碳化硅是什么材料？

碳化硅的背景介绍

1891 年，美国人艾奇逊电熔金刚石实验时意外发现碳化硅，误命名为“金刚砂”，两年后他研究出工业冶炼法——艾奇逊炉，早期碳化硅因高硬度在磨料领域崭露头角。20 世纪初，其电子领域潜力被挖掘，1907 年首个 LED 在其晶体上诞生。二战期间用于雷达，之后氧化铝与碳化硅复合材料成商品，用于天文望远镜等。21 世纪，2008 年首个商品化碳化硅电子元件 JFET 问世，同年特斯拉推首款双座电动车，2018 年特斯拉 Model 3 首次应用碳化硅，此后碳化硅在多领域广泛应用。

碳化硅材料的的特点优势

碳化硅莫氏硬度达 9.5 级，仅次于金刚石。砂纸、砂轮、石材加工磨具等凭借其高硬度提高加工效率与精度，耐高温，分解温度约 2700°C，抗热震性强。钢铁冶炼高炉的耐火砖、陶瓷烧制窑炉的窑具、航空航天发动机高温部件等应用广泛。

宽禁带

禁带宽度约 3.26eV，是硅材料近 3 倍。高压输电领域，10kV 系统使用碳化硅功率器件的逆变器，能量转换效率提高 5% - 10%。

高击穿场强

是硅材料 8 - 10 倍，手机快充充电头使用后体积缩小，电动汽车电机驱动系统应用可增加续航里程 5% - 10%。

高热导率

热导率约 4.9W/(m・K)，是硅材料 3 倍多。5G 基站射频功率放大器、航空航天电子设备等散热问题得以解决。

碳化硅材料的应用

碳化硅材料在半导体行业的应用主要是碳化硅衬底，由碳和硅组成的化合物半导体单晶材料，制备过程复杂。先合成高纯度碳化硅粉原料，再用物理气相传输法（PVT）或高温化学气相沉积法（HTCVD）进行晶体生长，之后对晶锭加工，经多道工序检测后形成可供使用的碳化硅晶片，为外延生长和器件制造提供基础。