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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(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。
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(dú)特結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。SiC是共價(jià)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(huì)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(shí)易發(fā)生氧化,但氧化時(shí)表面形成的SiO2會(huì)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(huì)表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。此外,SiC還有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。
除了用燒結(jié)法制造碳化硅制品以外,自從發(fā)明了熱壓燒結(jié)技術(shù)以后,碳化硅制品也可以用熱壓法制造,并且可以獲得更優(yōu)良的燒結(jié)性能。熱壓工藝是把坯料的成型和燒成結(jié)合為一個(gè)過程,即坯料在高溫同時(shí)又在壓力下一次成型并燒結(jié)。這種方法在冶金工業(yè)中用于粉末冶金已有數(shù)十年的歷史,在特種耐火材料工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)逐步推廣應(yīng)用。采用熱壓成型燒結(jié),可以縮短制造時(shí)間,降結(jié)溫度,改善制品的顯微結(jié)構(gòu),增加制品的致密度,提高材料的性能。選擇適當(dāng)?shù)臏囟取毫团髁狭6鹊葻釅汗に嚄l件,就可達(dá)到優(yōu)良的熱壓效果。熱壓工藝對(duì)難熔化合物的制造特別有用。熱壓用的模具因?yàn)榧纫?jīng)受1000℃以上的高溫,并且還要在高溫下承受數(shù)kN的壓力,因此,對(duì)制造難熔化合物制品一般均用高強(qiáng)度石墨作模具。