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第三代半導體材料,主要代表碳化硅和氮化相對于前兩代半導體材料而言,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)出生長高品質(zhì)碳化硅晶體材料的方法,1987年商業(yè)化生產(chǎn)的的碳化硅才進入市場,21世紀后碳化硅的商業(yè)應用才算鋪開。
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600℃,具有很強的耐熱性。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。
(二)制品制造工藝
單純用α-SiC制造制品,由于其硬度較大,將其磨成微米級細粉相當困難,而且顆粒呈板狀或針狀,用它壓成的坯體,即使在加熱到它的分解溫度附近,也不會發(fā)生明顯的收縮,難以燒結(jié),制品的致密化程度低,能力也差。因此,在工業(yè)生產(chǎn)制品時,在α-SiC中加入少量的顆粒呈球形的β-SiC細粉和采用添加物的辦法來獲得致密制品。作為制品結(jié)合劑的添加物,按種類可分為氧化物、氮化物、石墨等多種,如粘土、氧化鋁、鋯英石、莫來石、石灰、玻璃、氮化硅、氧氮化硅、石墨等。成型粘結(jié)劑溶液可用羧纖維素、聚乙烯醇、木質(zhì)素、淀粉、氧化鋁溶膠、二氧化硅溶膠等其中的一種或幾種。
在航空領域的應用
碳化硅制作成碳化硅纖維,碳化硅纖維主要用作耐高溫材料和增強材料,耐高溫材料包括熱屏蔽材料、耐高溫輸送帶、過濾高溫氣體或熔融金屬的濾布等。用做增強材料時,常與碳纖維或玻璃纖維合用,以增強金屬(如鋁)和陶瓷為主,如做成噴氣式飛機的剎車片、發(fā)動機葉片、著陸齒輪箱和機身結(jié)構(gòu)材料等,還可用做體育用品,其短切纖維則可用做高溫爐材等。
碳化硅粗料已能大量供應,但是技術(shù)含量極高 的納米級碳化硅粉體的應用短時間不可能形成規(guī)模經(jīng)濟。碳化硅晶片在我國研發(fā)尚屬起步階段,碳化硅晶片在國內(nèi)的應用較少,碳化硅材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展缺乏下游應用企業(yè)的支撐。就人才培養(yǎng)和技術(shù)研發(fā)等開展密切合作;加強企業(yè)間的交流,尤其要積極參加國際交流活動,提升企業(yè)發(fā)展水平;關注企業(yè)品牌建設,努力打造企業(yè)的拳頭產(chǎn)品等。
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)領域獲得了廣泛的應用。下面為大家來介紹一下碳化硅陶瓷的良好導熱性能。
碳化硅陶瓷的良好導熱性能 陶瓷的優(yōu)異性能與其獨特結(jié)構(gòu)密切相關。SiC是共價鍵很強的化合物,SiC中Si-C鍵的離子性僅12%左右。因此,SiC強度高、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會抑制氧的進一步擴散,故氧化速率并不高。在電性能方面,SiC具有半導體性,少量雜質(zhì)的引入會表現(xiàn)出良好的導電性。此外,SiC還有優(yōu)良的導熱性。