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第三代半導(dǎo)體材料,主要代表碳化硅和氮化相對于前兩代半導(dǎo)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(xiàn)了,直到1955年才開發(fā)出生長高品質(zhì)碳化硅晶體材料的方法,1987年商業(yè)化生產(chǎn)的的碳化硅才進入市場,21世紀(jì)后碳化硅的商業(yè)應(yīng)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(shù)目。具有高飽和電子飄逸速度,制作的元件開關(guān)速度大約是硅的3-10倍,高壓條件下能高頻操作,所需的驅(qū)動功率小,電路能量損耗低。具有高熱導(dǎo)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(dǎo)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。
在航空領(lǐng)域的應(yīng)用
碳化硅制作成碳化硅纖維,碳化硅纖維主要用作耐高溫材料和增強材料,耐高溫材料包括熱屏蔽材料、耐高溫輸送帶、過濾高溫氣體或熔融金屬的濾布等。用做增強材料時,常與碳纖維或玻璃纖維合用,以增強金屬(如鋁)和陶瓷為主,如做成噴氣式飛機的剎車片、發(fā)動機葉片、著陸齒輪箱和機身結(jié)構(gòu)材料等,還可用做體育用品,其短切纖維則可用做高溫爐材等。
碳化硅粗料已能大量供應(yīng),但是技術(shù)含量極高 的納米級碳化硅粉體的應(yīng)用短時間不可能形成規(guī)模經(jīng)濟。碳化硅晶片在我國研發(fā)尚屬起步階段,碳化硅晶片在國內(nèi)的應(yīng)用較少,碳化硅材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展缺乏下游應(yīng)用企業(yè)的支撐。就人才培養(yǎng)和技術(shù)研發(fā)等開展密切合作;加強企業(yè)間的交流,尤其要積極參加國際交流活動,提升企業(yè)發(fā)展水平;關(guān)注企業(yè)品牌建設(shè),努力打造企業(yè)的拳頭產(chǎn)品等。
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(dāng)涂層厚度與碳化硅含量達到標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)為高頻。
在一定范圍內(nèi),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(dāng)涂層厚度 1mm 時,碳化硅涂層的吸波性能佳。