碳化硅（SiC）是一種很神奇的化合物，你能在半導體行業市場看到它，先進陶瓷的產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的產品，事實不是的。碳化硅既可以是堅硬耐磨的先進陶瓷，也可以是高效節能的半導體，兩種形態雖然化學成分相同，但在工業領域扮演著兩種完全不同的角色。陶瓷用碳化硅與半導體碳化硅材料在晶體結構、制備工藝、性能特點及應用領域上均存在顯著差異：

1 原料純度要求標準不同

陶瓷用碳化硅對粉末純度要求相對較低，通常普通工業級產品達到 90% - 98% 即可滿足使用需求，不過高性能結構陶瓷可能要求 98%~99.5%（如反應燒結SiC需控制游離硅含量）。它允許含有少量雜質，有時還會特意添加如氧化鋁（Al?O?）、氧化釔（Y?O?）等作為燒結助劑，以改善陶瓷的燒結性能，幫助降低燒結溫度，提高最終產品的致密度。

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

碳化硅半導體材料©百度圖庫

2 晶體結構與質量不一

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

半導體用碳化硅則必須是單晶襯底或外延層，晶體結構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獲得單一晶型（如4H-SiC、6H-SiC）。電子遷移率、禁帶寬度等電學性能對晶型極度敏感，需嚴格篩選晶型以實現特定功能。目前主流是 4H - SiC，因為 4H - SiC 具有高載流子遷移率和高擊穿場強等優異的電學性能，非常適合功率器件的應用。

3 制備工藝繁簡有別

陶瓷用碳化硅的制備工藝相對簡單（粉體制備→成型→燒結），類似“燒磚”。首先將工業級SiC 粉末（通常為微米級粒度）與粘結劑混合，然后通過壓制成型，最后在高溫（1600 - 2200℃）下進行燒結，使顆粒間通過擴散作用實現致密化，多數情況致密度達到 90% 以上，就能滿足大多數應用需求。整個過程無需精確控制晶體生長，更側重于成型和燒結過程的穩定性和一致性。特點是工藝靈活，可以制備復雜形狀的應用部件，不過對原料的純度要求相對較低。

半導體用碳化硅的制備工藝則復雜得多（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，以確保晶體的完整性和高質量。之后根據產品工藝要求，還需要通過化學氣相沉積（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。整個制備過程需要在超高潔凈環境（如 Class 10 級潔凈室）中進行，以避免雜質污染，影響材料性能。特點是工藝高度精密，需控制溫場、氣體流速等參數，對原料純度（>99.9999%）與設備要求嚴苛。

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級 SiC 粉末，制備工藝相對簡單，所以成本較低，噸價通常在幾千元到幾萬元之間，市場應用廣泛，主要面向磨料磨具、耐火材料等對成本較為敏感的行業。

半導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，導致成本極高，一片 6 英寸的襯底單價可達數千美元。其市場主要集中在對材料性能要求極高的高端電子領域，如功率半導體器件、射頻器件等行業，隨著新能源汽車、5G 通信等產業的快速發展，市場需求呈現出快速增長的趨勢。

5 應用場景各有所長

陶瓷用碳化硅是“工業硬漢”，主要充當結構材料的角色，憑借其出色的力學性能（高硬度、耐磨性）和熱學性能（耐高溫、抗氧化），在磨料磨具（砂輪、砂紙）、耐火材料（高溫窯爐內襯）、耐磨/耐腐蝕部件（泵體、管道內襯）等領域大顯身手。

碳化硅陶瓷結構件©innovacera

半導體用碳化硅則是“電子精英”，它基于寬禁帶半導體特性，在電子器件領域展現出獨特優勢。在功率器件方面，如電動汽車的逆變器、電網的變流器等，它能提高器件的功率轉換效率，降低能量損耗。在射頻器件領域，像 5G 基站、雷達等，半導體用碳化硅有助于實現更高的工作頻率和更強的信號傳輸能力。此外，它還可用于光電子器件，如作為藍光 LED 的襯底材料，為我們帶來明亮的藍色光源。

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” 的本質區別。陶瓷用 SiC 是 “用其形（結構）”，半導體用 SiC 是 “用其性（電學）”。前者追求力學與熱學性能的性價比，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水平。陶瓷用碳化硅與半導體用碳化硅雖然 “同根同源”，但由于應用場景的不同，在純度、晶體結構、制備工藝等方面有著明顯的區別，但不影響各自在自己的領域中發光發熱，為我們的工業生產和科技進步貢獻著力量。