3.5米和2.7米的多晶碳化硅圆盘已被分别安装在赫歇尔空间天文台和同温层红外线天文台等几个大型天文望远镜上。
催化剂载体
碳化硅本身的抗氧化性质和立方β-SiC所具有的大比表面积使其可作为非均相催化剂的载体。通过稻壳炭化合成的β-SiC已被用于作为非均相催化剂的载体应用于催化诸如正丁烷氧化生成顺丁烯二酸酐这类烃类的氧化反应。
碳化硅的制造
由于自然界中的莫桑石非常罕有，所以碳化硅多为人造。
在碳化硅的生产中，碳材料（通常是石油焦）和二氧化硅或石英砂的混合物在电热炉中进行高温化学反应，形成SiC。由此产生的粗制材料通过粉碎和研磨进一步加工，以获得正确形状和尺寸的SiC颗粒。这些晶粒和粉末要么用水清洗，要么进行化学处理，以达到更高的材料纯度。
它被用于磨料、半导体材料和具有钻石特点的仿制品。常见的方法是利用艾奇逊法将细的二氧化硅颗粒与焦炭混合，置入石墨为电极的电炉中，加热到1600至2500°C之间的高温制得。另一种方法是将纯净的二氧化硅颗粒在植物性材料（比如谷壳）中加热合成碳化硅，通过热分解有机质材料生成的碳还原二氧化硅产生硅单质，随后多余的碳与单质硅反应产生碳化硅。此外，还可以利用生产金属硅化物和硅铁合金的副产物硅灰与石墨混合在1500°C的条件下加热合成碳化硅。
用艾奇逊法在电炉中合成的碳化硅因距离石墨电阻加热源远近的不同在纯度上有一定的差别。最靠近电阻加热源的地方产生的无色、淡黄色或绿色的碳化硅晶体纯度最高。随着离电阻加热源的距离越来越远生成的碳化硅颜色变为蓝色和黑色，这些深色晶体的纯度相对降低。氮和铝是碳化硅中常见的杂质，它们会影响碳化硅的电导率。
纯的碳化硅是用Lely法制造的。通过将碳化硅粉末在2500°C的氩气氛下升华后再沉积形成鳞片状的单晶，在较冷的基底上可形成尺寸大到2×2cm2的单晶。Lely法能生长出高质量的碳化硅单晶。因为单晶的生长温度高，所以得到的单晶大多数是6H-SiC相的。在石墨坩埚中进行感应加热则是另一种改进后的Lely法，它可以制造的碳化硅单晶尺寸是传统方法的81倍。
立方体状的碳化硅一般是借助成本较为昂贵的化学气相沉积法来合成的。通过气相和液相合成的方法可以制造同质外延和异质的碳化硅薄层。纯的碳化硅也能利用某些聚合物比如聚甲基硅烷在低温的惰性气氛中热分解来合成。相较于化学气相沉积法，热分解法的优势在于聚合物能在热裂解形成陶瓷状碳化硅之前塑造成各种不同的形状。
中国碳化硅上市公司有哪些？
碳化硅概念股票一览表
1、三安光电股票600703，最新股价28.00元，市盈率100.34，市净率4.29。2020年半年报披露：公司在长沙设立子公司湖南三安从事碳化硅等化合物第三代半导体的研发及产业化项目，项目正处于建设阶段。
2、扬杰科技股票300373，最新股价45.71元，市盈率61.83，市净率7.74。2020年7月22日互动平台回复：公司主要从事碳化硅芯片器件及封装环节，不涉及材料领域。目前可批量供应650V、1200V碳化硅SBD、JBS器件。
3、京运通股票601908，最新股价6.50元，市盈率23.34，市净率1.72。2020年8月11日互动平台回复：公司碳化硅炉尺寸可以覆盖2-6英寸，具备量产碳化硅产品的能力。
4、楚江新材股票002171，最新股价9.76元，市盈率49.36，市净率2.37。2020年5月28日互动平台回复：碳化硅作为目前发展最成熟的半导体材料，顶立科技将积极参与相关的原材料制备技术领域，公司在技碳化硅单晶方面主要从事SiC单晶中的高纯C粉的研制，目前已能实现小批量生产，且关键技术指标满足制备第三代半导体——碳化硅单晶的要求，掌握了将5N及以下的C粉提纯到6N及以上，各项关键指标满足高性能碳化硅单晶原料生产的需要，其设备与工艺技术处于国内领先水平。
5、露笑科技股票002617，最新股价7.45元，市盈率44.26，市净率3.62。2019年8月5日公司全资子公司内蒙古露笑蓝宝石有限公司与国宏中宇科技发展有限公司签订的《碳化硅长晶成套设备定制合同》，合同总金额1.26亿元人民币。
6、英唐智控股票300131，最新股价10.17元，市盈率28.63，市净率7.60。2019年年报披露：通过参股上海芯石以及设立新公司，英唐智控将迅速切入功率半导体尤其是碳化硅功率半导体芯片市场，通过上海芯石提供设计、新设立公司配套生产，建立起围绕硅基、碳化硅为基础的模拟电路、大功率器件等半导体芯片设计及生产制造的完整产业链条。
7、双良节能股票600481，最新股价4.35元，市盈率96.27，市净率3.33。2019年，江苏双良新能源装备有限公司与江苏卓远半导体有限公司就“集成电路级大尺寸高性能单晶硅的生长智能装备技术的开发合作”、“第三代半导体碳化硅晶体批量生产项目的量产化技术合作”签署战略合作协议。此次双良新能源与卓远半导体强强联合，旨在以国家大力发展半导体产业、地方产业创新升级为契机，通过战略合作实现双方优势互补，填补国内大尺寸单晶硅生产设备领域空白，并推动第三代半导体碳化硅(SiC)晶体量产化，实现国内半导体产业在高端装备制造领域自主化取得新突破。
8、易成新能股票300080，最新股价5.76元，市盈率258.28，市净率2.51。肥嘴财经提示，公司研发的碳化硅精密陶瓷制品具有耐磨损、耐腐蚀、抗高温、抗氧化、气密性好等特性，广泛应用于石油、化工、机械、冶金、船舶、汽车、航空航天等领域。高温下液态硅渗入含碳坯体，并与碳反应生成碳化硅，使坯体获得烧结，从而得到高致密性的陶瓷材料。2013年中报披露，报告期内，易成新材与中科院上海硅酸盐研究所合作研发的碳化硅高性能热交换管项目已经进入中试阶段，预计于2014年四季度投放市场试用。
9、天富能源股票600509，最新股价4.03元，市盈率129.45，市净率0.76。–
10、新洁能股票605111，最新股价178.55元，市盈率134.48，市净率16.18。招股说明书披露：公司上市募集的部分资金拟投资碳化硅宽禁带半导体功率器件研发及产业化项目。
11、东尼电子股票603595，最新股价24.49元，市盈率107.07，市净率4.75。2020年9月8日公司在互动平台称：新建年产12万片碳化硅半导体材料项目是本公司的项目。
12、东方钽业股票000962，最新股价8.41元，市盈率121.87，市净率3.12。–
13、派瑞股份股票300831，最新股价24.27元，市盈率206.44，市净率10.24。招股说明书披露：公司将通过首次公开发行股票募集资金建立具有小批量一定中试能力的碳化硅基器件研发实验中心，以满足新产品的研发和中试供应市场。