碳化硅培训课件
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SiC电力电子器件简介.ppt
Page 5
什么是碳化硅
一种热稳定性高的半导体材料
常压下，不可能熔化SiC；在高温下（>2000 ℃ ），SiC升华分解为碳 和含硅的蒸气
一种高硬度、高耐磨性的晶体
碳化硅的莫氏硬度为9.2-9.3，仅次于金刚石 碳化硅的耐磨系数为9.15，仅次于金刚石
一种化学性质稳定的化合物
可与氧气反应形成氧化物，通常氧化温度在1200 ℃以上 在高温下（>900 ℃），能与Cl2等发生化合反应 能溶解于熔融的氧化剂中，如Na2O2
P+
N+
P-base
N+
P+
P-base
N- Drift Layer
N+
高温热氧生成SiO2 High Temperature Thermal-grown SiO2 高温N2O退火 High Temperature N2O Annealing
Page 31
其他工艺技术
表面处理技术 光刻技术 互连技术 隔离技术
SiC 外延 SiC 衬底
Page 26
刻蚀技术
干法刻蚀
SiC 外延 SiC 衬底
Page 27
掺杂技术
高温离子注入
Al SiC 外延 SiC 衬底
Page 28
钝化技术
Page 29
SiC 外延 SiC 衬底
表面钝化
金属化技术
肖特基
Page 30
SiC 外延 SiC 衬底 欧姆接触
氧化技术
Page 17
电力电子器件总揽
SiC电力电子器件
整流器件
开关器件
双极型二极管
肖特基二极管 （SBD、JBS）单极晶体管Fra bibliotek双极晶体管
什么是碳化硅
一种热稳定性高的半导体材料
常压下，不可能熔化SiC；在高温下（>2000 ℃ ），SiC升华分解为碳 和含硅的蒸气
一种高硬度、高耐磨性的晶体
碳化硅的莫氏硬度为9.2-9.3，仅次于金刚石 碳化硅的耐磨系数为9.15，仅次于金刚石
一种化学性质稳定的化合物
可与氧气反应形成氧化物，通常氧化温度在1200 ℃以上 在高温下（>900 ℃），能与Cl2等发生化合反应 能溶解于熔融的氧化剂中，如Na2O2
P+
N+
P-base
N+
P+
P-base
N- Drift Layer
N+
高温热氧生成SiO2 High Temperature Thermal-grown SiO2 高温N2O退火 High Temperature N2O Annealing
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其他工艺技术
表面处理技术 光刻技术 互连技术 隔离技术
SiC 外延 SiC 衬底
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刻蚀技术
干法刻蚀
SiC 外延 SiC 衬底
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掺杂技术
高温离子注入
Al SiC 外延 SiC 衬底
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钝化技术
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SiC 外延 SiC 衬底
表面钝化
金属化技术
肖特基
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SiC 外延 SiC 衬底 欧姆接触
氧化技术
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电力电子器件总揽
SiC电力电子器件
整流器件
开关器件
双极型二极管
肖特基二极管 （SBD、JBS）单极晶体管Fra bibliotek双极晶体管
碳化硅粉体的表面改性培训课件：改性方法、合成过程、表征方法
粘度与时间
结论：反应时间小于4h时，SiC 浆料的黏度较高；在 4～6 h 之间，SiC 浆料黏度较低且随反应时间
的延长变化不大；超过 6 h 后，浆料黏度随时间的延长急剧增大。
分析：在反应时间较短时，硅烷偶联剂中的烷氧基团不能与 SiC 粉体表面的—OH 基充分发生反应，
无法完全包覆在 SiC 粉体表面，浆料不能完全呈现硅烷偶联剂的性质。随时间延长，硅烷偶联剂在粉 体表面的包覆面积逐渐增大，SiC 颗粒的表面性质也逐渐接近硅烷偶联剂的性质，浆料黏度明显下降；
粘度的影响
A B C
粘度与温度
结论：在 70～90 ℃范围内，浆料黏度随温度的升高而降低；当温度超过 90 ℃，黏度随
温度的升高而增大， 这表明疏水预处理过程受温度的影响较大。根据反应动力学理论，通 常提高温度会加快反应速率，有利于反应的进行；但当温度高于 90℃后，反应变得剧烈， 包覆层不均匀的 SiC 粉体， D50 = 0.897 µm，SiC 含量为 98.98% (质量分
数，下同)；硅烷偶联剂(KH–550,NH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3)；丙三醇(分析纯)； 甲 苯(分析纯)；丙酮(分析纯)；氮气(99.99%)。
表征方法
粘度 SEM XRD 粒径分析
SiC粉体的表面改性
CONTENTS
背景介绍 改性方法 合成过程 表征方法
背景介绍
碳化硅分子式为SiC，是用石英砂、石油焦、木屑等 原料通过电阻炉高温冶炼而成。硬度介于刚玉和金刚 石之间；晶体结构分为六方晶系的α-SiC和立方晶系 的β-SiC，β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。
遇到问题：粉体形状不规则，粒径小，表面能高，容易发生团聚，形成二次粒子，无法
第二章 硼纤维碳化硅纤维增强材料的制备工艺PPT课件
13
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年XX月XX日
14
9
5. BF性能特点
硼纤维主要用于聚合物基和铝基复合材料
10
制备工艺：化学气相沉积（卤化法） 2BCl 3 + 3H 2 2B + 6HCl
中心是碳纤维或钨纤维
11
§2-6 碳化硅纤维
1化学气相沉积法制备SCH3 SiCl3 + H2 SiC + HCl
H2
H2+HCl 反应区
预热区
芯线
7
4.有机金属法制备硼纤维工艺
（1）工艺流程
硼的有机金属化合物
（三乙基硼，硼烷系化合物等）
高温分解
（600℃，
底丝（铝等））
Al芯－BF
8
（2）制备效果品价（与卤化法比较） 1）以铝丝代替CF和W丝 2）沉积温度低于600℃（远小于1350℃） 3）制备的铝芯-BF使用温度和性能降低 总结：成本低但制备的BF质量下降
氢气
高温分解
（ W或C丝）
W芯-碳化硅纤维
或C芯－碳化硅纤维
12
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
2
3.卤化法制备硼纤维工艺 （1）卤化物制备钨芯－BF
W丝（直径12.5um） ①工艺流程
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年XX月XX日
14
9
5. BF性能特点
硼纤维主要用于聚合物基和铝基复合材料
10
制备工艺：化学气相沉积（卤化法） 2BCl 3 + 3H 2 2B + 6HCl
中心是碳纤维或钨纤维
11
§2-6 碳化硅纤维
1化学气相沉积法制备SCH3 SiCl3 + H2 SiC + HCl
H2
H2+HCl 反应区
预热区
芯线
7
4.有机金属法制备硼纤维工艺
（1）工艺流程
硼的有机金属化合物
（三乙基硼，硼烷系化合物等）
高温分解
（600℃，
底丝（铝等））
Al芯－BF
8
（2）制备效果品价（与卤化法比较） 1）以铝丝代替CF和W丝 2）沉积温度低于600℃（远小于1350℃） 3）制备的铝芯-BF使用温度和性能降低 总结：成本低但制备的BF质量下降
氢气
高温分解
（ W或C丝）
W芯-碳化硅纤维
或C芯－碳化硅纤维
12
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
2
3.卤化法制备硼纤维工艺 （1）卤化物制备钨芯－BF
W丝（直径12.5um） ①工艺流程
《SiC碳化硅》课件
废弃物资源化利用
对生产过程中的废弃物进行资源 化利用，降低对环境的影响。
THANKS
感谢观看
光学性质
总结词
碳化硅具有优异的光学性能，可用于制造光学器件和激光器等。
详细描述
碳化硅是一种宽带隙半导体材料，具有优异的光学性能，能够吸收紫外线和蓝光等短波长光，并可在 高温下保持稳定的光学性能。因此，碳化硅在光学器件、激光器和LED等领域有广泛应用。
03
Sic碳化硅的应用
磨料和磨具
碳化硅作为磨料和磨具有着广泛的应 用，由于其硬度高、耐磨性好，常用 于磨削、研磨和抛光各种硬质材料。
详细描述
碳化硅具有很高的熔点和化学稳定性，能够在高达2800°C的高温下保持稳定， 同时对酸、碱和盐等化学物质具有很好的抗腐蚀性。
电绝缘性
总结词
碳化硅是一种优秀的电绝缘材料 ，适用于电子和电力行业。
详细描述
碳化硅在常温下的电绝缘性能非 常好，其电阻率极高，因此被广 泛应用于电子和电力行业的绝缘 材料。
切削性能。
在切割工具领域，碳化硅可以用 于制造锯条、切割片、切割刀等 ，用于切割各种硬质材料，如石
材、玻璃、陶瓷等。
在刀具领域，碳化硅可以用于制 造铣刀、钻头、车刀等，用于切 削金属材料，提高加工效率和刀
具寿命。
耐火材料和坩埚
碳化硅具有优良的高温性能，可以作为耐火材料和坩埚材料用于高温炉和熔炼设备 中。
详细描述
Sic碳化硅是由碳元素和硅元素组成的化合物，其晶体结构中，每个碳原子与四个硅原子形成共价键，形成了一种 坚固的、类似于金刚石的晶体结构。由于其独特的晶体结构和化学键合状态，Sic碳化硅展现出许多优异的物理和 化学性质。
发现与历史
总结词
《SiC碳化硅》课件
市场认知度提升
2
产成本相对较高。
需要加强行业宣传和市场教育，提高
碳化硅的知名度和应用广度。
3
技术创新和升级
持续研发新的制备方法和材料改性技 术，提高碳化硅材料的性能。
结论和总结
SiC碳化硅作为一种重要的新兴材料，具有广泛的应用前景。在克服挑战和持续发展的同时，碳化硅将 在多个领域发挥重要作用。
通过烧结、热压或立体堆积工艺将碳化硅粉末制备成材料。
SiC碳化硅的市场前景
能源领域
应用于新能源设备和高效电力转化系统，具有广阔的市场前景。
汽车领域
随着电动汽车市场的发展，对碳化硅的需求将显著增加。
工业应用
在高温、高频、高功率领域应用广泛，市场潜力巨大。
SiC碳化硅的挑战与发展趋势
1
材料制备难度
碳化硅的制备技术和设备要求高，生
汽车工业
用于制造电动车辆的电池管 理系统和充电设备，提高动 力电加热元 件等，提高加热效果和工作 寿命。
SiC碳化硅的制备方法
1
碳化硅晶体生长
通过物理气相沉积或溶液溶胶法实现碳化硅晶体的制备。
2
碳化硅粉末制备
通过高温反应或石墨化学气相沉积法制备碳化硅粉末。
3
碳化硅材料成型
《SiC碳化硅》PPT课件
这份《SiC碳化硅》PPT课件演示文稿将详细介绍碳化硅的特性、应用、制备 方法以及市场前景等方面的知识，帮助您更好地了解这一领域的发展。
简介
碳化硅是一种新型功能性材料，具有优异的热传导性、高温稳定性以及良好 的耐腐蚀性，被广泛应用于高温工况和特殊环境中。
SiC碳化硅的特性
1 高温稳定性
2 高硬度
具备出色的耐高温性能，适用于高温工况 下的应用。
一种典型半导体材料SiC2PPT课件
2.SiC衬底的制备
SiC单晶的加工：
要求：表面超光滑、无缺陷、无损伤。 重要性：直接影响器件的性能。 难度：SiC的莫氏硬度为9.2，难度相当大。
工艺流程： 切割：用金刚线锯。 粗、精研磨：使用不同粗细的碳化硼和金刚石颗粒加 粗磨和精磨。 粗抛光：机械抛光，用微小的金刚石粉粒进行粗抛。 精抛光：化学机械抛光。
国内在SiC生长起步较晚，目前主要是山东大学、中科院上海硅酸盐研究所、中科院 物理所等单位开展SiC单晶生长制备技术研究，山东大学2019年在实验室生长出了3英寸
6H-SiC单晶。
2.SiC衬底的制备
物理气相传输法（PVT）：
核心装置如右图所示：
SiC原料的升华和晶体的再生长在一个封闭的石墨 坩埚内进行，坩埚处于高温非均匀热场中。SiC原料 部分处于高温中，温度大约在2400~2500摄氏度。 碳化硅粉逐渐分解或升华，产生Si和Si的碳化物混 合蒸汽，并在温度梯度的驱使下向粘贴在坩埚低温 区域的籽晶表面输送，使籽晶逐渐生长为晶体。
5.SiC光电器件的前景
随着各个国家在SiC项目上投入力度的加大，SiC功率器件面临的技术难题正 在逐步降低，只要SiC功率器件可靠性问题解决，随着大尺寸SiC器件的发展， 价格最终不会成为制约的瓶颈。
随着SiC功率器件在民用领域特别是电动汽车领域的推广应用，相信不久的将 来，SiC功率器件会大量的应用于军事和民用的各个领域。
SiC紫外探测器： PN结型 PIN型 异质结型 肖特基势垒型 金属-半导体-金属（MSM）型
6.SiC紫外探测器的制备
实例：SiC肖特基紫外光电探测器件的研制。
器件制备的半导体材料：4H-SiC；衬底： N+型，电阻率0.014Ω*cm，厚度300um； 外延层：N型，掺杂浓度3.3E15/cm3，厚度 10um。
碳化硅培训课件
神宁集团太西炭基工业有限公司—碳化硅厂
—加强工艺管理 —努力提高各级管理人 员的专业业务素质和管 理水平
主
讲——胡风伟
神宁集团太西炭基工业有限公司—碳化硅厂
基层工艺管理存在的问题
对生产工艺的情况不了解，造成问题发现不及时、不准确； 数据上报中，原料、产量、产品指标有异常不进行分析，落 实不到位。当设备出现故障时没有分析影响生产的环节问题；
神宁集团太西炭基工业有限公司—碳化硅厂
碳化硅用途
1、磨料；绿碳化硅具较高的硬度和一定的韧性；多用于加工光学玻璃、 硬质合金、钛合金以及轴承钢的研磨抛光、高速钢刀具的刃磨等。黑碳 化硅多用于切割和研磨抗强度低的材料，如；有色金属、灰铸铁工件、 玻璃、陶瓷、石材和耐火制品；微粉磨料专用于轴承的超精磨、其特点 是磨削效率和精度高。 2、耐火材料：碳化硅具有很好的抗热震性能，因此是一种优质耐火材 料，按制品的生产工艺不同可分为再结晶碳化硅、制品、高温热压制品、 以氮化硅或粘土为结合剂的制品等，主要产品及用途有；高温炉窑构件、 支撑件、如匣体衬板等，在电炉中作加热式炉底、换热器、热电 偶套 管等；炼铁高炉用于出铁槽，铁水包内衬或碳化硅耐火砖等，焦化厂使 用碳化硅材料衬砌炽热焦炭用流槽，砌筑碳化室炉底等。 3、冶金行业：多用于各种冶炼的耐火内衬，炼钢脱氧剂，铸铁组织改 良等；比焦炭、硅粉等传统炼钢脱氧剂效果好，可使钢材质量提高；电 工行业：多用于电热原件高温半导体材料、远红外线板，避雷器阀片材 料等。化工行业利用碳化硅的稳定性制作各种化工管道、阀门等 。用 于电镀法将碳化硅微粉涂敷于汽（水）轮机叶轮上，可以大大提高叶轮 的耐磨性能，由于碳化硅具有优良的高温强度和抗氧化性能，它以成为 高温非氧化物陶瓷的主要原材料。
—加强工艺管理 —努力提高各级管理人 员的专业业务素质和管 理水平
主
讲——胡风伟
神宁集团太西炭基工业有限公司—碳化硅厂
基层工艺管理存在的问题
对生产工艺的情况不了解，造成问题发现不及时、不准确； 数据上报中，原料、产量、产品指标有异常不进行分析，落 实不到位。当设备出现故障时没有分析影响生产的环节问题；
神宁集团太西炭基工业有限公司—碳化硅厂
碳化硅用途
1、磨料；绿碳化硅具较高的硬度和一定的韧性；多用于加工光学玻璃、 硬质合金、钛合金以及轴承钢的研磨抛光、高速钢刀具的刃磨等。黑碳 化硅多用于切割和研磨抗强度低的材料，如；有色金属、灰铸铁工件、 玻璃、陶瓷、石材和耐火制品；微粉磨料专用于轴承的超精磨、其特点 是磨削效率和精度高。 2、耐火材料：碳化硅具有很好的抗热震性能，因此是一种优质耐火材 料，按制品的生产工艺不同可分为再结晶碳化硅、制品、高温热压制品、 以氮化硅或粘土为结合剂的制品等，主要产品及用途有；高温炉窑构件、 支撑件、如匣体衬板等，在电炉中作加热式炉底、换热器、热电 偶套 管等；炼铁高炉用于出铁槽，铁水包内衬或碳化硅耐火砖等，焦化厂使 用碳化硅材料衬砌炽热焦炭用流槽，砌筑碳化室炉底等。 3、冶金行业：多用于各种冶炼的耐火内衬，炼钢脱氧剂，铸铁组织改 良等；比焦炭、硅粉等传统炼钢脱氧剂效果好，可使钢材质量提高；电 工行业：多用于电热原件高温半导体材料、远红外线板，避雷器阀片材 料等。化工行业利用碳化硅的稳定性制作各种化工管道、阀门等 。用 于电镀法将碳化硅微粉涂敷于汽（水）轮机叶轮上，可以大大提高叶轮 的耐磨性能，由于碳化硅具有优良的高温强度和抗氧化性能，它以成为 高温非氧化物陶瓷的主要原材料。
无机半导体材料碳化硅SiC-PPT课件
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。
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。
四、SiC的晶体的应用前景
由于SiC具有上述众多优异的物理化学性质，不仅能够 作为一种良好的高温结构材料，也是一种理想的高温半导 体材料。近20年，伴随薄膜制备技术的高速发展，SiC薄 膜已经被广泛应用于保护涂层、光致发光、场效应晶体管、 薄膜发光二极管以及非晶Si太阳能电池的窗口材料等。另
(2)化学气象沉积法
利用化学气相沉积法制备碳化硅材料具有很多突出的优点，
如可以用高纯度的气体反应得到高纯度的单晶体，并且生长速
度可以通过调节反应温度和气氛成分比例而得到控制。由CVD 法制取SiC薄膜的反应组分可以多种多样，但大致可以分为三类： （1）硅化物（常常是SiH4 (硅烷)和碳氢（或氟）化物，如CH4 (甲烷)、C2H4 (乙烯)、C3H8 （丙烷）、CF4(四氟化碳)等，以及
格取向完全一致；碳化可以减小SiC和衬底Si之间的晶格失
配、释放应力、引入成核中心，
有利于薄膜单晶质量的提高。分子束外延的优点是： 使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于 精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速 调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶 薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形 成的超薄层量子阱微结构材料。
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。
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。
四、SiC的晶体的应用前景
由于SiC具有上述众多优异的物理化学性质，不仅能够 作为一种良好的高温结构材料，也是一种理想的高温半导 体材料。近20年，伴随薄膜制备技术的高速发展，SiC薄 膜已经被广泛应用于保护涂层、光致发光、场效应晶体管、 薄膜发光二极管以及非晶Si太阳能电池的窗口材料等。另
(2)化学气象沉积法
利用化学气相沉积法制备碳化硅材料具有很多突出的优点，
如可以用高纯度的气体反应得到高纯度的单晶体，并且生长速
度可以通过调节反应温度和气氛成分比例而得到控制。由CVD 法制取SiC薄膜的反应组分可以多种多样，但大致可以分为三类： （1）硅化物（常常是SiH4 (硅烷)和碳氢（或氟）化物，如CH4 (甲烷)、C2H4 (乙烯)、C3H8 （丙烷）、CF4(四氟化碳)等，以及
格取向完全一致；碳化可以减小SiC和衬底Si之间的晶格失
配、释放应力、引入成核中心，
有利于薄膜单晶质量的提高。分子束外延的优点是： 使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于 精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速 调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶 薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形 成的超薄层量子阱微结构材料。
碳化硅工业生产辅导资料
前言碳化硅为一种典型的共价键结合的化合物，它在自然界中不存在，属于人工合成制造的材料。
碳化硅材料有许多优异的性能，如耐磨削、耐高温、耐腐蚀、高热导率、高化学稳定性、宽带隙以及高电子迁移率等。
由于碳化硅的超常硬度，最初应用于各种磨削工具、如砂轮、砂布、砂及各种磨料，在机械行业材料加工与磨削时大量使用，后来又作为钢铁冶炼中的还原剂与加热元件。
从而又发现它还有高温热稳定性、高热传导性、耐酸碱腐蚀性、低膨胀系数、抗热震好等等一系列的优良性能。
在!" 年代中期，美国科学家首先成功以亚微米级的!# $%& 和少量硼、碳添加剂为原料，通过无压烧结工艺技术，成功制作出致密碳化硅陶瓷。
后来，碳化硅烧结成陶瓷材料，制作成各种陶瓷部件取代原金属部件获得成功。
我国’" 年代许多单位都能生产碳化硅陶瓷制品，其中利用反应烧结法制成的精密陶瓷碳化硅密封环、圈、垫及烧成用喷嘴等，获得广泛应用，如用作汽车、潜艇、化工、石油等行业的碳化硅密封圈在解决油封、液体密封方面取得非常好的效果。
利用碳化硅结合氮化硅制造陶瓷发动机的研究亦有突破性进展。
目前，世界$(& 总产量约)*" 万吨+ 年，中国产量最大，约占,"-，年产量约.* 万吨左右。
作为世界最大的碳化硅生产国与出口国，中国碳化硅的产销对于世界碳化硅行业有着重要影响。
但我国碳化硅行业目前绝大多数生产企业仍采用旧生产工艺，而且生产技术十分落后。
其生产特点是炉型小，供电时间短，生产周期短，产品档次不高。
提高生产工艺技术、产品质量、降低成本、开发新产品是当务之急。
本书集理论与实践于一体，对碳化硅生产原料、结构性能、合成工艺技术、生产技术条件、烧结技术、粉末制备技术及设备、碳化硅陶瓷材料制备、碳化硅质耐火材料制作技术作了详细阐述，是现今碳化硅生产技术的集成第一章碳化硅生产原料概述合成碳化硅所用的原料主要是以SiO2为主要成分的脉石英或石英砂，以及以C 为主成分的石油焦，低档次的碳化硅也有以灰分低的无烟煤为原料的。
新型电力电子器件—碳化硅39页PPT
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
新型电力电子器件—碳化硅
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·。— —爱献 生
谢谢！
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
新型电力电子器件—碳化硅
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·。— —爱献 生
新型电力电子器件—碳化硅ppt课件
18
作为一种新型的宽禁带半导体材料，碳化硅因其出色的物理及电 特性，正越来越受到产业界的广泛关注。碳化硅电力电子器件的重要 系统优势在于具有高压(达数万伏)高温(大于 500 ℃ )特性，突破了硅 基功率半导体器件电压(数 kV)和温度(小于 150 ℃ )限制所导致的严重 系统局限性。随着碳化硅材料技术的进步，各种碳化硅功率器件被研 发出来，由于受成本、产量以及可靠性的影响，碳化硅功率器件率先 在低压领域实现了产业化，目前的商业产品电压等级在 600~1 700 V。 随着技术的进步，高压碳化硅器件已经问世，并持续在替代传统硅器 件的道路上取得进步。随着高压碳化硅功率器件的发展，已经研发出 了 19.5 kV 的碳化硅二极管， 3.1 kV和 4.5 kV 的门极可关断晶闸管 (GTO)，10 kV 的碳化硅 MOSFET和 13~15 kV碳化硅IGBT 等。它们的研 发成功以及未来可能的产业化，将在电力系统中的高压领域开辟全新 的应用，对电力系统的变革产生深远的影响。
5
Johnson 优良指数(JFM)表示器件高功率、
高频率性能的基本限制
KFM 表示基于体管开关速度的优良指数
质量因子 1(QF1)表示电力电子器件中有源
器件面积和散热材料的优良指数
QF2则表示理想散热器下的优良指数
QF3 表示对散热器及其几何形态不加任何
假设状况下的优良指数
Baliga 优良指数 BHFM 表示器件高频应用
固态变压器是一种以电力电子技术为核心的变电装置，它通过电 力电子变流器和高频变压器实现电力系统中的电压变换和能量传递及 控制，以取代电力系统中的传统的工频变压器。与传统电力变压器相 比，具有体积小、重量轻等优点，同时具有传统变压器所不具备的诸 多优点，包括供电质量高、功率因数高、自动限流、具备无功补偿能 力、频率变换、输出相数变换以及便于自动监控等优点。
作为一种新型的宽禁带半导体材料，碳化硅因其出色的物理及电 特性，正越来越受到产业界的广泛关注。碳化硅电力电子器件的重要 系统优势在于具有高压(达数万伏)高温(大于 500 ℃ )特性，突破了硅 基功率半导体器件电压(数 kV)和温度(小于 150 ℃ )限制所导致的严重 系统局限性。随着碳化硅材料技术的进步，各种碳化硅功率器件被研 发出来，由于受成本、产量以及可靠性的影响，碳化硅功率器件率先 在低压领域实现了产业化，目前的商业产品电压等级在 600~1 700 V。 随着技术的进步，高压碳化硅器件已经问世，并持续在替代传统硅器 件的道路上取得进步。随着高压碳化硅功率器件的发展，已经研发出 了 19.5 kV 的碳化硅二极管， 3.1 kV和 4.5 kV 的门极可关断晶闸管 (GTO)，10 kV 的碳化硅 MOSFET和 13~15 kV碳化硅IGBT 等。它们的研 发成功以及未来可能的产业化，将在电力系统中的高压领域开辟全新 的应用，对电力系统的变革产生深远的影响。
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Johnson 优良指数(JFM)表示器件高功率、
高频率性能的基本限制
KFM 表示基于体管开关速度的优良指数
质量因子 1(QF1)表示电力电子器件中有源
器件面积和散热材料的优良指数
QF2则表示理想散热器下的优良指数
QF3 表示对散热器及其几何形态不加任何
假设状况下的优良指数
Baliga 优良指数 BHFM 表示器件高频应用
固态变压器是一种以电力电子技术为核心的变电装置，它通过电 力电子变流器和高频变压器实现电力系统中的电压变换和能量传递及 控制，以取代电力系统中的传统的工频变压器。与传统电力变压器相 比，具有体积小、重量轻等优点，同时具有传统变压器所不具备的诸 多优点，包括供电质量高、功率因数高、自动限流、具备无功补偿能 力、频率变换、输出相数变换以及便于自动监控等优点。
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第一部分
碳化硅的理化性质
一、碳化硅的物理性能
碳化硅：具有硬度高、耐高温、化学稳定性和导热性好特点，成为 优良的耐火材料；同时它具有半导体性质使得是一种好的高温半导体； 它的强度和耐热冲击性能高而成为功能陶瓷的代表性材料。
主要把握四个方面：
硬度：1（滑石）2（石膏）3（方解石）4（萤石）5（磷灰石）6（钾长 石）7（石英玻璃）8（水晶）9（黄玉）10 （石榴石）11（熔融锆石） 12（棕刚玉）13（黑碳化硅）14（碳化硼）15（金刚石）。 颜色：工业碳化硅按其颜色分为黑、绿两个品种，高纯碳化硅是无色的。 通常将黄色、无色归入绿碳化硅，蓝色归入黑碳化硅。 粒度：各号磨料产品都不是单一尺寸的颗粒，也不是尺寸仅在两个相邻 筛网孔径之间的粒群，它们都是跨越几个筛号的若干个粒群的组合。粒 度组成以各粒群所占的重量百分数表示。 颗粒密度：黑、绿碳化硅 堆积密度：黑、绿碳化硅 3.20克∕cm3 1.3-1.6克∕cm3
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第三部分
碳化硅冶炼用料
二、碳质原料
工业上可以利用的含碳量高的材料很多，如石油焦炭、冶金 焦炭、沥青焦炭、石墨、木炭等。 适用碳化硅冶炼的碳质材料有三种：低灰分无烟煤、石 油焦炭、沥青焦炭。在我国目前条件下，石油焦炭主要用于 冶炼绿质碳化硅，低灰分无烟煤主要用于冶炼黑质碳化硅。 沥青焦炭因产量较低未被采用，有文献显示在美国、加拿大 广泛采用。
。
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第三部分 碳化硅冶炼用料 制造碳化硅结晶块主要有三大材料 一碳质材料：石油焦碳、沥青焦炭、无烟煤等 二硅质材料：石英砂 三辅助材料：食盐、细结晶、粘合物、分解石墨、
焙烧料、木屑、氯化物等。
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第三部分
碳化硅冶炼用料
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碳化硅用途
1、磨料；绿碳化硅具较高的硬度和一定的韧性；多用于加工光学玻璃、 硬质合金、钛合金以及轴承钢的研磨抛光、高速钢刀具的刃磨等。黑碳 化硅多用于切割和研磨抗强度低的材料，如；有色金属、灰铸铁工件、 玻璃、陶瓷、石材和耐火制品；微粉磨料专用于轴承的超精磨、其特点 是磨削效率和精度高。 2、耐火材料：碳化硅具有很好的抗热震性能，因此是一种优质耐火材 料，按制品的生产工艺不同可分为再结晶碳化硅、制品、高温热压制品、 以氮化硅或粘土为结合剂的制品等，主要产品及用途有；高温炉窑构件、 支撑件、如匣体衬板等，在电炉中作加热式炉底、换热器、热电 偶套 管等；炼铁高炉用于出铁槽，铁水包内衬或碳化硅耐火砖等，焦化厂使 用碳化硅材料衬砌炽热焦炭用流槽，砌筑碳化室炉底等。 3、冶金行业：多用于各种冶炼的耐火内衬，炼钢脱氧剂，铸铁组织改 良等；比焦炭、硅粉等传统炼钢脱氧剂效果好，可使钢材质量提高；电 工行业：多用于电热原件高温半导体材料、远红外线板，避雷器阀片材 料等。化工行业利用碳化硅的稳定性制作各种化工管道、阀门等 。用 于电镀法将碳化硅微粉涂敷于汽（水）轮机叶轮上，可以大大提高叶轮 的耐磨性能，由于碳化硅具有优良的高温强度和抗氧化性能，它以成为 高温非氧化物陶瓷的主要原材料。
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第三部分 碳化硅冶炼用料 二、硅质材料
硅砂是制造碳化硅的主要原料之一 脉石英：一种火成岩，它是由酸性岩浆分异后，发育 于其它岩石的缝隙之中而形成矿脉的。它主要由 SIO2结晶的集合体连生在一起，具有平坦的或鳞纹 状断口。其矿脉厚度可达数米至数十米，长度延绵 数十米至数百米。呈半透明或乳白色。 石英砂：有河砂、海砂、湖砂等，是一种沉积砂矿。 它是由含石英的矿石经自然力破碎、冲击而成。 冶炼绿质碳化硅，应选择纯度高于99.3%的硅砂，否则 需要加入过多的盐，既影响技术经济指标，又不容 易稳定产品质量。 冶炼黑质碳化硅时，硅砂纯度高于98.5%就可以了。
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——加强工艺管理，增强工艺管控能力 努力提高各级管理人员的业务素质和管理水平
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第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 第七部分 第八部分
碳化硅的理化性质 碳化硅的生成 碳化硅的用料 炉料组成 碳化硅冶炼炉 碳化硅加工 热平衡与物料平衡 环境污染及其防治
碳化硅的脱氧性：由于碳化硅本质上是容易被氧化 的，而且在1600 ℃以上温度下氧化作用十分明显， 因此在高温下可以作为脱氧剂使用，尤其是在炼钢 中被广泛使用。
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第二部分
碳化硅的生成
一、与碳化硅形成过程有关的元素及化合物
碳系：碳原子量12 原子序数6 熔点3550 ℃ 沸点4827 ℃。 碳在自然界中有三种同位素异形体：无定型碳、石墨、金刚 石、富勒烯、石墨烯。 硅系：硅原子量28 原子序数14 熔点1420 ℃沸点2355 ℃.硅 有无定型硅（褐色）与结晶硅（银灰色、金属光泽）两种。 碳-氧系：碳氧化气氛中主要生成CO2，还原气氛中（如碳化 硅冶炼炉中）则生成CO。空气中CO含量在0.16—0.2﹪时， 人在1—1.5小时后死亡，大于0.5 ﹪时人在15分钟后死亡。 硅-氧系：硅和氧的主要化合物SIO2，它占地球59.08%，熔 点1710 ℃沸点2227 ℃在1200--1350 ℃直接转化为方石英。 在碳化硅冶炼炉内发生的正式这种反应。 碳-硅系：在碳硅系中唯一的固相二元化合物就是碳化硅。
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第二部分 碳化硅的生成 三、碳化硅生成的过程的分析
根据热力学1541 ℃反应开始发生，1803 ℃以上那种反应 物的蒸汽压力高，那种反应占优势。同一温度下，SIO的蒸 汽压比SI和SIO2的蒸汽压力都要高，因此，一些美、日文献 倾向第三种观点，认为工业碳化硅的形成如下：
一、粉、粒料基本性质
一般将粉粒料按其大小划分为两大类：小于1毫米的为粉料；大于一毫米 的为粒料。 （1）增快反应速度:粒子间的的接触表面积是影响基本化学反应速度重要 因素之一。 （2）均化混合：原料粉体化有利于混合均匀，可避免碳化硅冶炼炉内碳过 量或硅过量。 （3）便于不同成分的分离：为了剔除物料中某些有害的包裹物，如硅石中 的铁质，必须减小其尺寸，使包裹物分裂出来，才能进行分离操作。 （4）提高流动性：固体原料粉体化后，具有较高的流动性，便于输送，也 便于仓口放料。 粉、粒料的特点： （1）不连续性（2）表面积大（3）形状的不规则性（4）磨损性 粒度分布：冶炼用料的粒度分布通常用筛析法测定。 填充性质：粉粒料的填充性质指料层内部粒子在空间的排列状态，一般 主要研究静止时的粉粒料。填充性质有粉粒料的物理性质决定，它与粉 料的压缩性、热学性质、电性质、填充层内流体流动等问题有密切关系。 休止角
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第一部分 碳化硅的理化性质 二、碳化硅的化学成分
碳化硅的分子式：SIC
其中SI占70.045﹪，C占 29.955﹪.除了F.C和Fe2O3外，碳化硅磨料中常见的 杂质还有游离硅、游离SIO2、AL、Ga、Mg等。 存在形式：F.Si一部分溶解在碳化硅晶体中，一部 分与其他金属杂质成合金状态存在。F.SiO2通常存 在与晶体表面，F.C一部分包裹在碳化硅晶体中，一 部分和金属杂质形成碳化物，Fe、AL、Ga 、Mg大都 呈合金状态或碳化物状态 杂质的影响：一般来说，随着碳化硅的粒度变细， 其纯度因杂质成分增加而降低，这主要是因为杂质 往往较SIC晶体易于破碎以及碳化硅采用表面分析法 的缘故。
第三部分
四
碳化硅冶炼用料
碳化硅晶体生长
在冶炼炉内碳化硅晶体发育有下列规律 1、晶体大小由炉芯表面层向外逐渐减小，愈靠近炉芯的晶体 愈大，离炉芯愈远晶体愈小。 2、靠近炉芯的晶体粗大，结成清晰的放射状链条，这就说明 在高温时分解的气体，到低温区再次结晶。 3、在链状结构中，晶体的方向是一定的，晶体的六角片总是 顺着链条方向、垂直于炉的轴向。(这说明结晶体内的压力是 向外扩散的) 4、不同部位晶体的发育是不均衡的，这和炉料的透气性是密 切相关。（比如；炉头部分和炉芯上部） 5、在靠近炉芯的碳化硅层中，有时会出现空腔，由下部通向 侧部及上部，使结晶筒内表面凹凸不平，空腔内呈溶化状态， 有时长着大片晶体；（这说明结晶筒内、炉芯温度高、且压 力较大）
细结晶、粘合物：增加炉产，降低单位电耗、物耗。 分解石墨：炉芯制作 焙烧料：是一种特殊的未反应料，它是把碳质材料与硅质材料按一定
配比配成炉料在冶炼炉的底部或侧部，利用炉内温度将物料中的挥发份 排除，颗粒聚合以增大透气性，可供下一次投入反应区使用。
木屑：增加物料透气性
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管理人员责任心、职业素质和业务能力参差不齐，凸显管理 执行力落实不到位；
主动学习的意识和积极性不高，生产现场问题掌握不及时； 解决不及时
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碳化硅发展史
1893年 艾奇逊 发表了第一个制碳化硅的专利，该专利提出 了制取碳化硅的工业方法，其主要特点是，在以碳制材料为 炉芯的电阻炉中通过加热二氧化硅和碳的混合物，使之相互 反应，从而生成碳化硅，到1925年卡普伦登公司，又宣布研 制成功绿碳化硅。 我国的碳化硅于1949年6月由 赵广和 研制成功，1951年6月， 第一台制造碳化硅的工业炉在第一砂轮厂建成，从此结束了 中国不能生产碳化硅的历史，到1952年8月，第一砂轮厂， 在东北科学院、大连科学研究所曹子让的指导下，又试制成 功了绿碳化硅。
SIO2(石英) →SIO2（方石英) SIO2（方石英）+C →SIO(气)+CO (气) SIO(气)+2C →SIC+CO(气)