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發(fā)布時間:2021-09-08 05:01  
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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。
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,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。

碳化硅的原料有石英砂、石油焦等,又叫金剛砂,化學(xué)結(jié)構(gòu)為六方形晶體,通常比重為 3.2,硬度較大,平均為3000kg/mm2。碳化硅具有很多優(yōu)點,如導(dǎo)熱系數(shù)高、膨脹系數(shù)小、體積小和強(qiáng)度高等。碳化硅涂層被電磁波影響,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流,應(yīng)電流易受電磁場影響改變方向,同時由于材料的高電阻阻礙,電磁波的能量會變?yōu)闊崃可⑹В茨芰肯?,這樣雷達(dá)等電子設(shè)備的信號大大減弱,這種現(xiàn)象稱為吸波性能。
不同類型的碳化硅材料具有不同的吸波能力。例如,異形截面的碳化硅與邊界規(guī)則的碳化硅截面具有不同的吸波性能,不同碳化硅的表面曲率不同,其電荷聚集的能力也不同,通常曲率較小則容易聚集電荷。另外,不同厚度的涂層對吸波性能也有不同的影響。

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)合為一個過程,即坯料在高溫同時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。熱壓工藝對難熔化合物的制造特別有用。熱壓用的模具因為既要經(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,對制造難熔化合物制品一般均用高強(qiáng)度石墨作模具。
