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什么是碳化硅-SiC


  • 时间:2025-08-14
  • 阅读量:88

  • 什么是碳化硅-SiC
    • 总结

    碳化硅(SiC)是第三代宽禁带半导体材料,具有高硬度、高热导率、高禁带宽度及高击穿电场强度等特性,广泛应用于光伏新能源、5G通信、智能电网等领域,制备工艺复杂,却能显著提升高温、高压、高频等场景下半导体器件的性能与功效。


    信息介绍特点优势制备工艺核心应用

    碳化硅的信息介绍

    碳化硅(英文名为"Silicon Carbide",化学式 SiC)是由硅(Si)和碳(C)按1:1比例组成的宽禁带化合物半导体材料,硬度仅次于金刚石,具有高禁带宽度(耐高温)、高热导率(散热好)、高击穿电场强(耐高压)等特性,在电动汽车、光伏新能源、轨道交通、智能电网、5G通信、基站建设、半导体器件等领域应用广泛,是第三代半导体材料的代表之一。

    硅(Si)+ 碳(C)= 碳化硅(SiC)

    碳化硅.webp

    碳化硅的特点优势

    高硬度

    高热导率

    高禁带宽度

    高击穿电场强

    莫氏硬度达 9.2 - 9.3,仅次于金刚石。在耐磨材料领域应用广泛,冶金选矿行业中,其耐磨部件耐磨性能是铸铁、橡胶的 5 - 20 倍。

    热导率约是铜的 2 - 3 倍,散热优势明显。在高功率电子器件中,可提高散热效率,保障设备稳定运行。

    禁带宽度是硅的约 3 倍,能在更高电压和温度下稳定工作,热稳定性和化学稳定性好。

    高击穿电场特性使其能承受更高电压,在智能电网输电设备中可提高耐压能力,减少能量损耗。

    碳化硅的制备工艺

    工艺难点

    制备工艺复杂:原材料纯度要求高,物理气相传输(PVT)生长需精确控制高温高压,晶体生长速度慢,成本高。如硅材料长晶平均三天,碳化硅需一周。

    加工难度大:碳化硅(SiC)硬度高、化学性质稳定,对切割、研磨和抛光设备和工艺要求高,传统切割方式费时费力且易崩边,激光划片有热效应等问题。

    制备方法

    碳化硅(SiC)的制备方法可根据产物的晶体形态(单晶或多晶)进行分类。单晶生长通常用于碳化硅衬底、半导体器件等高性能应用,而多晶生长则更多用于磨料、陶瓷、复合材料等领域。

    单晶生长法

    多晶生长法

    采用化学气相沉积、物理气相传输、高温溶液生长等制备方法获得高纯度、高电子迁移率的单晶碳化硅。

    采用阿奇逊法、溶胶-凝胶法、高温自蔓延合成、直接碳热还原等制备方法获得高韧性、耐高温的多晶碳化硅。

    单晶碳化硅与多晶碳化硅结构对比.webp

    碳化硅的核心应用

    电力电子领域

    碳化硅(SiC)器件应用于新能源汽车电机控制器、车载充电器等,提升能源转换效率,增加续航里程。在光伏逆变器中提高发电效率,减小设备体积。还用于智能电网高压输电、配电系统,增强电网稳定性与传输容量。

    电子信息领域

    碳化硅(SiC)可制作高频、高温、高功率射频器件,用于5G通信基站功率放大器,满足高频率、高功率需求,在雷达系统中提升探测距离与分辨率。

    工业领域

    碳化硅(SiC)用于工业电机驱动,提高电机效率与可靠性,降低运营成本,在高温、腐蚀性环境下的传感器和检测设备中,确保设备稳定工作。

    航空航天领域

    碳化硅(SiC)耐高温、耐辐射,适用于航天器电力系统、推进系统等关键部件,以及卫星通信和电子设备,保障极端环境下的可靠运行。

    其他领域

    碳化硅(SiC)在国防军工中用于高性能武器装备电子系统,在核能领域作为核反应堆结构材料和检测材料。

    碳化硅的应用.webp

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