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碳化硅(SiC)，又稱金剛砂。1891年美國人艾契遜(Acheson)發(fā)明了碳化硅的工業(yè)制造方法。碳化硅是用天然硅石、碳、木屑、工業(yè)鹽作基本合成原料，在電阻爐中加熱反應(yīng)合成。其中加入木屑是為了使塊狀混合物在高溫下形成多孔性，便于反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體及揮發(fā)物從中排除，避免發(fā)生，因?yàn)楹铣蒊T碳化硅，將會(huì)生產(chǎn)約1.4t的(CO)。工業(yè)鹽(NaCl)的作用是便于除去料中存在的氧化鋁、氧化鐵等雜質(zhì)。

第三代半導(dǎo)體材料，主要代表碳化硅和氮化相對(duì)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(shì)。

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(zhǎng)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(chǎng)，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(dòng)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(chǎng)景下的使用，一般的硅半導(dǎo)體器件只能在100℃以下正常運(yùn)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。

（一）碳化硅的合成和用途

碳化硅的合成是在一種特殊的電阻爐中進(jìn)行的，這個(gè)爐子實(shí)際上就只是一根石墨電阻發(fā)熱體，它是用石墨顆?；蛱剂６逊e成柱狀而成的。這根發(fā)熱體放在中間，上述原料按硅石52%~54%，焦炭35%，木屑11%，工業(yè)鹽1.5%~4%的比例均勻混合，緊密地充填在石墨發(fā)熱體的四周。當(dāng)通電加熱后，混合物就進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成碳化硅。其反應(yīng)式為：

SiO2 3C→SiC 2CO↑

反應(yīng)的開始溫度約在1400℃，產(chǎn)物為低溫型的β-SiC，基結(jié)晶非常細(xì)小，它可以穩(wěn)定到2100℃，此后慢慢向高溫型的α-SiC轉(zhuǎn)化。α-SiC可以穩(wěn)定到2400℃而不發(fā)生顯著的分解，至2600℃以上時(shí)升華分解，揮發(fā)出硅蒸氣，殘留下石墨。所以一般選擇反應(yīng)的終溫度為1900~2200℃。反應(yīng)合成的產(chǎn)物為塊狀結(jié)晶聚合體，需粉碎成不同粒度的顆粒或粉料，同時(shí)除去其中的雜質(zhì)。