成本太高了，但宽带隙材料的好处是令人印象深刻的。
在之前博客，我提供了整个电力设备市场的审查和趋势驱动变化的设备演变，包括材料创新。要实现这样的转变，相对于成熟的低成本硅技术的优势必须是令人信服的，而且是行业绝对必须实现的。现在，我想重点介绍在越来越多的电力设备应用中，与硅相比具有竞争优势的新材料。
碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是两种早期用于提高功率器件性能的材料。它们是属于III-V类材料的化合物半导体材料，并提供宽带隙(WBG)特性，能够将功率器件性能提高到硅根本无法竞争的水平。这是因为WBG材料允许器件在比硅等传统半导体材料更高的电压、频率和温度下工作。
宽带隙功率器件具有广泛的应用优势，但制造工艺是一个挑战。(来源:Yole Development)
这些WBG III-V基板的挑战是它们极其昂贵且难以制造。与Si衬底相比，GaN衬底一般为6英寸或更小，有些为8英寸，但供应相当有限。SiC衬底现在刚刚进入6英寸。晶圆弯曲和缺陷是该行业尚未克服的主要挑战。适用于FET型功率器件制造的4英寸SiC衬底的成本很容易在数千美元范围内。即使节省了能源，减少了重量、尺寸和电路元件，对于终端用户产品的制造商来说，这仍然是一个巨大的成本增量。还有可靠性问题。
后epi工艺的挑战之一是对超高温退火的需求，最高可达2000°C。典型的硅退火反应堆远达不到这种状态。植入SiC也需要高温，而且相当复杂。对于GaN，由于GaN和Si之间的晶格不匹配，需要氮化铝(AlN)型缓冲层。这些缓冲层不是简单的，需要调优来帮助最小化电荷陷阱。此外，GaN on Si功率器件通常是on的，这带来了可靠性问题，进一步限制了市场接受度。需要增强模式GaN器件来克服这一缺点。至于GaN on GaN，目前只有2英寸的晶圆可用，因此成本更高。
幸运的是，半导体加工流程中的其他步骤，如CVD、PVD、蚀刻和CMP对于WBG功率器件来说相对简单。同样有利的是工艺流程非常类似于硅。流程调优需要对硬件进行微小的更改，但现有技术可以适应WBG处理。
今天，SiC和GaN产品已经上市，尽管数量有限。基于gan的功率器件主要用于低至中压应用，而SiC用于中至高压应用。虽然WBG的性能优势是不可否认的，但WBG设备能否克服成本和制造挑战并实现高产量仍是一个悬而未决的问题。
随着WBG设备令人兴奋的潜力，多家公司、财团和大学研究中心正专注于解决WBG功率设备的挑战。尽管与硅衬底相比，WBG的优点(包括节省电力、简化电路和减小模块尺寸)必须显著降低成本，才能提供有意义的投资回报，但这些材料仍被广泛认为是未来功率器件的下一个重大变化。
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