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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?，同時(shí)除去其中的雜質(zhì)。

(二)制品制造工藝

單純用α-SiC制造制品，由于其硬度較大，將其磨成微米級細(xì)粉相當(dāng)困難，而且顆粒呈板狀或針狀，用它壓成的坯體，即使在加熱到它的分解溫度附近，也不會發(fā)生明顯的收縮，難以燒結(jié)，制品的致密化程度低，能力也差。因此，在工業(yè)生產(chǎn)制品時(shí)，在α-SiC中加入少量的顆粒呈球形的β-SiC細(xì)粉和采用添加物的辦法來獲得致密制品。作為制品結(jié)合劑的添加物，按種類可分為氧化物、氮化物、石墨等多種，如粘土、氧化鋁、鋯英石、莫來石、石灰、玻璃、氮化硅、氧氮化硅、石墨等。成型粘結(jié)劑溶液可用羧纖維素、聚乙烯醇、木質(zhì)素、淀粉、氧化鋁溶膠、二氧化硅溶膠等其中的一種或幾種。

硅化可在普通大氣壓的碳管爐內(nèi)進(jìn)行，硅化溫度必須大于2000℃。如果在66.65MPa的真空爐中進(jìn)行，則硅化溫度可降到1500~1600℃。產(chǎn)生硅蒸氣所用的硅粉顆粒尺寸為0.991~4.699mm。在大氣壓力下硅化時(shí)，硅粉可裝在石墨坩堝里。在真空下硅化時(shí)，則應(yīng)裝在氮化硼(BN)坩堝里，因?yàn)榇藭r(shí)硅會滲入石墨中并作用形成碳化硅而使石墨坩堝，而氮化硼與硅不潤濕。硅化所需的時(shí)間依據(jù)硅化的溫度及在該溫度下的硅的揮發(fā)量的不同而變化。在硅化完成后，坩堝內(nèi)通常不應(yīng)該再有硅殘留而都蒸發(fā)了。由于蒸發(fā)而附著在制品表面上的硅可用熱的處理除去。自結(jié)合碳化硅制品的強(qiáng)度為一般碳化硅制品的7~10倍，且能力提高了。