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發(fā)布時間：2021-10-12 09:24
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第三代半導(dǎo)體材料，主要代表碳化硅和氮化相對于前兩代半導(dǎo)體材料而言，在高溫、高壓、高頻的工作環(huán)境下有著明顯的優(yōu)勢。
碳化硅早在1842年就被發(fā)現(xiàn)了，直到1955年才開發(fā)出生長碳化硅晶體材料的方法，1987年商業(yè)化生產(chǎn)的的碳化硅才進(jìn)入市場，21世紀(jì)后碳化硅的商業(yè)應(yīng)用才算鋪開。
與硅相比，碳化硅具有更高的禁帶寬度，禁帶寬度越寬，臨界擊穿電壓越大，高電壓下可以減少所需器件數(shù)目。具有高飽和電子飄逸速度，制作的元件開關(guān)速度大約是硅的3-10倍，高壓條件下能高頻操作，所需的驅(qū)動功率小，電路能量損耗低。具有高熱導(dǎo)率，可減少所需的冷卻系統(tǒng)，也更適用于高功率場景下的使用，一般的硅半導(dǎo)體器件只能在100℃以下正常運行，器件雖然能在200℃以上工作，但是效率大大下降，而碳化硅的工作溫度可達(dá)600℃，具有很強(qiáng)的耐熱性。并且混合SIC器件體積更小，工作損耗的降低以及工作溫度的上升使得集成度提高，體積減小。
硅化可在普通大氣壓的碳管爐內(nèi)進(jìn)行，硅化溫度必須大于2000℃。如果在66.65MPa的真空爐中進(jìn)行，則硅化溫度可降到1500~1600℃。產(chǎn)生硅蒸氣所用的硅粉顆粒尺寸為0.991~4.699mm。在大氣壓力下硅化時，硅粉可裝在石墨坩堝里。在真空下硅化時，則應(yīng)裝在氮化硼(BN)坩堝里，因為此時硅會滲入石墨中并作用形成碳化硅而使石墨坩堝，而氮化硼與硅不潤濕。硅化所需的時間依據(jù)硅化的溫度及在該溫度下的硅的揮發(fā)量的不同而變化。在硅化完成后，坩堝內(nèi)通常不應(yīng)該再有硅殘留而都蒸發(fā)了。由于蒸發(fā)而附著在制品表面上的硅可用熱的處理除去。自結(jié)合碳化硅制品的強(qiáng)度為一般碳化硅制品的7~10倍，且能力提高了。
碳化硅陶瓷
碳化硅陶瓷在石油、化工、微電子、汽車、航天、航空、造紙、激光、礦業(yè)及原子能等工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。下面為大家來介紹一下碳化硅陶瓷的良好導(dǎo)熱性能。
碳化硅陶瓷的良好導(dǎo)熱性能 陶瓷的優(yōu)異性能與其獨特結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。SiC是共價鍵很強(qiáng)的化合物，SiC中Si-C鍵的離子性僅12%左右。因此，SiC強(qiáng)度高、彈性模量大，具有優(yōu)良的耐磨損性能。純SiC不會被HCl、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等堿溶液侵蝕。在空氣中加熱時易發(fā)生氧化，但氧化時表面形成的SiO2會抑制氧的進(jìn)一步擴(kuò)散，故氧化速率并不高。在電性能方面，SiC具有半導(dǎo)體性，少量雜質(zhì)的引入會表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。此外，SiC還有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。
