碳化硅的工作原理、優(yōu)點(diǎn)及主要用途

碳化硅的工作原理

碳化硅，是一種無(wú)機(jī)物，化學(xué)式為SiC，碳化硅(SiC)由碳(C)原子和硅(Si)原子組成，密度是3.2g/cm3，天然碳化硅非常罕見，主要通過(guò)人工合成。其晶體結(jié)構(gòu)具有同質(zhì)多型體的特點(diǎn)，在半導(dǎo)體領(lǐng)域最常見的是具有立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)的3C-SiC和六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的4H-SiC和6H-SiC。

碳化硅(SiC)半導(dǎo)體是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度可達(dá)3.18 eV，而 Si和 Ge的禁帶寬度分別為3.4 eV和2.7 eV，因此相比 Si材料具有更高的擊穿電壓。碳化硅是目前發(fā)展最成熟的第三代半導(dǎo)體材料。

目前被廣泛應(yīng)用于電力電子器件的硅、鍺、氮化鎵、碳化硅等三種材料屬于第一代寬禁帶半導(dǎo)體材料，目前它們的發(fā)展還不夠成熟，在高頻功率器件，高壓大電流場(chǎng)合等應(yīng)用中具有很大優(yōu)勢(shì)。

碳化硅的優(yōu)點(diǎn)

(1)碳化硅單載流子器件漂移區(qū)薄，開態(tài)電阻小。比硅器件小100-300倍。由于有小的導(dǎo)通電阻，碳化硅功率器件的正向損耗小。

(2)碳化硅功率器件由于具有高的擊穿電場(chǎng)而具有高的擊穿電壓。例如，商用的硅肖特基的電壓小于300V,而第一個(gè)商用的碳化硅肖特基二極管的擊穿電壓已達(dá)到600V。

(3)碳化硅器件可工作在高溫，碳化硅器件已有工作在600°C的報(bào)道，而硅器件的最大工作溫度僅為150°C.

(4)碳化硅器件具有很好的反向恢復(fù)特性，反向恢復(fù)電流小，開關(guān)損耗小。碳化硅功率器件可工作在高頻(>20KHz)。

(5)碳化硅功率器件的正反向特性隨溫度和時(shí)間的變化很小，可靠性好。

碳化硅的主要用途

碳化硅主要有四大應(yīng)用領(lǐng)域，即：功能陶瓷、高級(jí)耐火材料、磨料及冶金原料。碳化硅粗料已能大量供應(yīng)，不能算高新技術(shù)產(chǎn)品，而技術(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)。

碳化硅的主要用途：用于3-12英寸單晶硅、多晶硅、砷化鉀、石英晶體等線切割。太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、壓電晶體產(chǎn)業(yè)工程性加工材料。

用于半導(dǎo)體、避雷針、電路元件、高溫應(yīng)用、紫外光偵檢器、結(jié)構(gòu)材料、天文、碟剎、離合器、柴油微粒濾清器、細(xì)絲高溫計(jì)、陶瓷薄膜、裁切工具、加熱元件、核燃料、珠寶、鋼、護(hù)具、觸媒擔(dān)體等領(lǐng)域。

碳化硅憑借其優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)獲得了廣泛的應(yīng)用，迅速占領(lǐng)了半導(dǎo)體材料市場(chǎng)的半壁江山。隨著生產(chǎn)成本的不斷下降，優(yōu)異的性能讓碳化硅在功率器件的行業(yè)中實(shí)現(xiàn)了對(duì)硅單質(zhì)半導(dǎo)體的逐步取代。而面對(duì)世界范圍內(nèi)發(fā)展空間巨大的碳化硅半導(dǎo)體市場(chǎng)，我國(guó)需要盡快提升研發(fā)實(shí)力，完善碳化硅半導(dǎo)體的發(fā)展體系。

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