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碳化硅應用領域的新拓展
2015年06月02日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:3343
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眾所周知,硅和鍺構成了第一代半導體材料,主要應用于低壓、低頻、中功率晶體管以及光電探測器中。相比于鍺半導體器件,硅材料制造的半導體器件耐高溫和抗輻射性能較好。95%以上的半導體、99%的集成電路都是用硅半導體材料制造的。直到現在,我們使用的半導體產品大多是基于硅材料的。90年代后,砷化鎵、磷化銦代表了第二代半導體材料,可用于制作高速、高頻、大功率以及發光電子器件。因信息高速公路和互聯網的興起,第二代半導體材料被廣泛應用于衛星通訊、移動通訊、光通信和GPS導航等領域。

 

與前兩代半導體材料相比,第三代半導體材料通常又被稱為寬禁帶半導體材料或高溫半導體材料。其中,碳化硅和氮化鎵在第三代半導體材料中是發展成熟的代表。在現已開發的寬禁帶半導體中,碳化硅(SiC)半導體材料是研究最為成熟的一種。碳化硅半導體材料由于具有寬禁帶、高擊穿電場、高熱導率、高飽和電子遷移率以及更小的體積等特點,在高溫、高頻、大功率、光電子以及抗輻射器件等方面具有巨大的應用潛力。


碳化硅的應用范圍十分廣泛:

1、由于具有寬禁帶的特點,它可以用來制作藍色發光二極管或幾乎不受太陽光影響的紫外線探測器;

2、由于可以耐受的電壓或電場八倍于硅或砷化鎵,特別適用于制造高壓大功率器件如高壓二極管、功率三極管、可控硅以及大功率微波器件;

3、由于具有高飽和電子遷移速度,可制成各種高頻器件(射頻及微波)

4、碳化硅是熱的良導體導熱特性優于任何其它半導體材料,這使得碳化硅器件可在高溫下正常工作。

5、此外,碳化硅具有很強的離子共價鍵,它具有高硬度、熱導率超過金屬銅、散熱性能好、耐腐蝕性非常強、抗輻射能力強、耐高溫和化學穩定性好等性質,在航天技術領域有著廣泛的應用。

 

目前,碳化硅應用于大功率三極管和可控硅的技術已經基本成熟。使用碳化硅制造的功率電路具有體積小、耐高溫、壽命長等多項優勢。例如,電動汽車上使用的逆變器,使用碳化硅替代傳統材料,可縮小近50%的體積和重量,使用壽命也大大延長。隨著太陽能發電站、電動汽車、電力機車等新能源項目的普及,使用碳化硅制造的大功率逆變器、變頻器、電機調速器市場前景將會會急劇膨脹。

 

碳化硅同時還是一種性能優良的LED(發光二極管)襯底材料。使用氮化鎵可以制造出發光效率為節能燈34倍、壽命為節能燈10倍的高亮度LED照明燈由于碳化硅和氮化鎵的晶格失配小,碳化硅單晶是氮化鎵基LED、肖特基二極管、金氧半場效晶體管等器件的理想襯底材料。

 

雖然用于氮化鎵生長最理想的襯底是氮化鎵單晶材料,但是,制備氮化鎵體單晶材料非常困難,到目前為止尚未有行之有效的辦法。我國的行業專家選擇了碳化硅單晶襯底作為研究突破口,取得了令人矚目的成果。目前形成了一條年產7萬片碳化硅晶片的生產線,促進了我國第三代半導體產業的持續穩定發展,取得了較好的經濟效益和社會效益。打破了美國科銳公司碳化硅襯底國際市場的壟斷地位


當前碳化硅在電子行業的應用,主要立足于三大領域:高亮度LED大功率電力電子系統以及先進雷達,以后還可能走進家用市場。雖然太陽能硅晶片切割再次崛起的可能性微乎其微,但是碳化硅行業只要立足于科技創新,作為新型電子材料,碳化硅材料迎接又一個春天的機會指日可待。


(粉體圈 作者:梧桐)

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