(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
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
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
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。
SiC单晶的性质_生长及应用
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(SiC)
PECVD又可分为射频、微波以及电子回旋共振 (ECR)PECVD等三类。于威小组采用螺旋波等离子体 化学气相沉积技术在Si(100)衬底上制备了具有纳米 结构的碳化硅薄膜，在室温下观测到了峰值波长可 变的紫外发光。
最大有用面积达到40mm2，微导管密度已下降到小于0.1/cm2。 现今就SiC单晶生长来讲，美国处于领先地位，俄罗斯、日本 和欧盟(以瑞典和德国为首)的一些公司或科研机构也在生产SiC 晶片，并且已经实现商品化。
SiC作为第三代半导体材料的杰出代表，由于其特有的物理 化学特性成为制作高频、大功率、高温器件的理想材料。随着 SiC体材料的生长和外延技术的成熟，各种SiC器件将会相继出 现。目前，SiC器件的研究主要以分立器件为主，仍处于以开 发为主、生产为辅的阶段。
图3-1 3C-SiC立方闪锌矿结构
图3-2 2H-SiC六方纤锌矿结构
图 3-3 不同多型碳化硅在(1120)面上的堆叠序列
不同的SiC多型体在半导体特性方面表现出各自的特性。利用 SiC的这一特点可以制作SiC不同多型体间晶格完全匹配的异质 复合结构和超晶格，从而获得性能极佳的器件．其中6H-SiC结 构最为稳定，适用于制造光电子器件：p-SiC比6H-SiC活泼，其 电子迁移率最高，饱和电子漂移速度最快，击穿电场最强，较 适宜于制造高温、大功率、高频器件，及其它薄膜材料(如GaN （氮化镓）、金刚石等)的衬底和X射线的掩膜等。而且，β-SiC 薄膜能在同属立方晶系的Si衬底上生长，而Si衬底由于其面积 大、质量高、价格低，可与Si的平面工艺相兼容，所以后续 PECVD制备的SiC薄膜主要是β-SiC薄膜。
20世纪90年代初，Cree Research Inc用改进的Lely法生长6HSiC晶片并实现商品化，并于1994年制备出4H-SiC晶片。这一 突破性进展立即掀起了SiC晶体及相关技术研究的热潮。目前 实现商业化的SiC晶片只有4H-SiC和6H-SiC型，且均采用PVD技 术，以美国CreeResearch Inc为代表。采用此法已逐步提高SiC 晶体的质量和直径达7.5cm，目前晶圆直径已超过10cm，
碳化硅(SiC)
①低压化学气相沉积（LPCVD）
CVD反应室通常有热壁型和冷壁型，前者用于放热反应， 后者用于吸热反应。LPCVD相对普通CVD来说，一方面基板 温度较低，避免了杂质的扩散和迁移；另一方面减少了杂质 气体的污染，且无须运载气体，淀积速率增加，膜厚均匀性 大大改善。Hurtó s等人选择Si(CH3)4(TMS)作为先驱体，H2为载 气，在垂直的冷壁反应室里，在石墨基板表面沉积多晶SiC薄 膜。基板温度在1100～1500℃范围，反应室压强在15～ 100Torr，随着TMS分压的增加，沉积速率亦提高。
采用HFCVD技术在Si(111)衬底上生长了SiC薄膜。 通过电子能谱、X射线衍射和时间分辨光谱等分析手 段对样品结构、组分进行了分析。结果表明所制备的 样品为纳米晶态SiC，并通过计算得到验证,对所制备 样品进行光致发光特性测试,观察到其在室温下有较 强的紫外发光。
③等离子增强化学气相沉积(PECVD)
②热灯丝化学气相沉积法(HFCVD)
通常SiC薄膜的沉积是由一含C的先驱体和一含Si的先驱 体通过各种CVD法而得到。然而用HFCVD法、以CH4和H2作 为混合气进行金刚石薄膜的沉积时，有可能在沉积早期阶段 形成一薄层缓冲层(Si基板上)。这缓冲层有可能是SiC、类金 刚石薄膜或者是无定形碳等等，但因薄层太薄无法表征。这 表明在CH4-H2混合物用HFCVD法在Si基板上沉积SiC薄膜也是 可能的。
三、SiC的晶体结构、特性
SiC的基本结构单元是Si-C四面体，属于密堆积结构。由单 向堆积方式的不同产生各种不同的晶型，已经发现的同质多型 体就有250多种。密堆积有3种不同的位置，记为A，B，C。依 赖于堆积顺序，Si-C键表现为立方闪锌矿或六方纤锌矿结构。 如堆积顺序为ABCABC，则得到立方闪锌矿结构，记作3c-SiC或 p-SiC(c=cubic)。若堆积顺序为ABAB，则得到纯六方结构，记为 2H-SiC。其它多型体为以上两种堆积方式的混合。两种最常见 的六方晶型是4H和6H。其堆积方式分别为ABCB’ABCB和 ABCACB’ABCACB。
SiC纤维材料性质、制备方法、应用
3.在最近几年得到了比较大的发展，
4.但这样的材料仍有许多特性等待着挖掘，碳化硅纤维的应用也会更加广泛。
参考文献
碳化硅纤维/铝复合材料的一般特性
表格4
抗张强度
800MPa
弹性模量
E1
130GPa
E2
88GPa
弯曲强度
1200MPa
弯曲模量
E1
113GPa
E2
83GPa
泊松比
0.31
热膨胀系数
0°方向
8.9×10-6℃-1
90°方向
25×10-6℃-1
密度
2650㎏/㎥
3.4用作陶瓷基复合材料采用碳化硅纤维增强陶瓷(CMC)，可以大大提高陶瓷的耐冲击强度。例如Si3N4陶瓷中，加入6%的碳化硅纤维，强度可提高55%。即使在垂直方向，强度也提高20%左右。碳化硅纤维增强玻璃，也已经得到极大的成功，其性能见下表。由表可知，碳化硅纤维增强复合材料在高温下也有极高的弯曲强度，特别是碳化硅纤维增强硅酸锂铝玻璃复合材料，其冲击强度大为提高，缺口冲击强度实验值比Si3N4陶瓷高50倍，即使无缺口冲击强度试验值也比后者高出4.5倍。正式因为它比超耐热合金的质量轻，具有高温耐热性，并显著地改善了陶瓷固有的脆性，所以CMC可用作宇宙火箭、航空喷气式发动机等耐热部件以及高温耐腐蚀化学反应釜材料等。
3.1用作高温耐热材料碳化硅纤维既有优异的力学性能，又有耐高温、耐腐蚀、耐辐射的性能，因此，是一种理想的耐热材料。碳化硅纤维可用作耐高温传送带、金属熔体过滤材料、高温烟尘过滤器、汽车尾气收尘过滤器等。例如，日本东京都采用碳化硅纤维毡过滤器用于柴油汽车排放烟尘收集装置(DPF )。据说，随着环保事业的强化，防止公害条例的制定，需求碳化硅纤维量将要增加。
碳化硅特性
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）。
碳化硅材料的性能与应用
碳化硅材料的性能与应用随着现代科学技术的发展，新型材料的出现对各行各业的发展起到了不可替代的作用。
在材料科学中，碳化硅材料作为一种重要的陶瓷材料，其在电子、光电、机械等领域中有着重要的应用价值。
本文将介绍碳化硅材料的性能特点，以及在电子、机械、能源等方面的应用。
一、碳化硅材料的性能特点碳化硅材料主要由碳和硅元素组成，具有以下的性能特点：1. 高温稳定性好碳化硅材料熔点高，能够在高温环境中保持稳定性，不易熔化，因此在高温环境中应用广泛。
2. 耐腐蚀性强碳化硅材料不易被酸、碱等化学腐蚀，抗氧化性能强，因此能够在恶劣环境下长期使用。
3. 导热性能优异碳化硅材料具有良好的导热性能，热传导系数高，因此在高温环境下应用广泛。
4. 电特性良好碳化硅材料具有较高的绝缘性能和介电常数，因此可以作为电子元件和电路的材料。
二、碳化硅材料在电子领域的应用碳化硅材料在电子领域中具有很大的应用潜力。
作为一种高温材料，碳化硅可以用于制造高温电子元器件，如功率器件、光电器件等，可用于特种电子设备的研制、高速、低噪声电路、直流电源、高压射线管、真空管和高速饱和开关等。
此外，碳化硅材料还可以应用于半导体领域，制造高功率、高频率的集成电路，如功率MOSFET器件、微波功率晶体管和大面积集成电路等。
在高温环境下，碳化硅材料具有很好的性能，因此可以用于制造高温光学器件、光电子元件等。
三、碳化硅材料在机械领域的应用碳化硅材料在机械领域中也有着广泛的应用。
由于其硬度高、耐磨性能好、抗氧化性能强等特点，因此可以用于制造高硬度、高温、高强度的机械零件，如轴承、轮毂、切削工具、高速陶瓷轴承、高速陶瓷转子以及汽车零件等。
四、碳化硅材料在能源领域的应用碳化硅材料在能源领域中也有着重要的应用价值。
由于其优异的热导性能和高温稳定性能，碳化硅材料可以用于制造高温热交换器、热管、热电模块等，可在节能和新能源开发方面发挥重要作用。
此外，碳化硅材料还可以作为太阳能光伏电池的基底材料，用于提高太阳能电池对光线的吸收，从而提高太阳能电池的转换效率。
碳化硅晶体特征
碳化硅晶体特征简介碳化硅（Silicon Carbide，SiC）晶体是一种宽禁带半导体材料，具有众多优异特性，如高温稳定性、高电场饱和电流、高击穿电场及低漏电流等。
因此，碳化硅晶体在电子器件、光电子器件以及高温工作环境中得到广泛的应用。
本文将从不同角度对碳化硅晶体的特征进行详细探讨。
结构特征碳化硅晶体的结构特征对其性质与应用起着至关重要的作用。
碳化硅晶体为六方晶系，在晶格中由硅原子及碳原子组成。
其中，SiC晶体的结构可以分为4H型、6H 型以及3C型等多种类型，每一种类型的晶体结构都具有一定的特征。
4H型碳化硅晶体4H型碳化硅晶体是一种具有四面体晶格的结构，其中硅原子和碳原子以4:1的比例组成。
这种结构具有优异的电子迁移性能和热导率，适用于高功率电子器件的制备。
6H型碳化硅晶体6H型碳化硅晶体是一种具有六面体晶格的结构，其硅原子和碳原子以6:1的比例组成。
与4H型碳化硅晶体相比，6H型具有更高的击穿电压以及更低的漏电流。
这种结构适用于高压和高电流器件的制备。
3C型碳化硅晶体3C型碳化硅晶体是一种具有立方晶格的结构，其中硅原子和碳原子以1:1的比例组成。
3C型碳化硅晶体具有与硅相近的晶体结构，可以与硅材料实现良好的晶体质量匹配。
因此，它在SiC-on-Si异质集成电路的应用中具有巨大潜力。
物性特征除了结构特征，碳化硅晶体还具有特殊的物性特征，决定了其在各个领域中的应用前景。
宽禁带隙碳化硅晶体具有较宽的禁带隙，通常为2.3-3.3电子伏特（eV），比硅材料（1.1eV）更高。
这使得碳化硅晶体能够在高温和高功率应用中稳定工作，且具有较高的电子迁移率。
高热导率碳化硅晶体的热导率约为硅材料的3倍，达到了480 W/m·K。
这种高热导率使得碳化硅晶体能够快速散热，适用于高功率电子器件的散热要求。
高击穿电场碳化硅晶体具有高击穿电场，远高于硅材料。
这意味着在相同电场条件下，碳化硅晶体能够承受更高的电压，有助于提高电子器件的功率密度。
碳化硅 SiC 的特性及应用现状与发展
碳化硅 SiC 的特性及应用现状与发展发表时间：2020-09-09T11:16:08.600Z 来源：《科学与技术》2020年28卷9期作者：傅强王成顾卿胡晓波[导读] 现在以碳化硅、氮化镓为代表的第三代宽禁带功率半导体在工业上的应用已成为未来发展趋势摘要：现在以碳化硅、氮化镓为代表的第三代宽禁带功率半导体在工业上的应用已成为未来发展趋势。
碳化硅SiC材料具有击穿电场强度高、热稳定性好、载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点，使得SiC器件具有耐高温、耐高压、损耗小、开关频率高、动态性能优良等优点，在较高电压等级(高于3 kV)、散热要求高或对电力电子装置性能有更高要求的场合，有着硅器件无法比拟的优势，具有良好的应用前景。
关键词：第三代半导体；碳化硅；电力电子1、概述近年来，随着半导体器件在航空航天、石油勘探，核能、汽车及通信等领域应用的不断扩大，人们开始着手解决耐高温、大功率、抗辐射的电子和光电子器件的问题。
碳化硅SiC作为宽禁带半导体材料的代表首先引起人们的极大注意。
SiC材料具有优异的热学、光学、电学、化学和机械性能。
SiC晶体具有强的共价键结构，这种结构中的每个原子被四个异种原子所包围，反映其能量稳定性。
使它具有高的硬度、高熔解温度、高的化学稳定性和抗辐射能力。
SiC非常适合制备抗辐射和高温的高频、高速和大功率半导体器件及光发射二极管和探测器。
此外，高的热导率还表明了它具有制备高密度SiC集成电路的应用潜力。
在继以硅为代表的第一代、以砷化镓为代表的第二代半导体之后，SiC已成为典型的第三代半导体。
2、碳化硅SiC半导体材料特性目前，SiC半导体材料发展日趋成熟。
表1是有代表性的一代、二代和三代半导体材料特性参数对比。
表1 SiC与其它半导体材料的特性参数表从表1可以看出，SiC材料特性主要有以下优点：a.击穿电场比硅Si高十倍，比砷化镓GaAs高五倍，极大地提高了SiC半导体功率器件耐压容量和电流密度，同时也较大地降低了导通损耗。
碳化硅和氮化硅的物理学和应用
碳化硅和氮化硅的物理学和应用摘要碳化硅（SiC）和氮化硅（GaN）是两种重要的半导体材料，具有许多优异的物理和化学特性。
在本文中，我们将讨论它们的物理学和应用。
我们将首先介绍它们的基本结构和特性，然后讨论它们在电子、光电、能源和生物医学领域的应用。
我们将重点讨论它们的优点、挑战和未来发展方向。
引言碳化硅和氮化硅是两种广泛应用的半导体材料。
它们具有优异的物理和化学特性，如高热导率、高击穿场强、高电子迁移率、宽带隙和高硬度等。
它们的物理性质可以根据晶体结构、晶体缺陷和表面形貌等因素进行调控，从而满足不同应用需求。
本文将对碳化硅和氮化硅的物理学和应用进行介绍和讨论。
碳化硅2.1 基本结构碳化硅是一种化合物半导体，由硅和碳元素组成。
它的晶体结构有两种常见的形式：立方晶系（3C-SiC）和六方晶系（6H-SiC和4H-SiC）。
其中，4H-SiC和6H-SiC是最常用的两种多晶形式，具有层状结构和非常优良的电学性能。
4H-SiC和6H-SiC的晶体结构如图1所示。
图1. 4H-SiC和6H-SiC的晶体结构。
2.2 物理特性碳化硅具有一系列优异的物理特性，如高硬度、高热导率、高击穿场强和高电子迁移率等。
这些特性使其在电子、光电、能源和生物医学等领域得到广泛应用。
2.2.1 电学性能碳化硅具有宽带隙（约3.2 eV），因此可以在高温和高电场下工作。
同时，碳化硅的电子迁移率比硅高3倍以上，使得其在高频和高功率应用中具有较好的性能。
此外，碳化硅的击穿场强比硅高10倍以上，使其在高电压应用中具有较好的可靠性和稳定性。
2.2.2 光学性能碳化硅的宽带隙使其具有优异的光学性能，可以在紫外光至红外光谱范围内工作。
其高透过率、低损耗和高辐射抗性等特性使得碳化硅在高功率激光器、紫外光电探测器和太阳能电池等领域得到广泛应用。
2.2.3 热学性能碳化硅的热导率比硅高4倍以上，可以在高温下快速散热。
同时，碳化硅的热膨胀系数低，可以减小温度变化对器件的影响。
关于碳化硅(SiC)的知识点
碳化硅（SiC）是由硅（Si）和碳（C）组成的半导体化合物，属于宽带隙（WBG）系列材料。
它的物理键非常牢固，使半导体具有很高的机械，化学和热稳定性。
宽带隙和高热稳定性使SiC器件可以在比硅更高的结温下使用，甚至超过200°C。
碳化硅在电力应用中提供的主要优势是其低漂移区电阻，这是高压电力设备的关键因素。
凭借出色的物理和电子特性的结合，基于SiC的功率器件正在推动功率电子学的根本变革。
尽管这种材料已为人们所知很长时间，但由于可提供大而高质量的晶片，在很大程度上将其用作半导体是相对较新的。
近几十年来，努力集中在开发特定且独特的高温晶体生长工艺上。
尽管SiC具有不同的多晶型晶体结构（也称为多型晶体），但4H-SiC多型六方晶体结构最适合于高功率应用。
六英寸的SiC晶圆如图1所示。
问SiC的主要特性是什么？硅与碳的结合为这种材料提供了出色的机械，化学和热学性能，包括：·高导热率·低热膨胀性和优异的抗热震性·低功耗和开关损耗·高能源效率·高工作频率和温度（在最高200°C的结温下工作）·小芯片尺寸（具有相同的击穿电压）·本征二极管（MOSFET器件）·出色的热管理，降低了冷却要求·寿命长问SiC在电子领域有哪些应用？碳化硅是一种非常适合于电源应用的半导体，这首先要归功于其承受高压的能力，该能力是硅所能承受的高压的十倍之多。
基于碳化硅的半导体具有更高的热导率，更高的电子迁移率和更低的功率损耗。
SiC二极管和晶体管还可以在更高的频率和温度下工作，而不会影响可靠性。
SiC器件（例如肖特基二极管和FET / MOSFET晶体管）的主要应用包括转换器，逆变器，电源，电池充电器和电机控制系统。
问为什么在功率应用中SiC能够胜过Si？尽管硅是电子领域中使用最广泛的半导体，但硅开始显示出一些局限性，尤其是在大功率应用中。
sic的光吸收率
sic的光吸收率摘要：1.引言2.sic 的光吸收率定义3.sic 的光吸收率特性4.sic 的光吸收率应用5.总结正文：1.引言随着科技的发展，人们对于材料的研究越来越深入。
其中，碳化硅（SiC）作为一种具有广泛应用前景的材料，其光吸收特性备受关注。
本文将对碳化硅的光吸收率进行详细介绍。
2.sic 的光吸收率定义光吸收率是指材料在特定波长光照射下，吸收光的能力。
碳化硅的光吸收率指的是在特定波长下，碳化硅吸收光的能力。
3.sic 的光吸收率特性碳化硅的光吸收率具有以下特性：(1) 宽禁带：碳化硅具有宽禁带，使得其在高温、高功率等条件下具有优越的稳定性。
(2) 高光吸收率：碳化硅在紫外、可见光和红外波段具有较高的光吸收率，尤其在紫外波段，其光吸收率可以达到95% 以上。
(3) 可调谐性：通过改变碳化硅的掺杂类型和浓度，可以实现对光吸收率的调控，以满足不同应用场景的需求。
4.sic 的光吸收率应用碳化硅的光吸收率在多个领域具有广泛的应用，如：(1) 光伏器件：碳化硅的光吸收率高，使其在光伏器件中具有更高的光转换效率。
此外，碳化硅的高热导率和耐高温性能也使其在光伏器件中具有优越的性能。
(2) 光催化：碳化硅的高光吸收率和宽禁带使其在光催化领域具有广泛的应用前景。
通过掺杂合适的杂质，可以实现对光吸收率的调控，以提高光催化效率。
(3) 光学器件：碳化硅的光吸收率特性使其在光学器件中具有广泛的应用，如光开关、光调制器等。
5.总结碳化硅作为一种具有广泛应用前景的材料，其光吸收率特性使其在光伏、光催化和光学等领域具有重要意义。
sic半导体长晶
sic半导体长晶【最新版】目录1.半导体的概述2.Sic 半导体的特性3.Sic 半导体长晶的过程4.Sic 半导体长晶的应用领域5.Sic 半导体长晶的未来发展前景正文1.半导体的概述半导体，顾名思义，是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。
半导体材料有很多种，如硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等。
半导体可以分为两大类：元素半导体和化合物半导体。
元素半导体主要包括硅、锗等，化合物半导体包括砷化镓、氮化镓等。
近年来，随着科技的发展，化合物半导体材料越来越受到关注，其中，碳化硅（SiC）半导体因其独特的性能优势，在各个领域得到了广泛应用。
2.Sic 半导体的特性碳化硅（SiC）是一种宽禁带半导体材料，具有很多优越性能。
首先，SiC 具有较高的临界电场，可以承受更高的电压，因此适合用于高压器件。
其次，SiC 的热导率很高，可以有效降低器件工作过程中的温升，提高器件的可靠性。
此外，SiC 具有较高的电子迁移率，可以实现高速度和高频率的器件。
这些特性使得 SiC 成为高压、高功率、高频率等领域的理想半导体材料。
3.Sic 半导体长晶的过程SiC 半导体长晶的过程主要分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两种。
PVD 方法主要是通过将 SiC 粉末放在加热的衬底上，在高温下使 SiC 粉末升华，并在衬底上形成 SiC 薄膜。
CVD 方法则是将SiC 气体在高温下分解，并在衬底上沉积形成 SiC 薄膜。
这两种方法各有优缺点，如 PVD 方法可以获得较高的晶体质量，但生长速度较慢；CVD 方法生长速度快，但晶体质量相对较低。
为了获得高质量的 SiC 晶体，通常需要对这两种方法进行优化和结合。
4.Sic 半导体长晶的应用领域由于 SiC 半导体具有优越的性能，其在各个领域得到了广泛应用。
如在电力电子领域，SiC 可以制作出更高效、更可靠的功率器件，如MOSFET、IGBT 等，从而提高电力系统的效率。
sic半导体长晶
sic半导体长晶【最新版】目录1.半导体的概述2.sic 半导体的特性3.sic 半导体长晶的流程4.sic 半导体的应用前景正文一、半导体的概述半导体，顾名思义，是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。
半导体的特性主要取决于其能带结构，即电子在晶体中的能量分布。
半导体可以分为两大类：元素半导体和化合物半导体。
元素半导体主要包括硅（Si）和锗（Ge），而化合物半导体则包括砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等。
本文主要讨论碳化硅（SiC）半导体的长晶过程及其应用前景。
二、sic 半导体的特性碳化硅（SiC）半导体具有许多优越性能，使其在电子器件中有广泛的应用潜力。
首先，SiC 具有较大的禁带宽度，这意味着其具有较高的耐压能力和更低的导通电阻。
其次，SiC 的热稳定性高，可以在高温环境下稳定工作。
此外，SiC 还具有良好的辐射耐受性和较高的电子迁移率。
这些特性使得 SiC 成为制作高功率、高频率、高温度电子器件的理想材料。
三、sic 半导体长晶的流程SiC 半导体的长晶过程主要分为以下四个步骤：1.制备籽晶：首先需要制备一块纯净的籽晶，作为生长 SiC 晶体的起点。
通常采用化学气相沉积（CVD）或液相生长法（LPE）等技术制备籽晶。
2.长晶炉准备：将籽晶放入长晶炉中，并设置合适的生长参数，如温度、压力和气氛等。
3.晶体生长：在长晶炉中，籽晶通过升华 - 沉积过程逐渐生长成为SiC 晶体。
这一过程通常需要数天至数周时间，具体取决于晶体尺寸和生长速率要求。
4.晶体加工：晶体生长完成后，需要对其进行加工，如切割、抛光和检测等，以获得所需的晶片或器件。
四、sic 半导体的应用前景随着科技的发展，SiC 半导体在我国的应用前景十分广阔。
首先，SiC 功率器件可以替代传统的硅基器件，提高能源转换效率，从而在节能减排方面发挥重要作用。
其次，SiC 高频器件在通信、雷达和射频等领域具有明显优势，有助于提升我国在这些领域的竞争力。
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SiC材料的特性及应用
Ⅳ.Oxidation of SiC SiC体材料具有很高的抗氧化性，因为在体材
料的氧化过程中会在氧化界面形成SiO2层，从而 阻止了氧化的进行。
SiC is superior compared to Si because: ➢ It has exceptionally high Breakdown electric
field ➢ Wide Band gap Energy ➢ High Thermal conductivity ➢ High carrier saturated velocity
SiC材料的特性及应用
颜小琴 2004.11.15
SiC材料的发展史话 SiC材料的特性及应用 SiC材料的制备方法 小结
Silicon Carbide Technology(SiC)
Why a new Technology? ➢ Si has served wonderfully well as a
2SiC+3O2=2SiO2+2CO
SiC材料的特性及应用
Ⅴ. Ohmic Contacts to SiC 在SiC大功率器件中，SiC和金属间的欧姆接触电
阻的大小直接影响到SiC大功率器件性能的优劣，如 果接触电阻太高，器件工作时的压降及功耗增大， 引起器件因发热而温度过高。
1987年，Cree Research成立，成为了第一个销售SiC单 晶衬底的美国公司。
SiC材料的特性及应用
Ⅰ.SiC for High Power,High Temperature Electronics
SiC与Si和GaAs的有关参数的对比
晶格常数(Å) 熔点(K) 热稳定性 带宽(eV) 最高工作温度(K) 电子迁移率(cm2\V·S) 空穴迁移率(cm2\V·S) 饱和电子速率(107cm\s) 临界电场(106V\cm) 介电常数 热导率(W\cm·K)
SiC材料的发展史话
1955年，Lely发明了一种采用升华法生长出高质量单 晶体的新方法；(转折点)
1978年，俄罗斯科学家Tairov和Tsvetkov发明了改良的 Lely法以获得较大晶体的SiC生长技术；(里程碑)
1979年，成功制造出了SiC蓝色发光二极管；
1981年，Matsunami发明了Si衬底上生长单晶SiC的工 艺技术，并在SiC领域引发了技术的高速发展；
SiC材料的特性及应用
Ⅱ.Polytypism in SiC
3C-SiC
6H-SiC
4H-SiC
3C-SiC
6H-SiC
SiC材料的特性及应用
Ⅲ.Dopant Considerations 杂质掺入量过大导致了非晶或多晶的形式，深
的杂质能级是不利的，不仅激活温度高，而且也不 利于器件的计。
1885年Acheson(1856－1931)首次生长出了SiC晶体 (Carborundum)；
1905年，法国科学家Moissan(1852－1907)在美国 Arizona的Dablo大峡谷陨石里发现了天然的SiC单晶 (Moissanite)；
1907年，英国电子工程师Round(1881－1966)制造出了 第一只SiC的电致发光二极管；
6H-SiC 3.081 15.092 >2100 Excellent 3.02 1580 400 50 2.0 3.2 10 4.9
4H-SiC 3.081 10.061 >2100 Excellent 3.26 1580 1140 50 2.0 3.0 9.6 4.9
SiC的这些性能使其成为高频、大功率、耐高 温、抗辐照的半导体器件的优选材料，用于地面核 反应堆系统的监控、原油勘探、环境检测及航空、 航天、雷达、通讯系统及汽车马达等领域的极端环 境中。
semiconductor for most applications ➢ Si devices fail to operate at high temperatures
of around 300ºC ➢ Since Si is a small band gap material,
sufficiently high breakdown voltages cannot be applied
但是，Si技术的成功以及迅猛发展，使得人们对 SiC的研究兴趣下降，这一时期的研究工作，即60年代 中期到70年代中期，主要在前苏联进行，在西方一些 国家，SiC的研究工作仅处于维持状态。
SiC材料的发展史话
1824年,瑞典科学家Berzelius(1779－1848)在人工合成金 刚石的过程中就观察到了SiC；
Si 5.43 1420 Good 1.11 600 1500 600 1.0 0.3 11.8 1.5
GaAs 5.65 1235 Fair 1.43 760 8500 400 1.0 0.6 12.5 0.46
3C-SiC 4.3596 >2100 Excellen t2.23 1250 1000 50 2.2 2.0 9.7 4.9
SiC’s superior Performance
SiC is especially useful for: ➢ High Temperature Environment ➢ High Radiation conditions ➢ High Voltage switching applications ➢ High power Microwave applications
起初Acheson错误地认为这种材料是C和Al的化 合物，他的目的是想寻找一种材料能够代替金刚石 和其他研磨材料，用于材料的切割和抛光，他发现 这种单晶材料具有硬度大、熔点高等特性，于1893 年申请了专利，将这种产品称为“Carborundum”。
开辟了SiC材料和器件研究的新纪元，此后，有关 SiC的研究工作全面展开，并且于1958年在Boston召开 了第一届SiC会议。