碳化硅性能与碳化硅生产工艺

天然的碳化硅很少,工业上使用的为人工合成原料,俗称金刚砂,是一种典型的共价键结合的化合物。碳化硅是耐火材料领域中最常用的非氧化物耐火原料之一。

(1)碳化硅的性质:

碳化硅主要有两种结晶形态:b-SiC 和 a-SiC。b-SiC 为面心立方闪锌矿型结构,晶格常

数 a=0.4359nm。a-SiC 是 SiC 的高温型结构,属六方晶系,它存在着许多变体。

碳化硅的折射率非常高,在普通光线下为 2.6767~2.6480.各种晶型的碳化硅的密度接近,

a-SiC 一般为3.217g/cm3,b-SiC 为 3.215g/cm3.纯碳化硅是无色透明的,工业 SiC 由于含有游离 Fe、Si、C 等杂质而成浅绿色或黑色。绿碳化硅和黑碳化硅的硬度在常温和高温下基本相同。SiC 热膨胀系数不大,在25~1400℃平均热膨胀系数为4.5×10-6/℃。碳化硅具有很高的热导率,500℃时为64.4W/ (m·K)。常温下SiC 是一种半导体。

碳化硅具有耐高温、耐磨、抗冲刷、耐腐蚀和质量轻的特点。碳化硅在高温下的氧化是其损害的主要原因。

(2)碳化硅的合成:

①碳化硅的冶炼方法,合成碳化硅所用的原料主要是以 SiO2 为主要成分的脉石低档次的碳化硅可用低灰分的无烟煤为原料。辅助原料为木屑和食盐。

碳化硅有黑、绿两种。冶炼绿碳化硅时要求硅质原料中 SiO2 含量尽可能高,杂质含量尽量低。生产黑碳化硅时,硅质原料中的 SiO2 可稍低些。对石油焦的要求是固定碳含量尽可能高,灰分含量小于 1.2%,挥发分小于 12.0%,石油焦的粒度通常在 2mm 或 1.5mm 以下。木屑用于调整炉料的透气性能,通常的加入量为 3%

~5%(体积)。食盐仅在冶炼绿碳化硅时使用。

硅质原料与石油焦在2000~2500℃的电阻炉内通过以下反应生成碳化

硅:SiO2+3C→SiC+2CO↑-526.09Kj

CO 通过炉料排出。加入食盐可与 Fe、Al 等杂质生成氯化物而挥发掉。木屑使物料形成多孔烧结体,便于CO 气体排出。

碳化硅形成的特点是不通过液相,其过程如下:约从1700℃开始,硅质原料由砂粒变为熔体,进而变为蒸汽(白烟);SiO2 熔体和蒸汽钻进碳质材料的气孔,渗入碳的颗粒,发生生成 Sic 的反应;温度升高至1700~1900℃时,生成 b-SiC;温度进一步升高至1900~2000℃时,细小的 b-SiC 转变为 a-SiC,a-SiC 晶粒逐渐长大和密实;炉温再升至2500℃左右,SiC 开始分解变为硅蒸汽和石墨。

大规模生产碳化硅所用的方法有艾奇逊法和ESK 法。

艾奇逊法:传统的艾奇逊法电阻炉的外形像一个长方形的槽子,它是有耐火砖砌成的炉床。两组电极穿过炉墙深入炉床之中,专用的石墨粉炉芯体配置在电极之间,提供一条导电通道,

通电时下产生很大的热量。炉芯体周围装盛有硅质原料、石油焦和木屑等组成的原料,外部为保温料。

熔炼时,电阻炉通电,炉芯体温度上升,达到2600℃左右,通过炉芯体表面传热给周围的混合料,使之发生反应生成碳化硅,并逸出 CO 气体。一氧化碳在炉表面燃烧生成二氧化碳,形成一个柔和、起伏的蓝色至黄色火焰毡被,一小部分为燃烧的一

氧化碳进入空气。待反应完全并冷却后,即可拆除炉墙,将炉料分层分级拣选,经破碎后获得所需粒度,通过水洗或酸碱洗、磁选等除去杂质,提高纯度,再经干燥、筛选即得成品。

艾奇逊法设备简单、投资少,广泛为石阶上冶炼 SiC 的工厂所采用。但该法的主要缺点在于无法避免粉尘和废气造成的污染,冶炼过程排出的废气无法收集和再利用,无法减轻取料和分级时的繁重体力劳动,同时炉子的长度也不够,通常仅几米至几十米长,生产经济性不高。ESK 法 1973 年,德国 ESK 公司对艾奇逊法进行了改进,发展了 ESK 法。Esk 法的大

型 SiC 冶炼炉建立在户外,没有端墙和侧墙,直线性或 U 型电极位于炉子底部,炉长达 60m,用聚乙烯袋子进行密封以回收炉内逸出的气体,提取硫后将其通过管道小型火电厂发电。该炉可采用成本低、活性高、易反应的高硫分石油焦或焦炭作为原料,将原料硫含量由原来的 1.5%提高到 5.0%。

②碳化硅粉末的合成方法法三种。

固相法是通过二氧化硅和碳发生碳热还原反应或硅粉和炭黑细粉直接在惰性气氛中发生反应而制得碳化硅细粉。可以通过机械法将艾奇逊法或 ESK 法冶炼的碳化硅加工成 SiC 细粉。目前该方法制得的细粉表面积1~15m2/g,氧化物含量

1.0% 左右,金属杂质含

量 1400~2800ppm(1ppm=10-6)。其细度和成分取决于粉碎、酸洗等后续处理工艺和手段。碳化硅粉末也可以由竖炉或高温回转窑连续化生产,可获得高质量的b-SiC 粉体。SiO2 细粉与碳粉混合料在竖炉的惰性气氛中,在低于2000℃的温度下发生热还原反应,合

成 b-SiC 粉体。所获得的 SiC 的粒度为合成碳化硅粉末的方法主要有固相法、液相法和气相微米级。但往往含有非反应的 SiO2 和 C,需进行后续的酸洗和脱碳处理。利用高温回转窑也可生产出高质量的 SiC 细粉。

液相反应法可制备高纯度、纳米级的 SiC 微粉,而且产品均匀性好,是一种具有良好发展前景的方法。液相反应法制备 SiC 微粉主要分为溶胶-凝胶法和聚合物热分解法等。溶胶-凝胶法制备 SiC 微粉的核心是通过溶胶-凝胶反应过程,形成Si 和 C 在分子水平上均匀分布的混合物或聚合物固体,升温过程中,首先形成 S iO2 和 C 的均匀混合物,然后在1400~1600℃温度下发生碳热还原反应生成 SiC。聚合物热分解法主要是指加热聚硅烷等聚合物,放出小单体,形成 Si-C 骨架。由热解法制备的 SiC 均为 b-SiC。如果热解温度低于1100℃,则为无定形 SiC。气相法是用含硅的原料和含碳的原料通过气相反应生成 SiC。根据加热方式的不同可分为电阻炉和火焰加热法、等离子和电弧加热法、激光加热法等。

碳化硅的性能

碳化硅的性能及定义天然的碳化硅很少，工业上使用的为人工合成原料，俗称金刚砂，是一种典型的共价键结合的化合物。碳化硅是耐火材料领域中最常用的非氧化物耐火原料之一。 (1)碳化硅的性质碳化硅主要有两种结晶形态：b-SiC和a-SiC。b-SiC为面心立方闪锌矿型结构，晶格常数a=0.4359nm。a-SiC是SiC的高温型结构，属六方晶系，它存在着许多变体。碳化硅的折射率非常高，在普通光线下为 2.6767~2.6480.各种晶型的碳化硅的密度接近，a-SiC 一般为3.217g/cm3, b-SiC为3.215g/cm3.纯碳化硅是无色透明的，工业SiC由于含有游离Fe、Si、C等杂质而成浅绿色或黑色。绿碳化硅和黑碳化硅的硬度在常温和高温下基本相同。SiC热膨胀系数不大，在25~1400C平均热膨胀系数为4.5 X10-6/C。碳化硅具有很高的热导率，500 E时为64.4W/ (m ? K)。常温下SiC是一种半导体。碳化硅的基本性质列于下表。

碳化硅具有耐高温、耐磨、抗冲刷、耐腐蚀和质量轻的特点。碳化硅在高温下的氧化是其损害的主要原因。（2）碳化硅的合成 ①碳化硅的冶炼方法合成碳化硅所用的原料主要是以SiO2为主要成分的脉石英或石英砂与以C为主要成分的石油焦，低档次的碳化硅可用地灰分的无烟煤为原料。辅助原料为木屑和食盐。碳化硅有黑、绿两种。冶炼绿碳化硅时要求硅质原料中SiO2含量尽可能咼，杂质含量尽量低。生产黑碳化硅时，硅质原料中的SiO2可稍低些。对石油焦的要求是固定碳含量尽可能高，灰分含量小于1.2%,挥发分小于12.0%,石油焦的粒度通常在2mm或 1.5mm以下。木屑用于调整炉料的透气性能，通常的加入量为3% ~5% （体积）。食盐仅在冶炼绿碳化硅时使用。硅质原料与石油焦在2000~2500C的电阻炉内通过以下反应生成碳化硅： SiO2+3SSiC+2COT -526.09Kj CO通过炉料排出。加入食盐可与 Fe、Al等杂质生成氯化物而挥发掉。木屑使物料形成多孔烧结体，便于CO气体排出。碳化硅形成的特点是不通过液相，其过程如下：约从1700C开始，硅质原料由砂粒变为熔体，进而变为蒸汽（白烟）；SiO2熔体和蒸汽钻进碳质材料的气孔，渗入碳的颗粒，发生生成Sic的反应；温度升高至1700~1900C时，生成b-SiC ; 温度进一步升高至1900~2000C时，细小的b-SiC转变为a-SiC，a-SiC晶粒逐渐长大和密实；炉温再升至2500E左右，SiC开始分解变为硅蒸汽和石墨。大规模生产碳化硅所用的方法有艾奇逊法和ESK法。

碳化硅是什么材料

硅：硅（台湾、香港称矽xī）是一种化学元素，化学符号是Si，旧称矽。原子序数14，相对原子质量28.0855，有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上第三周期，IVA族的类金属元素。硅也是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的26.4%，仅次于第一位的氧（49.4%）。碳化硅：碳化硅又名碳硅石、金刚砂，是一种无机物，化学式为SiC，是用石英砂、石油焦、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。物质品质：碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种，都属α-SiC。 ①黑碳化硅含SiC约95%，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。②绿碳化硅含SiC约97%以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。品质规格：

①磨料级碳化硅技术条件按GB/T2480—96。各牌号的化学成分由表6-6-47和表6-6-48给出。 ②磨料粒度及其组成、磨料粒度组成测定方法：按GB/T2481.2-2009。 GB/T 9258.1-2000|涂附磨具用磨料粒度分析第1部分：粒度组成 GB/T 9258.2-2008|涂附磨具用磨料粒度分析第2部分：粗磨粒P12～P220粒度组成的测定

电力电子中的碳化硅SiC

电力电子中的碳化硅SiC SiC in Power Electronics Volker Demuth, Head of Product Management Component, SEMIKRON Germany 据预测，采用SiC的功率模块将进入诸如可再生能源、UPS电源、驱动器和汽车等应用。风电和牵引应用可能会随之而来。到2021年，SiC功率器件市场总额预计将上升到10亿美元 [1]。在某些市场，如太阳能，SiC器件已投入运行，尽管事实上这些模块的价格仍然比常规硅器件高。是什么使这种材料具有足够的吸引力，即使价格更高也心甘情愿地被接受？首先，作为宽禁带材料，SiC提供了功率半导体器件的新设计方法。传统功率硅技术中，IGBT开关被用于高于600V的电压，并且硅PIN-续流二极管是最先进的。硅功率器件的设计与软开关特性造成相当大的功率损耗。有了SiC的宽禁带，可设计阻断电压高达15kV的高压MOSFET，同时动态损耗非常小。有了SiC，传统的软关断硅二极管可由肖特基二极管取代，并带来非常低的开关损耗。作为一个额外的优势，SiC具有比硅高3倍的热传导率。连同低功率损耗，SiC是提高功率模块中功率密度的一种理想材料。目前可用的设计是SiC混合模块（IGBT和SiC肖特基二极管）和全SiC模块。 SiC混合模块 SiC混合模块中，传统IGBT与SiC肖特基二极管一起开关。虽然SiC器件的主要优势是与低动态损耗相关，但首先讨论SiC肖特基二极管的静态损耗。通常情况下，SiC器件的静态损耗似乎比传统的硅器件更高。图1.a显示了传统软开关600V赛米控CAL HD续流二极管的正向压降V f ，为低开关损耗而优化的快速硅二极管和SiC肖特基二极管，所有的额定电流为10 A。图1.a中：25℃和150℃下不同续流二极管的正向电流与正向压降。对比了10A的SiC肖特基二极管，传统的软开关硅二极管（CAL HD）和快速硅二极管（硅快速）。1.b：同一二极管的正向压降和电流密度（正向电流除以芯片面积）。在10A的额定电流下，硅续流二极管展现出最低的正向压降，SiC肖特基二极管的V f 更高，而快速硅二极管展现出最高的正向压降。正向电压与温度之间的关联差别很大：快速硅二极管具有负的温度系数，150°C下的V f 比25°C下的V f 低。对于12A以上的电流，CAL的温度系数为正，SiC肖特基二极管即使电流为4A时，温度系数也为正。由于二极管通常并联以实现大功率器件，需要具有正温度系数以避免并联二极管中的电流不平衡和运行温度不均匀。这里，SiC肖特基二极管显示出最佳的性能。但与常规硅二极管相比，SiC肖特基二极管的静态损耗较高。由于二极管是基于10A额定电流进行比较的，考虑不同供应商的器件之间有时不同

碳化硅电子器件发展分析报告

碳化硅电力电子器件的发展现状分析目录 1.SiC器件的材料与制造工艺 (2) 1.1 SiC单晶 (2) 1.2 SiC外延 (3) 1.3 SiC器件工艺 (4) 2. SiC二极管实现产业化 (5) 3. SiC JFET器件的产业化发展 (7) 4. SiC MOSFET器件实用化取得突破 (7) 5. SiC IGBT器件 (8) 6. SiC功率双极器件 (9) 7. SiC 功率模块 (10) 8. 国内的发展现状 (11) 9. SiC电力电子器件面对的挑战 (11) 9.1 芯片制造成本过高 (11) 9.2 材料缺陷多，单个芯片电流小 (12) 9.3 器件封装材料与技术有待提高 (12) 10. 小结 (12)

在过去的十五到二十年中，碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就，所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件，并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化，在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件，并初步展现出其巨大的潜力。碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC器件被开发出来。SiC器件主要包括二极管和开关管。SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN 型二极管。SiC开关管的种类较多，具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管（MOSFET）、结型场效应开关管（JFET）、绝缘栅双极开关管（IGBT）三种。 1.SiC器件的材料与制造工艺 1.1 SiC单晶碳化硅早在1842年就被发现了，但直到1955年，飞利浦（荷兰）实验室的Lely 才开发出生长高品质碳化硅晶体材料的方法。到了1987年，商业化生产的SiC衬底进入市场，进入21世纪后，SiC衬底的商业应用才算全面铺开。碳化硅分为立方相（闪锌矿结构）、六方相（纤锌矿结构）和菱方相3大类共260多种结构，目前只有六方相中的4H-SiC、6H-SiC才有商业价值，美国科锐（Cree）等公司已经批量生产这类衬底。立方相（3C-SiC）还不能获得有商业价值的成品。 SiC单晶生长经历了3个阶段, 即Acheson法、Lely法、改良Lely法。利用SiC 高温升华分解这一特性，可采用升华法即Lely法来生长SiC晶体。升华法是目前商业生产SiC单晶最常用的方法，它是把SiC粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气体（氩气）环境温度为2 500℃的条件下进行升华生长，可以生成片状SiC晶体。由于Lely法为自发成核生长方法，不容易控制所生长SiC晶体的晶型，且得到的晶体尺寸很小，后来又出现了改良的Lely法。改良的Lely法也被称为采用籽晶的升华法或物理气相输运法 (简称PVT法)。PVT法的优点在于：采用 SiC籽晶控制所生长晶体的晶型，克服了Lely法自发成核生长的缺点，可得到单一晶型的SiC单晶，且可生长较大尺寸的SiC单晶。国际上基本上采用PVT法制备碳化硅单晶。目前能提供4H-SiC晶片的企业主要集中在欧美和日本。其中Cree产量占全球市场的85%以上，占领着SiC晶体生长及相关器件制作研究的前沿。目前，Cree的6英寸SiC晶片已经商品化,可以小批量供货。此外，国内外还有一些初具规模的SiC晶片供应商，年销售量在1万片上下。Cree生产的SiC晶片有80%以上是自己消化的，用于LED衬底材料，所以Cree是全球

碳化硅MOSFET性能优势

碳化硅MOSFET性能优势碳化硅功率器件近年来越来越广泛应用于工业领域，受到大家的喜爱，不断地推陈出新，碳化硅MOSFET性能特点介绍如下： 1、SiC器件的结构和特征 Si材料中，越是高耐压器件其单位面积的导通电阻就越大（通常以耐压值的大概2-2.5次方的比例增加），因此600V 以上的电压中主要采用IGBT（绝缘栅极双极型晶体管）。IGBT 通过电导率调制，向漂移层内注入作为少数载流子的空穴，因此导通电阻比MOSFET还要小，但是同时由于少数载流子的积聚，在关断时会产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。 SiC器件漂移层的阻抗比Si器件低，不需要进行电导率调制就能够以高频器件结构的MOSFET实现高耐压和低阻抗。而且MOSFET原理上不产生尾电流，所以用SiC MOSFET替代IGBT 时，能够明显地减少开关损耗，并且实现散热部件的小型化。另外，SiC MOSFET能够在IGBT不能工作的高频条件下驱动，从而也可以实现被动器件的小型化。与600V～1200V的Si MOSFET相比，SiC MOSFET的优势在于芯片面积小（可以实现小型封装），而且体二极管的恢复损耗非常小。 2、SiC Mosfet的导通电阻 SiC的绝缘击穿场强是Si的10倍，所以能够以低阻抗、

薄厚度的漂移层实现高耐压。因此，在相同的耐压值的情况下，SiC可以得到标准化导通电阻（单位面积导通电阻）更低的器件。例如900V时，SiC‐MOSFET的芯片尺寸只需要Si ‐MOSFET的35分之1、SJ‐MOSFET的10分之1，就可以实现相同的导通电阻。不仅能够以小封装实现低导通电阻，而且能够使门极电荷量Qg、结电容也变小。目前SiC器件能够以很低的导通电阻轻松实现1700V以上的耐压。因此，没有必要再采用IGBT这种双极型器件结构（导通电阻变低，则开关速度变慢)，就可以实现低导通电阻、高耐压、快速开关等各优点兼备的器件。 3、Vd-Id特性 SiC‐MOSFET与IGBT不同，不存在开启电压，所以从小电流到大电流的宽电流范围内都能够实现低导通损耗。而Si MOSFET在150℃时导通电阻上升为室温条件下的2倍以上，与Si MOSFET不同，SiC MOSFET的上升率比较低，因此易于热设计，且高温下的导通电阻也很低。 4、驱动门极电压和导通电阻 SiC‐MOSFET的漂移层阻抗比Si MOSFET低，但是另一方面，按照现在的技术水平，SiC MOSFET的MOS沟道部分的迁移率比较低，所以沟道部的阻抗比Si器件要高。因此，越高的门极电压，可以得到越低的导通电阻（Vgs=20V以上则逐渐饱和）。如果使用一般IGBT和Si MOSFET使用的驱动电

碳化硅工艺过程

生产技术一、生产工艺 1.碳化硅原理：通过石英砂、石油胶和木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成,主要反应机理是SiO2+3C----SiC+2CO。碳化硅电阻炉制炼工艺：炉料装在间歇式电阻炉内，电阻炉两端端墙，近中心处是石墨电极。炉芯体连接于两电极之间。炉芯周围装的是参加反应的炉料，外部则是保温料。冶炼时，给电炉供电，炉芯温度上升，达到2600～2700℃。电热通过炉芯表面传给炉料，使之逐渐加热，达到1450℃以上时，即发尘化学反应，生成碳化硅，并逸出一氧化碳。随着时间的推移，炉料高温范围不断扩大，形成碳化硅愈来愈多。碳化硅在炉内不断形成，蒸发移动，晶体长大，聚集成为—个圆筒形的结晶筒。结晶筒的内壁因受高温，超过2600℃的部分就开始分解。分解出的硅又与炉料中的碳结合而成为新的碳化硅。破碎：把碳化硅砂破碎为微粉，国内目前采用两种方法，一种是间歇的湿式球磨机破碎，一种是用气流粉末磨粉机破碎。我公司已由气流粉末磨碎机代替湿式球磨机破碎。湿式球磨机破碎时用是用湿式球磨机将碳化硅砂磨成微粉原料，每次需磨6-8小时。所磨出的微粉原料中，微粉约占60％左右。磨的时间越长，则微粉所占的比例越大。但过粉碎也越严重，回收率就会下降。具体的时间，应该与球磨比、球径给配、料浆浓度等工艺参数一起经实验优选确定。该方法最大的优点就是设备简单，缺点是破碎效率较低，后续工序较复杂。

雷蒙磨粉机工作原理是：颚式破碎机将大块物料破碎到所需的粒度后，由提升机将物料输送到储料仓，然后由电磁振动给料机均匀连续地送到主机的磨腔内，由于旋转时离心力作用，磨辊向外摆动，紧压于磨环，铲刀与磨辊同转过程中把物料铲起抛入磨辊与辊环之间，形成填料层，物料在磨辊与磨环之间进行研磨。粉磨后的粉子随风机气流带到分级机进行分选，不合要求的粉子被叶片抛向外壁与气流脱离，粗大颗粒在重力的作用F落入磨腔进行重磨，达到细度要求的细粉随气流经管道进入大旋风收集器，进行分离收集，再经卸料器排出即为成品粉子，气流由大旋风收集器上端回风管吸入鼓风机。在磨腔内因被磨物料中有—定的水分，研磨时发热，水气蒸发，以及各管道接口不严密，外界气体被吸入，使循环风量增高，为保证磨机在负压吠态下工作，增加的气流通过余风管排入除尘器，被净化后排入大气。整个气流系统是密闭循环的，并且是在正负压状态下循环流动的。该法最大的优点是效率较高。而且后续工序较简单。 2、碳化硅微粉（一）、碳化硅微粉的生产

碳化硅性能与碳化硅生产工艺

碳化硅性能与碳化硅生产工艺天然的碳化硅很少，工业上使用的为人工合成原料，俗称金刚砂，是一种典型的共价键结合的化合物。碳化硅是耐火材料领域中最常用的非氧化物耐火原料之一。（1）碳化硅的性质：碳化硅主要有两种结晶形态：b-SiC 和 a-SiC。b-SiC 为面心立方闪锌矿型结构，晶格常数 a=0.4359nm。a-SiC 是 SiC 的高温型结构，属六方晶系，它存在着许多变体。碳化硅的折射率非常高，在普通光线下为 2.6767~2.6480.各种晶型的碳化硅的密度接近， a-SiC 一般为3.217g/cm3，b-SiC 为 3.215g/cm3.纯碳化硅是无色透明的，工业 SiC 由于含有游离 Fe、Si、C 等杂质而成浅绿色或黑色。绿碳化硅和黑碳化硅的硬度在常温和高温下基本相同。SiC 热膨胀系数不大，在25~1400℃平均热膨胀系数为 4.5×10-6/℃。碳化硅具有很高的热导率，500℃时为 64.4W/ (m·K)。常温下SiC 是一种半导体。碳化硅具有耐高温、耐磨、抗冲刷、耐腐蚀和质量轻的特点。碳化硅在高温下的氧化是其损害的主要原因。（2）碳化硅的合成： ①碳化硅的冶炼方法，合成碳化硅所用的原料主要是以 SiO2 为主要成分的脉石低档次的碳化硅可用低灰分的无烟煤为原料。辅助原料为木屑和食盐。碳化硅有黑、绿两种。冶炼绿碳化硅时要求硅质原料中 SiO2 含量尽可能高，杂质含量尽量低。生产黑碳化硅时，硅质原料中的 SiO2 可稍低些。对石油焦的要求是固定碳含量尽可能高，灰分含量小于 1.2%，挥发分小于 12.0%，石油焦的粒度通常在 2mm 或 1.5mm 以下。木屑用于调整炉料的透气性能，通常的加入量为 3% ~5%（体积）。食盐仅在冶炼绿碳化硅时使用。硅质原料与石油焦在 2000~2500℃的电阻炉内通过以下反应生成碳化硅：SiO2+3C→SiC+2CO↑-526.09Kj CO 通过炉料排出。加入食盐可与 Fe、Al 等杂质生成氯化物而挥发掉。木屑使物料形成多孔烧结体，便于CO 气体排出。碳化硅形成的特点是不通过液相，其过程如下：约从 1700℃开始，硅质原料由砂粒变为熔体，进而变为蒸汽（白烟）；SiO2 熔体和蒸汽钻进碳质材料的气孔，渗入碳的颗粒，发生生成 Sic 的反应；温度升高至1700~1900℃时，生成 b-SiC；温度进一步升高至 1900~2000℃时，细小的 b-SiC 转变为 a-SiC，a-SiC 晶粒逐渐长大和密实；炉温再升至 2500℃左右，SiC 开始分解变为硅蒸汽和石墨。大规模生产碳化硅所用的方法有艾奇逊法和ESK 法。艾奇逊法：传统的艾奇逊法电阻炉的外形像一个长方形的槽子，它是有耐火砖砌成的炉床。两组电极穿过炉墙深入炉床之中，专用的石墨粉炉芯体配置在电极之间，提供一条导电通道，

纳米碳化硅材料

纳米碳化硅材料摘要：本文主要讨论的是关于纳米碳化硅材料的结构、性能及其应用，主要在其光学性质、力学性质等方面对其进行讨论。关键词：纳米碳化硅光学性质力学性质 1. 引言 SiC纳米材料具有高的禁带宽度，高的临界击穿电场和热导率，小的介电常数和较高的电子饱和迁移率，以及抗辐射能力强，机械性能好等特性，成为制作高频、大功率、低能耗、耐高温和抗辐射器件的电子和光电子器件的理想材料。 SiC 纳米线表现出的室温光致发光性，使其成为制造蓝光发光二极管和激光二极管的理想材料。近年来的研究表明：微米级SiC晶须已被应用于增强陶瓷基、金属基和聚合物基复合材料，这些复合材料均表现出良好的机械性能，可以想象用强度硬度更高及长径比更大的SiC 一维纳米材料作为复合材料的增强相，将会使其性能得到进一步增强。随着研究的深入，研究者还发现一维SiC纳米结构在储氢、光催化和传感等领域都有广泛的应用前景。 2. 纳米碳化硅结构碳化硅（SiC）俗称金刚砂，又称碳硅石是一种典型的共价键结合的化合物，自然界几乎不存在。碳化硅晶格的基本结构单元是相互穿插的SiC4和CSi4四面体。四面体共边形成平面层，并以顶点与下一叠层四面体相连形成三维结构。SiC 具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着一定的热稳定性关系。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。当高于1600℃时，β－SiC 缓慢转变成α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H 多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。下面是三种SiC多形体结构图

碳化硅用途

碳化硅用途碳化硅又称金钢砂或耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。黑碳化硅是什么,他是怎么制作出来的黑碳化硅是以石英砂,石油焦和优质硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,性脆而锋利。绿碳化硅是什么,他是怎么制作出来的绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。碳化硅(SiC)由于其独特的物理及电子特性, 在一些应用上成为最佳的半导体材料: 短波长光电器件, 高温, 抗幅射以及高频大功率器件. 其主要特性及与硅(Si)和砷化镓(GaAs)的对比. 宽能级(eV) 4H-SiC: 3.26 6H-Sic: 3.03 GaAs: 1.43 Si: 1.12 由于碳化硅的宽能级, 以其制成的电子器件可在极高温下工作. 这一特性也使碳化硅可以发射或检测短波长的光, 用以制作蓝色发光二极管或几乎不受太阳光影响的紫外线探测器. 高击穿电场(V/cm) 4H-SiC: 2.2x106 6H-SiC: 2.4x106 GaAs: 3x105 Si: 2.5x105 碳化硅可以抵受的电压或电场八倍于硅或砷化镓, 特别适用于制造高压大功率器件如高压二极管,功率三极管, 可控硅以及大功率微波器件. 另外, 此一特性可让碳化硅器件紧密排列, 有利于提高封装密度. 高热传导率(W/cm?K@RT) 4H-SiC: 3.0-3.8 6H-SiC: 3.0-3.8 GaAs: 0.5 Si: 1.5 碳化硅是热的良导体, 导热特性优于任何其它半导体材料. 事实上, 在室温条件下, 其热传导率高于任何其它金属. 这使得碳化硅器件可在高温下正常工作. 高饱和电子迁移速度(cm/sec @E 2x105V/cm) 4H-SiC: 2.0x107 6H-SiC: 2.0x107 GaAs: 1.0x10 Si: 1.0x107 由于这一特性, 碳化硅可制成各种高频器件(射频及微波). 碳化硅的5大主要用途 1?有色金属冶炼工业的应用利用碳化硅具有耐高温,强度大,导热性能良好,抗冲击,作高温间接加热材料,如坚罐蒸馏炉?精馏炉塔盘,铝电解槽,铜熔化炉内衬,锌粉炉用弧型板,热电偶保护管等? 2?钢铁行业方面的应用利用碳化硅的耐腐蚀?抗热冲击耐磨损?导热好的特点,用于大型高炉内衬提高了使用寿命? 3?冶金选矿行业的应用碳化硅硬度仅次于金刚石,具有较强的耐磨性能,是耐磨管道?叶轮?泵室?旋流器,矿斗内衬的理想材料,其耐磨性能是铸铁.橡胶使用寿命的5—20倍,也是航空飞行跑道的理想材料之一? 4?建材陶瓷,砂轮工业方面的应用利用其导热系数?热辐射,高热强度大的特性,制造薄板窑具,不仅能减少窑具容量,还提高了窑炉的装容量和产品质量,缩短了生产周期,是陶瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料?

碳化硅／环氧树脂复合材料的制备及性能研究

碳化硅／环氧树脂复合材料的制备及性能研究分别采用固化剂D230、9035、acamine 2636与环氧树脂E51混合，然后分别与用硅烷偶联剂（KH550、KH560、A171）处理的碳化硅颗粒混合，采用浇注法制备了碳化硅/环氧树脂复合材料。以材料的弯曲强度为评价方法，研究了3种不同固化剂构成的环氧树脂体系以及3种硅烷偶联剂对碳化硅/环氧树脂复合材料性能的影响，以及复合材料弯曲强度与材料中环氧树脂含量的关系。结果表明，3种固化剂中以D230、9035制备的材料性能为好；采用KH550、KH560处理碳化硅颗粒后的材料性能比不处理或采用A171处理碳化硅颗粒后的材料性能为好。随着复合材料中环氧树脂相含量的增加复合材料的弯曲强度下降。标签：环氧树脂；碳化硅；复合材料 1 前言环氧树脂是一种常用的具有良好使用性、价廉的热固性高分子材料，但也具有耐摩擦磨损性能和导热性能较差的缺点，通常需要与其他无机填料复合才能获得良好的耐磨损性能和导热性能[1]。碳化硅（SiC）具有高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、抗氧化、高热导率、良好的高温稳定性、低的线胀系数、强的耐化学腐蚀性等优点[2]。将碳化硅颗粒（包括纳米颗粒）和环氧树脂混合后固化成型，制备碳化硅/环氧树脂复合材料，可以制备耐磨损材料和导热材料[3～5]。浇注法制备颗粒填充的环氧树脂复合材料具有操作简单，改变模具可制成各种形状部件的优点。本研究采用价格相对便宜且易得的普通碳化硅颗粒、3种固化剂和环氧树脂，用浇注法制备了碳化硅/环氧树脂复合材料。系统研究了固化剂、硅烷偶联剂对碳化硅颗粒的表面处理对复合材料弯曲性能的影响，以及碳化硅/环氧树脂复合材料弯曲性能与环氧树脂相含量的关系。 2 实验部分 2.1 主要原料环氧树脂（E-51），天津天豪达化工有限公司；固化剂acamine 2636，美国空气产品公司；固化剂9035，苏州亨思特实业有限公司；固化剂D230，美国亨斯迈公司；偶联剂KH 550、KH560，辽宁盖州市恒达化工有限责任公司；偶联剂A171，美国联碳公司；促进剂K54，韩国金井公司；黑碳化硅颗粒（12#、60#、90#、320#），市售。 2.2 碳化硅/环氧树脂复合材料的制备在容器中加入乙醇和偶联剂，配成偶联剂质量分数为5%的溶液。加入碳化硅颗粒浸泡30 min，过滤后将碳化硅在120 ℃干燥30 min。

纳米碳化硅材料

纳米碳化硅材料王星（武汉工业学院化学与环境工程学院湖北武汉430023）摘要：本文介绍了碳化硅的结构，纳米碳化硅几种常用的制备的方法和它掺杂改性以及应用。虽然SiC纳米材料制备规模小、成本高、工序复杂，近期难以实现大规模生产，但SiC纳米材料性能优于传统的SiC材料，能够达到高新技术领域的严格要求，具有更为广泛的用途，为此，应进一步加大对SiC纳米材料的研究。关键词：纳米碳化硅掺杂改性应用 1 引言纳米材料的出现是21世纪材料科学发展的重要标志，它所表现出的强大的科学生命力不仅是因为揭示出科学的深刻物理含义，而更重要的是它所发现的新结构、新现象、新效应源源不断地被用来开发具有新结构、新性能的固体器件，对通讯、微电子等高新技术产生极其深远的影响。SiC纳米材料具有高的禁带宽度，高的临界击穿电场和热导率，小的介电常数和较高的电子饱和迁移率，以及抗辐射能力强，机械性能好等优点，成为制作高频、大工率、低能耗、耐高温和抗辐射器件的电子和光电子器件的理想材料。SiC 纳米线表现出的室温光致发光性，使其成为制造蓝光发光二极管和激光二极管的理想材料。所以，对纳米碳化硅材料的研究具有十分重要的意义。 2碳化硅的结构碳化硅（SiC）俗称金刚砂，又称碳硅石是一种典型的共价键结合的化合物，自然界几乎不存在。碳化硅晶格的基本结构单元是相互穿插的SiC4和CSi4四面体。四面体共边形成平面层，并以顶点与下一叠层四面体相连形成三维结构。SiC 具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着一定的热稳定性关系。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。当高于1600℃时，β－SiC 缓慢转变成α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H 多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。下面是三种SiC多形体结构图

碳化硅工艺过程简述

碳化硅磨料通常以石英、石油焦炭为主要原料。它们在备料工序中经过机械加工，成为合适的粒度，然后按照化学计算，混合成为炉料。磨料调节炉料的透气性，在配炉料时要加适量的木屑。制炼绿碳化硅时，炉料中还要加适量的食盐。炉料装在间歇式电阻炉内。电阻炉两端是端墙，近中心处有石墨电极。炉芯体即连于两电极之间。炉芯周围装的是参加反应的炉料，外部则是保温料。制炼时，电炉供电，炉芯体温度上升，达到2600~2700℃。电热通过炉芯表面传给炉料，使之逐渐加热，达到1450℃以上时，即发生化学反应，生成碳化硅，并逸出一氧化碳。随着时间的推移，炉料高温范围不断扩大，形成的碳化硅也越来越多。它在炉内不断形成，蒸发移动，结晶长大，聚集成为一个圆筒形的结晶筒。结晶筒的内壁因受高温，超过2600℃的部分就开始分解。分解出的硅又与炉料中的碳结合而成为新的碳化硅。炉自送电初期，电热主要部分用于加热炉料，而用以形成碳化硅的热量只是较少的一部分。送电中期，形成碳化硅所用的热量所占比例较大。送电后期，热损失占主要部分。调整送电功率与时间的关系，优选出最有利的停电时间，以期获得最好的电热利用率。大功率电阻炉通常选择送电时间在24小时左右，以利作业安排。在此基础上，调整电炉功率与炉子规格的关系。电阻炉送电过程中，除了形成碳化硅这一基本反应外，炉料中各种杂质也发生一系列化学的和物理的变化，并发生位移。食盐亦然。炉料在制炼过程中不断减少，炉料表面变形下沉。反应所形成的一氧化碳则弥漫于大气中，成为污染周围大气的有害成分。停电后，反应过程基本结束。但由于炉子很大，蓄热量就很大，一时冷却不了，炉内温度还足以引起化学反应，因此，炉表面仍继续有少量一氧化碳逸出。对于大功率电炉来说，延续的残余反应可达3~4小时。这时的反应比起送电时的反应来说，是微不足道的。但因为当时炉表面温度已经下降，一氧化碳燃烧更不彻底。从劳动保护角度来说，仍应予以足够重视。停电后经过一段时间冷却，就可以拆除炉墙，然后逐步取出炉内各种物料。制炼后炉内的物料，从外到里，构成下列各物层：（1）未经反应的物料这部分炉料在制炼时未达到反应温度，因而不起反应，只起保温作用，它在炉中所占的位置叫保温带。保温带炉料与反应带炉料的配制方法、制炼后该部位炉料的利用方法不尽相同。有一种工艺方法，在保温带的特定区域内装炉时装以新料，制炼后取出配到反应料中去，这就叫做焙烧料。若将保温带上未反应的料经再生处理，稍加焦炭及适量木屑，配制成保温料重新利用，就称之为乏料。（2）氧碳化硅层

碳化硅主要用途__碳化硅用于耐火材料时特性

碳化硅主要用途__碳化硅用于耐火材料时特性碳化硅主要用途是什么呢？碳化硅用于耐火材料时有哪些特性呢？碳化硅又名金刚砂,包括黑碳化硅和绿碳化硅，其中：黑碳化硅是以石英砂,石油焦和硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,性脆而锋利。绿碳化硅是以石油焦和硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。那么碳化硅的主要用途有哪些? 【碳化硅主要用途】一、磨料--主要是因为碳化硅具有很高的硬度，化学稳定性和一定的韧性，所以碳化硅能用于制造固结磨具、涂附磨具和自由研磨，从而来加工玻璃、陶瓷、石材、铸铁及某些非铁金属、硬质合金、钛合金、高速钢刀具和砂轮等。二、耐火材料和耐腐蚀材料---主要是因为碳化硅具有高熔点(分解度)、化学惰性和抗热振性，所以碳化硅能用于磨具、陶瓷制品烧成窑炉中用的棚板和匣钵、炼锌工业竖缸蒸馏炉用的碳化硅砖、铝电解槽衬、坩锅、小件炉材等多种碳化硅陶瓷制品。三、化工--因为碳化硅可在溶融钢水中分解并和钢水中的离氧、金属氧化物反应生成一氧化碳和含硅炉渣。所以它可作为冶炼钢铁的净化剂，即用作炼钢的脱氧剂和铸铁组织改良剂。这一般使用低纯度的碳化硅，以降低成本。同时还可以作为制造四氯化硅的原料。四、电工--用作加热元件、非线性电阻元件和高半导体材料。加热元件如硅碳棒(适用于1100～1500℃工作的各种电炉)，非线性电阻元件，各式的避雷阀片。

五、其它--配制成远红外辐射涂料或制成碳化硅硅板用远红外辐射干燥器中。【碳化硅用于耐火材料时特性】 1、还原气氛下使用温度一般可达1760℃; 2、抗热震性能好，能承受温度急剧变化，防止炉衬出现裂纹或断裂 3、因热态强度高，中高温条件时可承受一定应力，可作为结构材料 4、耐磨性能好，在一定温度下，可作为耐磨衬体 5、能耐受一定熔渣或热态金属，包括碱金属熔液的侵蚀和渗透 6、可承受一些炉气的作用，能用于气氛炉。其中，碳化硅应用于耐火材料的关键技术有以下四种方式： 1、氧化物结合：以硅酸铝、二氧化硅等为结合剂; 2、氮化物结合：氮化硅、氧氮化硅和赛隆结合; 3、自结合：按碳化硅的当量比例加入石墨和金属硅，高温下反应生成;

碳化硅特性

碳化硅特性碳化硅是一种人工合成的碳化物，分子式为SiC。通常是由二氧化硅和碳在通电后200 0℃以上的高温下形成的。碳化硅理论密度是3.18g/cm3，其莫氏硬度仅次于金刚石，在9.2 -9.8之间，显微硬度3300kg/mm3，由于它具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，被用于各种耐磨、耐蚀和耐高温的机械零部件，是一种新型的工程陶瓷新材料。纯碳化硅是无色透明的结晶,工业碳化硅有无色、淡黄色、浅绿色、深绿色、浅蓝色、深蓝色乃至黑色的,透明程度依次降低。磨料行业把碳化硅按色泽分为黑色碳化硅和绿色碳化硅2类。其中无色的至深绿色的都归入绿色碳化硅类,浅兰色的至黑色的则归入黑色碳化硅类。黑色和绿色这2种碳化硅的机械性能略有不同,绿色碳化硅较脆,制成的磨具富于自锐性;黑碳化硅较韧。碳化硅结晶结构是一种典型的共价键结合的化合物，自然界几乎不存在。碳化硅晶格的基本结构单元是相互穿插的SiC4和CSi4四面体。四面体共边形成平面层，并以顶点与下一叠层四面体相连形成三维结构。SiC具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。α-SiC是高温稳定型,β-SiC是低温稳定型。β-SiC在2100～2400℃可转变为α-SiC,β-SiC可在1450℃左右温度下由简单的硅和碳混合物制得。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。当高于1600℃时，β－SiC 缓慢转变成α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。常见的SiC多形体列于下表：

关于烧结碳化硅的分类_烧结碳化硅工艺说明

关于烧结碳化硅的分类_烧结碳化硅工艺说明特陶领域的多数专家认为国内特陶产品质量提升不上去，很大程度与特陶粉体的制备水平有关系。“巧妇难为无米之炊”，当然没有好“米”，也烧不出“好饭”出来。有关于烧结碳化硅的话题，小编今天想跟大家聊一聊。烧结碳化硅有哪些分类呢？看文章吧！烧结碳化硅分类：（1）无压烧结无压烧结被认为是SiC烧结有前途的烧结方法，根据烧结机理的不同，无压烧结又可分为固相烧结和液相烧结。S.Proehazka通过在超细β-SiC粉体（含氧量小于2）中同时加入适量B和C的方法，在2020℃下常压烧结成密度高于98

的SiC烧结体。A.Mulla等以Al2O3和Y2O3为添加剂在1850-1950℃烧结0.5μm的β-SiC(颗粒表面含有少量SiO2)，获得的SiC陶瓷相对密度大于理论密度的95，并且晶粒细小，平均尺寸为1.5μm。（2）热压烧结不添加任何烧结助剂，纯SiC只有在极高的温度下才能烧结致密，于是不少人对SiC实行热压烧结工艺。关于添加烧结助剂对SiC进行热压烧结的报道已有许多。Alliegro等研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金属添加物对SiC致密化的影响，发现Al和Fe是促进SiC热压烧结有效的添加剂。https://www.360docs.net/doc/de5593036.html,nge研究了添加不同量Al2O3对热压烧结SiC的性能影响，认为热压烧结致密是靠溶解--再沉淀机理。但是热压烧结工艺只能制备形状简单的SiC部件，而且一次热压烧结过程中所制备的产品数量很小，因此不利于工业化生产。 (3)反应烧结反应烧结SiC又称自结合SiC, 是由a- SiC粉和石墨粉按一定比列混合压成坯体后,加热到1650℃左右,同时熔渗Si或通过气相Si渗入坯体,使之与石墨起反

碳化硅电力电子器件的发展现状分析

碳化硅电力电子器件的发展现状分析在过去的十五到二十年中，碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就，所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件，并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化，在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件，并初步展现出其巨大的潜力。碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC器件被开发出来。SiC器件主要包括二极管和开关管。SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN型二极管。SiC开关管的种类较多，具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管(MOSFET)、结型场效应开关管(JFET)、绝缘栅双极开关管(IGBT)三种。 1. SiC二极管实现产业化 SiC电力电子器件中，SiC二极管最先实现产业化。2001年德国Infineon公司率先推出SiC二极管产品，美国Cree和意法半导体等厂商也紧随其后推出了SiC二极管产品。在日本，罗姆、新日本无线及瑞萨电子等投产了SiC二极管。很多企业在开发肖特基势垒二极管(SBD)和JBS结构二极管。目前，SiC二极管已经存在600V~1700V电压等级和50A电流等级的产品。 SiC 肖特基二极管能提供近乎理想的动态性能。做为单子器件，它的工作过程中没有电荷储存，因此它的反向恢复电流仅由它的耗尽层结电容造成，其反向恢复电荷以及其反向恢复损耗比Si超快恢复二极管要低一到两个数量级。更重要的是，和它匹配的开关管的开通损耗也可以得到大幅度减少，因此提高电路的开关频率。另外，它几乎没有正向恢复电压，因而能够立即导通，不存在双极型器件的开通延时现象。在常温下，其正态导通压降和Si

第三代半导体材料碳化硅

第三代半导体材料碳化硅一、第三代半导体发展简述半导体产业的基石是芯片。制作芯片的核心材料按照历史进程分为三代：第一代半导体材料（主要为目前广泛使用的高纯度硅）、第二代化合物半导体材料（砷化镓、磷化铟）、第三代化合物半导体材料（碳化硅、氮化镓）。第三代半导体材料也称为禁带半导体材料，是指禁带宽度在2.3eV（电子伏特）及以上的半导体材料（硅的禁带宽度为1.12eV），其中较为典型的和成熟的包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等，其余包括氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）等的研究尚处于起步阶段。第三代半导体材料在禁带宽度、热导率、介电常数、电子漂移速度方面的特性使其适合制作高频、高功率、高温、抗辐射、高密度集成电路；其在禁带宽度方面的特性使其适合制作发光器件或光探测器等。 5G基站射频器件对高频材料的需求，以及功率器件正向着大功率化、高频化、集成化方向发展的趋势凸显出了第三代半导体材料的重要性及广阔前景。而该领域基本由美日企业主导，我国相对薄弱，研发仍主要集中于军工领域。国家战略新兴产业政策中多次提到以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体器件，随着国内多家企业开始重视该领

域，积极布局相关项目，我国的第三代半导体材料及器件有望实现较快发展。二、第三代半导体---碳化硅概述碳化硅是第三代化合物半导体材料的，具有优越的物理性能：高禁带宽度（对应高击穿电场和高功率密度）、高电导率、高热导率。半导体芯片分为集成电路和分立器件，但不论是集成电路还是分立器件，基本结构都可以划分为“衬底—外延—器件”结构。碳化硅在半导体中存在的主要形式是作为衬底材料。图：碳化硅晶片产业链

碳化硅陶瓷工艺流程

碳化硅（SiC）陶瓷，具有抗氧化性强，耐磨性能好，硬度高，热稳定性好，高温强度大，热膨胀系数小，热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。因此，已经在石油、化工、机械、航天、核能等领域大显身手，日益受到人们的重视。例如，SiC陶瓷可用作各类轴承、滚珠、喷嘴、密封件、切削工具、燃汽涡轮机叶片、涡轮增压器转子、反射屏和火箭燃烧室内衬等等。 SiC陶瓷的优异性能与其独特结构密切相关。SiC是共价键很强的化合物，SiC中Si-C键的离子性仅12％左右。因此，SiC强度高、弹性模量大，具有优良的耐磨损性能。纯SiC 不会被HCl、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等碱溶液侵蚀。在空气中加热时易发生氧化，但氧化时表面形成的SiO2会抑制氧的进一步扩散，故氧化速率并不高。在电性能方面，SiC具有半导体性，少量杂质的引入会表现出良好的导电性。此外，SiC还有优良的导热性。 SiC具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着一定的热稳定性关系。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。当高于1600℃时，β－SiC缓慢转变成α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。SiC中各种多型体之间的自由能相差很小，因此，微量杂质的固溶也会引起多型体之间的热稳定关系变化。现就SiC陶瓷的生产工艺简述如下：一、SiC粉末的合成： SiC在地球上几乎不存在，仅在陨石中有所发现，因此，工业上应用的SiC粉末都为人工合成。目前，合成SiC粉末的主要方法有： 1、Acheson法：这是工业上采用最多的合成方法，即用电将石英砂和焦炭的混合物加热至2500℃左右高温反应制得。因石英砂和焦炭中通常含有Al和Fe等杂质，在制成的SiC中都固溶有少量杂质。其中，杂质少的呈绿色，杂质多的呈黑色。 2、化合法：在一定的温度下，使高纯的硅与碳黑直接发生反应。由此可合成高纯度的β－SiC粉末。 3、热分解法：使聚碳硅烷或三氯甲基硅等有机硅聚合物在1200～1500℃的温度范围内发生分解反应，由此制得亚微米级的β－SiC粉末。

SiC肖特基二极管调查报告解析

SiC结势垒肖特基二极管总结报告何东（B140900200）肖凡（B140900208）于佳琪（B140900204）一、SiC JBS器件的发展现状 1. 宽禁带半导体材料的优势当前，随着微电子器件向低功耗、高耐压、高可靠性方向的发展，对半导体材料的要求也逐渐提高。微电子器件越来越多的应用在高温、高辐照、高频和大功率等特殊环境。为了满足微电子器件在耐高温和抗辐照等领域的应用，需要研发新的半导体材料，从而最大限度地提高微电子器件性能。传统的硅器件和砷化镓器件限制了装置和系统性能的提高。以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料，由于材料本身的宽禁带宽度和高临界击穿电场等优点成为制作耐高温、高功率和抗辐照等电子器件的理想的半导体材料[1]。目前研究的SiC基器件有高温和功率SiC器件、微波和高频SiC器件、SiC光电器件、抗辐照器件等[2]。 SiC材料的临界击穿场强是Si材料的10倍，SiC的禁带宽度和热导率均是Si材料的3倍，本征载流子的浓度也只有硅材料的十分之一。这些优异的物理特性使SiC材料制成的半导体功率器件在高频、高温、大功率及高辐照等环境下有很高的优势。SiC在不同的环境下能形成不同的晶体结构，现在常用的有3C-SiC、 4H-SiC、6H-SiC三种晶体结构。4H-SiC材料以其较高的禁带宽度和空穴迁移率，较低的本征载流子浓度成为制造半导体器件的主流材料[3-4]。具备以上优异的物理特性的4H-SiC材料主要有以下应用：（1）利用其优异的热导率特性，在器件封装及温度方面的要求低，4H-SiC 器件适合应用在卫星、航空和航天探测、石油以及地热钻井探测、汽车发动机等需要耐高温的环境中。（2）利用其宽禁带宽度和高化学稳定性，在高频和抗辐照等领域，4H-SiC 器件具有不可替代的作用，因为它可以抵御强大的射线辐射，在核战或强电磁干扰中的耐受能力远远超过硅基器件。（3）利用其高的饱和速度和临界击穿场强，4H-SiC是1～10 GHz范围的大功率微波放大器的理想应用材料，高频和微波4H-SiC器件在军用雷达、通信和广