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碳化硅(SiC)，又稱金剛砂。1891年美國(guó)人艾契遜(Acheson)發(fā)明了碳化硅的工業(yè)制造方法。碳化硅是用天然硅石、碳、木屑、工業(yè)鹽作基本合成原料，在電阻爐中加熱反應(yīng)合成。其中加入木屑是為了使塊狀混合物在高溫下形成多孔性，便于反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體及揮發(fā)物從中排除，避免發(fā)生，因?yàn)楹铣蒊T碳化硅，將會(huì)生產(chǎn)約1.4t的(CO)。工業(yè)鹽(NaCl)的作用是便于除去料中存在的氧化鋁、氧化鐵等雜質(zhì)。

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(shì)。

碳化硅早在1842年就被發(fā)現(xiàn)了，直到1955年才開(kāi)發(fā)出生長(zhǎng)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(chǎng)，21世紀(jì)后碳化硅的商業(yè)應(yīng)用才算鋪開(kāi)。

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(kāi)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(chǎng)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(kāi)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)。

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(gè)過(guò)程，即坯料在高溫同時(shí)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(shí)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?、壓力和坯料粒度等熱壓工藝條件，就可達(dá)到優(yōu)良的熱壓效果。熱壓工藝對(duì)難熔化合物的制造特別有用。熱壓用的模具因?yàn)榧纫?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(duì)制造難熔化合物制品一般均用高強(qiáng)度石墨作模具。