(完整版)SiC材料的特性及应用

碳化硅材料特性及其应用浅析作者：王增泽来源：《新材料产业》2018年第01期一、碳化硅单晶特性以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体材料，被称为第3代半导体材料。

与第1代、第2代半导体材料相比较，SiC具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点[1]。

SiC是目前发展最为成熟的宽禁带半导体材料之一，SiC在工作温度、抗辐射、耐击穿电压等性能方面具有明显的优势，其良好的性能可以满足现代电子技术的新要求，因此SiC被认为是半导体材料中最具有前途的材料之一[2]。

SiC由于与GaN的晶格常数及热膨胀系数相近（见表1），因此成为制造高端异质外延器件，如高电子迁移率晶体管（HEMT）、激光二极管（LDs）、发光二极管（LEDs）的理想衬底材料。

由于SiC材料拥有这些优异特性，许多国家相继投入了大量的资金对SiC进行了广泛深入的研究。

美国在20世纪末制订的“国防与科学计划”中就提出了关于宽禁带半导体的发展目标。

到2014年，美国联邦和地方政府提出全力支持以SiC半导体为代表的第3代宽禁带半导体，将拨款1.4亿美元用于提升美国在该新兴产业方面的国际竞争力。

近几年日本也有许多的动作，成立了新能源及工业技术发展组织，该组织发布了一系列基于SiC材料与器件的国家计划，主要发展高能量、高速度、高功率的开关器件。

我国在“十一五”重大专项“核高基”中也提出与国际同步开展宽禁带半导体功率器件研究，其中SiC单晶生长技术突破是最关键的。

SiC晶体的基本结构单元是Si-C四面体，如图1所示，原子间通过四面体SP3杂化结合在一起，并且有一定的极化。

目前，已发现的SiC晶型共有200多种，常见的晶型主要有3C、4H、6H及15R-SiC。

其中3C-SiC是立方结构，Si-C双原子层沿着[111]方向按照ABCABC……密堆方式排列；6H和4H-SiC均为六方结构，沿着[0001]方向堆垛，在[1120]投影方向，6H的排列次序为ABCACB……；4H的排列次序为ABCB……。

SiC 器件中SiC 材料的物性和特征,功率器件的特
征,SiC MOSFET 特征概述
1
SiC 材料的物性和特征
SiC（碳化硅）是一种由Si（硅）和C（碳）构成的化合物半导体材料。

SiC 临界击穿场强是Si 的10 倍，带隙是Si 的3 倍，热导率是Si 的3 倍，所以被认为是一种超越Si 极限的功率器件材料。

SiC 中存在各种多种晶型，它们的物性值也各不相同。

其中，4H-SiC 最合适用于功率器件制作。

另外，SiC 是唯一能够热氧化形成SiO2 的化合物半导体，所以适合制备MOS 型功率器件。

2
功率器件的特征
SiC 的临界击穿场强是Si 的10 倍，因此与Si 器件相比，能够以具有更高。

碳化硅的结构性质和用途【摘要】SiC陶瓷材料因其具有良好的耐磨、耐冲刷、耐腐蚀等优异的特性,被广泛应用机械、化工等行业。

本文采用双向加压的压制成型方法,通过无压烧结,成功的研制了在高耐磨、耐冲刷环境下所使用的喷砂机用喷砂嘴。

【关键字】引言结构与晶型碳化硅（SiC）俗称金刚砂，又称碳硅石是一种典型的共价键结合的化合物，自然界几乎不存在。

碳化硅晶格的基本结构单元是相互穿插的SiC4和CSi4四面体。

四面体共边形成平面层，并以顶点与下一叠层四面体相连形成三维结构。

SiC具有α和β两种晶型。

β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC 存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。

在SiC的多种型体之间存在着一定的热稳定性关系。

在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。

当高于1600℃时，β－SiC缓慢转变成α－SiC的各种多型体。

4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。

常见的SiC多形体列于下表：SiC常见多型体及相应的原子排列性能碳化硅（SiC）陶瓷，具有抗氧化性强，耐磨性能好，硬度高，热稳定性好，高温强度大，热膨胀系数小，热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。

因此，已经在石油、化工、机械、航天、核能等领域大显身手，日益受到人们的重视。

例如，SiC陶瓷可用作各类轴承、滚珠、喷嘴、密封件、切削工具、燃汽涡轮机叶片、涡轮增压器转子、反射屏和火箭燃烧室内衬等等。

制备与烧结碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。

碳化硅陶瓷的烧结方法有：无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结。

采用采用不同的烧结方法，SiC陶瓷具有各异的性能特点。

如就烧结密度和抗弯强度来说，热压烧结和热等静压烧结SiC陶瓷相对较多，反应烧结SiC相对较低。

SIC晶圆制造材料SIC晶圆制造材料SIC晶圆制造材料是一种具有高度稳定性和优异性能的半导体材料，广泛应用于电子、光电、光通信等领域。

在本文中，将对SIC晶圆制造材料的深度探讨进行分析，并分享对其的观点和理解。

一、介绍SIC晶圆制造材料1.1 简介SIC全名为碳化硅，是一种由碳和硅原料制成的化合物。

它具有高熔点、高硬度和高耐腐蚀性等特点，是一种理想的半导体材料。

SIC晶圆制造材料是以SIC为基础材料，通过特殊的生长工艺制备而成的。

1.2 特性SIC晶圆制造材料具有许多优异的特性。

SIC具有高温稳定性，可以在高温环境下工作，不易受热分解或氧化。

SIC晶圆具有高热导率和低热膨胀系数，能够有效地散热，提高器件的工作效率和可靠性。

SIC晶圆材料还具有优异的机械性能和化学稳定性，能够抵抗各种外界环境的侵蚀。

二、SIC晶圆制造材料的应用2.1 电子领域SIC晶圆制造材料在电子领域具有广泛的应用。

SIC晶圆可用于制造高功率和高频率的电子器件，如功率开关器件、超高压二极管和射频功率放大器等。

SIC晶圆材料还可以用于制造高温电子器件，如高温功率电子模块和高温传感器等。

另外，SIC晶圆还可以应用于制造紧凑型电子元件，如微型传感器和MEMS器件等。

2.2 光电领域SIC晶圆制造材料在光电领域也有广泛的应用。

SIC晶圆可以作为LED 的衬底材料，可提高LED器件的发光效率和可靠性。

SIC材料还可以用于制造高功率激光二极管，用于光通信和激光雷达等应用。

2.3 其他领域除了电子和光电领域，SIC晶圆制造材料还可以在其他领域得到应用。

在电力电子领域，SIC晶圆可以用于制造高温、高压和高功率的电力电子器件，如IGBT和MOSFET等。

SIC材料还具有较高的化学稳定性，可以用于制造耐腐蚀的传感器和阀门等。

三、对SIC晶圆制造材料的观点和理解针对SIC晶圆制造材料，我认为它具有巨大的市场潜力和发展前景。

SIC材料具有高度的稳定性和可靠性，能够满足高性能、高温度和高功率等特殊工作环境的要求。

sic驱动电压SIC驱动电压介绍SIC（Silicon Carbide）是一种新型半导体材料，具有高温、高频、高压等优点。

SIC驱动电压是指用于驱动SIC器件的电压，它对于SIC 器件的性能和可靠性有着重要影响。

一、SIC器件简介1.1 SIC晶体结构SIC晶体结构类似于碳化硅石，由Si和C两种原子交替排列而成。

其晶格常数较小，晶胞密度大，因此具有较高的熔点和硬度。

1.2 SIC器件类型目前市场上常见的SIC器件主要包括MOSFET、JFET、BJT、Schottky二极管等。

其中，MOSFET和Schottky二极管应用最为广泛。

1.3 SIC器件优点相比于传统半导体材料，SIC具有以下优点：（1）较高的工作温度：可在500℃以上工作；（2）较低的导通损耗：可实现更高效率；（3）较低的开关损耗：可实现更快速开关；（4）较低的漏电流：可实现更高可靠性。

二、SIC驱动电压的作用2.1 常见的SIC驱动电压常见的SIC驱动电压包括12V、15V、18V等，其中12V应用最为广泛。

2.2 SIC驱动电压对器件性能的影响（1）开关速度：SIC器件具有较快的开关速度，而SIC驱动电压会影响其开关速度，过高或过低的驱动电压都会导致开关速度变慢。

（2）漏电流：适当调整SIC驱动电压可以降低器件漏电流。

（3）损耗：适当调整SIC驱动电压可以降低器件导通和开关时的损耗。

（4）可靠性：合理选择SIC驱动电压可以提高器件的可靠性。

三、如何选择合适的SIC驱动电压3.1 参考数据手册在选取SIC器件时，建议参考其数据手册中推荐的最小和最大驱动电压范围，并结合实际应用场景进行选择。

3.2 考虑实际应用场景在实际应用中，需要考虑到工作温度、负载特性、环境噪声等因素，适当调整SIC驱动电压以达到最佳性能。

3.3 选择合适的驱动电路在选择合适的SIC驱动电路时，需要考虑到其输出电压、输出电流、响应速度等因素，以确保其能够满足SIC器件的要求。

第14卷　第4期1999年8月无机材料学报Journal of Inorganic Materials V ol.14,N o.4Aug.,199931998209203收到初稿,1998209215收到修改稿中国博士后科学基金和“863”高技术计划(编号863271520112001)支持项目SiC 单晶的性质、生长及应用3王世忠 徐良瑛 束碧云 肖　兵 庄击勇 施尔畏(中国科学院上海硅酸盐研究所　上海　200050)摘 要本文综述了S iC 单晶的物理性质、晶体结构、制备过程以及应用等1详细地介绍了大尺寸S iC 单晶的P VT 法制备和该过程中的关键要素,分析了P VT 法制备的S iC 单晶中所存在的缺陷及其成因1关键词　碳化硅,单晶,生长,物理性质,半导体器件分类号　T Q 163,O 781　引言SiC 单晶具有许多优良的性质:如带隙宽、抗电压击穿能力强、热导率高、饱和电子迁移率高等[1],适合制备高功率、高频率、耐高温以及耐辐照的电子器件1以SiC 为基的电子器件可应用于雷达、战斗机、卫星等的通信系统上,石油钻井技术的敏感元件,汽车制造业使用的传感器控制等1在这些环境下,常用的Si 和G aAs 难以满足需要11891年,Aches on 用细棒插入熔化的C 和硅铝矿中,在细棒中间通入高流量的气体,发现细棒的周围有鲜艳的蓝色晶体1该晶体1893年被确认是SiC 晶体[2]1100多年来,SiC 单晶的发展经历了一个漫长而曲折的过程1近几年来,SiC 单晶生长取得了很大成功[3],因此在SiC 器件应用以及基础研究方面都引起了人们极大的兴趣1作为第三代电子材料的SiC 单晶的研究,正在不断深入和发展12　SiC 单晶的结构和性质211　SiC 单晶的结构SiC 的奇特性质之一就是其结构的多型性[4]1如果将平面A 内的Si 2C 原子对的密堆积表示为Aa ,B 平面内的表示为Bb ,C 平面内的表示为Cc ,这些平面沿晶轴方向的不同堆积,可以获得一系列不同的结构,例如:AaBbCcAaBbCc …堆积,就会形成立方ZnS 型的3C 2SiC 结构;AaBbAaBb …堆积,形成2H 2SiC 结构;其他堆积,如AaBbAaCcAaBbAaCc …堆积,形成4H 2SiC 结构;……1目前已发现并已确定其晶格结构的SiC 晶体多达200余种[5],其中较为常见的有3C 、15R 、6H 、4H 和2H 共5种1不同类型的SiC 单胞中,原子的数目不同1同种类型的SiC 单胞中,C (或Si )原子周围的环境也不一定相同1把具有不同周围环境的C 位(或Si 位)称为不等价位,C (或Si )可以分别处于立方环境和六方环境两种不等价位中1两种重要类型的SiC,4H2和6H2SiC型,分别具有两种(一种六方环境和一种立方环境)和三种(一种六方和两种立方环境)不等价位[6]1212　SiC单晶的物理性质表1列出了三种最常见的SiC的物理性质1从表中可以看到SiC单晶是一种宽带隙的半导体材料1常温下6H2SiC单晶的带隙为31023eV,而Si和G aAs分别为111eV和114eV1同时SiC又具有优良的热导率,且抗电压击穿能力是Si的10倍[1]1通过对具有相对最小带隙的3C2SiC(214eV)直至具有最大带隙的2H2SiC(3135eV)的能带结构的研究发现,它们所有的价带-导带跃迁都有声子参与,也就是说这些类型的SiC半导体都是间接带隙半导体1表1　三种重要SiC单晶的一些物理性质T able1　B asic physical properties of three important SiC polytypesS tacking Inequalant Lattice　T hermal Band gapP olyty pe sequences site parameter conductivityΠeV S pace groupΠA。

碳化硅特性碳化硅是一种人工合成的碳化物，分子式为SiC。

通常是由二氧化硅和碳在通电后200 0℃以上的高温下形成的。

碳化硅理论密度是3.18g/cm3，其莫氏硬度仅次于金刚石，在9.2 -9.8之间，显微硬度3300kg/mm3，由于它具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，被用于各种耐磨、耐蚀和耐高温的机械零部件，是一种新型的工程陶瓷新材料。

纯碳化硅是无色透明的结晶,工业碳化硅有无色、淡黄色、浅绿色、深绿色、浅蓝色、深蓝色乃至黑色的,透明程度依次降低。

磨料行业把碳化硅按色泽分为黑色碳化硅和绿色碳化硅2类。

其中无色的至深绿色的都归入绿色碳化硅类,浅兰色的至黑色的则归入黑色碳化硅类。

黑色和绿色这2种碳化硅的机械性能略有不同,绿色碳化硅较脆,制成的磨具富于自锐性;黑碳化硅较韧。

碳化硅结晶结构是一种典型的共价键结合的化合物，自然界几乎不存在。

碳化硅晶格的基本结构单元是相互穿插的SiC4和CSi4四面体。

四面体共边形成平面层，并以顶点与下一叠层四面体相连形成三维结构。

SiC具有α和β两种晶型。

β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。

α-SiC是高温稳定型,β-SiC是低温稳定型。

β-SiC在2100～2400℃可转变为α-SiC,β-SiC可在1450℃左右温度下由简单的硅和碳混合物制得。

在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。

当高于1600℃时，β－SiC 缓慢转变成α－SiC的各种多型体。

4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。

常见的SiC多形体列于下表：碳化硅的基本性能包括化学性质、物理机械性能、电学性质以及其他性质（亲水性好，远红外辐射性等）。