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發布時間:2021-08-26 11:55  
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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、高頻的工作環境下有著明顯的優勢。
碳化硅早在1842年就被發現了,直到1955年才開發出生長碳化硅晶體材料的方法,1987年商業化生產的的碳化硅才進入市場,21世紀后碳化硅的商業應用才算鋪開。
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,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。

(二)制品制造工藝
單純用α-SiC制造制品,由于其硬度較大,將其磨成微米級細粉相當困難,而且顆粒呈板狀或針狀,用它壓成的坯體,即使在加熱到它的分解溫度附近,也不會發生明顯的收縮,難以燒結,制品的致密化程度低,能力也差。因此,在工業生產制品時,在α-SiC中加入少量的顆粒呈球形的β-SiC細粉和采用添加物的辦法來獲得致密制品。作為制品結合劑的添加物,按種類可分為氧化物、氮化物、石墨等多種,如粘土、氧化鋁、鋯英石、莫來石、石灰、玻璃、氮化硅、氧氮化硅、石墨等。成型粘結劑溶液可用羧纖維素、聚乙烯醇、木質素、淀粉、氧化鋁溶膠、二氧化硅溶膠等其中的一種或幾種。

硅化可在普通大氣壓的碳管爐內進行,硅化溫度必須大于2000℃。如果在66.65MPa的真空爐中進行,則硅化溫度可降到1500~1600℃。產生硅蒸氣所用的硅粉顆粒尺寸為0.991~4.699mm。在大氣壓力下硅化時,硅粉可裝在石墨坩堝里。在真空下硅化時,則應裝在氮化硼(BN)坩堝里,因為此時硅會滲入石墨中并作用形成碳化硅而使石墨坩堝,而氮化硼與硅不潤濕。硅化所需的時間依據硅化的溫度及在該溫度下的硅的揮發量的不同而變化。在硅化完成后,坩堝內通常不應該再有硅殘留而都蒸發了。由于蒸發而附著在制品表面上的硅可用熱的處理除去。自結合碳化硅制品的強度為一般碳化硅制品的7~10倍,且能力提高了。

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,電磁波的能量會變為熱量散失,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。
