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發(fā)布時(shí)間:2021-01-20 05:22  
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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(duì)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(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(dòng)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。

(一)碳化硅的合成和用途
碳化硅的合成是在一種特殊的電阻爐中進(jìn)行的,這個(gè)爐子實(shí)際上就只是一根石墨電阻發(fā)熱體,它是用石墨顆?;蛱剂6逊e成柱狀而成的。這根發(fā)熱體放在中間,上述原料按硅石52%~54%,焦炭35%,木屑11%,工業(yè)鹽1.5%~4%的比例均勻混合,緊密地充填在石墨發(fā)熱體的四周。當(dāng)通電加熱后,混合物就進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),生成碳化硅。其反應(yīng)式為:
SiO2 3C→SiC 2CO↑
反應(yīng)的開始溫度約在1400℃,產(chǎn)物為低溫型的β-SiC,基結(jié)晶非常細(xì)小,它可以穩(wěn)定到2100℃,此后慢慢向高溫型的α-SiC轉(zhuǎn)化。α-SiC可以穩(wěn)定到2400℃而不發(fā)生顯著的分解,至2600℃以上時(shí)升華分解,揮發(fā)出硅蒸氣,殘留下石墨。所以一般選擇反應(yīng)的終溫度為1900~2200℃。反應(yīng)合成的產(chǎn)物為塊狀結(jié)晶聚合體,需粉碎成不同粒度的顆?;蚍哿希瑫r(shí)除去其中的雜質(zhì)。

在航空領(lǐng)域的應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)材料時(shí),常與碳纖維或玻璃纖維合用,以增強(qiáng)金屬(如鋁)和陶瓷為主,如做成噴氣式飛機(jī)的剎車片、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、著陸齒輪箱和機(jī)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(yīng),但是技術(shù)含量極高 的納米級(jí)碳化硅粉體的應(yīng)用短時(shí)間不可能形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。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(yīng)用較少,碳化硅材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展缺乏下游應(yīng)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(qiáng)企業(yè)間的交流,尤其要積極參加國際交流活動(dòng),提升企業(yè)發(fā)展水平;關(guān)注企業(yè)品牌建設(shè),努力打造企業(yè)的拳頭產(chǎn)品等。


目前,吸波材料在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。尤其在領(lǐng)域,為了加強(qiáng)自身建設(shè),通常將吸波材料涂層應(yīng)用于戰(zhàn)斗表面,以達(dá)到“隱身”的目的。吸波材料在裝備力量與電子科技中占據(jù)重要地位。
在國際上,美國對(duì)吸波材料作為“隱身材料”的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟,例如,美國將吸波性能良好的碳化硅材料作為涂層涂于軍事表面,減弱目標(biāo)向外散發(fā)的雷達(dá)特征與紅外線等,使得敵軍無法檢測到目標(biāo),從而在中占據(jù)優(yōu)勢 [1-2]。在海灣和科索沃,人們都可以看到有關(guān)“隱身材料”的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。因此,吸波材料作為“隱身”技術(shù)的應(yīng)用越來越重要,為增強(qiáng)我國軍事實(shí)力,建設(shè)事業(yè),必須對(duì)吸波材料進(jìn)行深入研究與應(yīng)用。
較為常見的吸波材料為碳化硅,可以用于一些電子設(shè)備、屏蔽設(shè)備等,尤其在信息化中,可以減弱目標(biāo)的光電特征、紅外信號(hào)等 [3]。碳化硅作為吸波材料,分為不同的類型,如鐵磁金屬微粉吸波材料、鐵氧體吸波材料、納米吸波材料、多晶鐵纖維吸波材料、陶瓷吸波材料、導(dǎo)電高聚物吸波材料。本文就通過試驗(yàn)研究碳化硅涂層的吸波性能,以期為事業(yè)作出貢獻(xiàn)。
