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碳化硅(SiC),又稱金剛砂。1891年美國人艾契遜(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,便于反應產生的大量氣體及揮發(fā)物從中排除,避免發(fā)生,因為合成IT碳化硅,將會生產約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。
第三代半導體材料,主要代表碳化硅和氮化相對于前兩代半導體材料而言,在高溫、高壓、高頻的工作環(huán)境下有著明顯的優(yōu)勢。
碳化硅早在1842年就被發(fā)現了,直到1955年才開發(fā)出生長碳化硅晶體材料的方法,1987年商業(yè)化生產的的碳化硅才進入市場,21世紀后碳化硅的商業(yè)應用才算鋪開。
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目。具有高飽和電子飄逸速度,制作的元件開關速度大約是硅的3-10倍,高壓條件下能高頻操作,所需的驅動功率小,電路能量損耗低。具有高熱導率,可減少所需的冷卻系統(tǒng),也更適用于高功率場景下的使用,一般的硅半導體器件只能在100℃以下正常運行,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600℃,具有很強的耐熱性。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。
碳化硅的原料有石英砂、石油焦等,又叫金剛砂,化學結構為六方形晶體,通常比重為 3.2,硬度較大,平均為3000kg/mm2。碳化硅具有很多優(yōu)點,如導熱系數高、膨脹系數小、體積小和強度高等。碳化硅涂層被電磁波影響,從而產生感應電流,應電流易受電磁場影響改變方向,同時由于材料的高電阻阻礙,電磁波的能量會變?yōu)闊崃可⑹?,即能量消耗,這樣雷達等電子設備的信號大大減弱,這種現象稱為吸波性能。
不同類型的碳化硅材料具有不同的吸波能力。例如,異形截面的碳化硅與邊界規(guī)則的碳化硅截面具有不同的吸波性能,不同碳化硅的表面曲率不同,其電荷聚集的能力也不同,通常曲率較小則容易聚集電荷。另外,不同厚度的涂層對吸波性能也有不同的影響。
討論
通過試驗可得,碳化硅涂層越薄,吸波能力越低;涂層中所含碳化硅含量越低,吸波能力越低。當涂層厚度與碳化硅含量達到標準時,涂層可承受 250℃高溫。在 150℃環(huán)境中,厚度為 1mm 的碳化硅涂層吸收強度保持在 20dB 左右。
通過對比分析可知,碳化硅涂層的適吸波能力為1mm,碳化硅涂層的多波段吸收可以跨越不同厚度的涂層。隨著碳化硅涂層厚度的減小,涂層吸收峰的峰位逐漸轉為高頻。
在一定范圍內,吸收峰的峰位變化與碳化硅含量成正比,碳化硅含量增加,則吸收峰峰位向高頻移動。相反,涂層厚度與吸收峰的峰位成反比,厚度增加,則吸收峰峰位移向低頻段。當涂層厚度 1mm 時,碳化硅涂層的吸波性能佳。