碳化硅的工作原理、优点及主要用途

碳化硅的工作原理

碳化硅，是一种无机物，化学式为SiC，碳化硅(SiC)由碳(C)原子和硅(Si)原子组成，密度是3.2g/cm3，天然碳化硅非常罕见，主要通过人工合成。其晶体结构具有同质多型体的特点，在半导体领域最常见的是具有立方闪锌矿结构的3C-SiC和六方纤锌矿结构的4H-SiC和6H-SiC。

碳化硅(SiC)半导体是第三代宽禁带半导体材料，其禁带宽度可达3.18 eV，而 Si和 Ge的禁带宽度分别为3.4 eV和2.7 eV，因此相比 Si材料具有更高的击穿电压。碳化硅是目前发展最成熟的第三代半导体材料。

目前被广泛应用于电力电子器件的硅、锗、氮化镓、碳化硅等三种材料属于第一代宽禁带半导体材料，目前它们的发展还不够成熟，在高频功率器件，高压大电流场合等应用中具有很大优势。

碳化硅的优点

(1)碳化硅单载流子器件漂移区薄，开态电阻小。比硅器件小100-300倍。由于有小的导通电阻，碳化硅功率器件的正向损耗小。

(2)碳化硅功率器件由于具有高的击穿电场而具有高的击穿电压。例如，商用的硅肖特基的电压小于300V,而第一个商用的碳化硅肖特基二极管的击穿电压已达到600V。

(3)碳化硅器件可工作在高温，碳化硅器件已有工作在600°C的报道，而硅器件的最大工作温度仅为150°C.

(4)碳化硅器件具有很好的反向恢复特性，反向恢复电流小，开关损耗小。碳化硅功率器件可工作在高频(>20KHz)。

(5)碳化硅功率器件的正反向特性随温度和时间的变化很小，可靠性好。

碳化硅的主要用途

碳化硅主要有四大应用领域，即：功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。碳化硅粗料已能大量供应，不能算高新技术产品，而技术含量极高 的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。

碳化硅的主要用途：用于3-12英寸单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等线切割。太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。

用于半导体、避雷针、电路元件、高温应用、紫外光侦检器、结构材料、天文、碟刹、离合器、柴油微粒滤清器、细丝高温计、陶瓷薄膜、裁切工具、加热元件、核燃料、珠宝、钢、护具、触媒担体等领域。

碳化硅凭借其优良的物理化学性质获得了广泛的应用，迅速占领了半导体材料市场的半壁江山。随着生产成本的不断下降，优异的性能让碳化硅在功率器件的行业中实现了对硅单质半导体的逐步取代。而面对世界范围内发展空间巨大的碳化硅半导体市场，我国需要尽快提升研发实力，完善碳化硅半导体的发展体系。

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