。蓝宝石(Al2O3),硅 (Si),碳化硅(SiC)LED衬底材料的选用比较)
?1、蓝宝石（Al2O3）,硅(Si),碳化硅（SiC）LED衬底材料的选用
比较
?通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。
?蓝宝石衬底有许多的优点：
首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；
其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；
最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。
因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。图1示例了使用蓝宝石衬底做成的LED 芯片。
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图1 蓝宝石作为衬底的LED芯片[/url]
使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极（如图1所示）。在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的
方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极一般要吸收约30%~40%的光，同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产成本。
蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400nm减到100nm左右）。添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。
蓝宝石的导热性能不是很好（在100℃约为25W/（m·K））。因此在使用LED器件时，会传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素。为了克服以上困难，很多人试图将GaN光电器件直接生长在硅衬底上，从而改善导热和导电性能。
硅衬底
目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（Laterial-contact ,水平接触）和V接触（Vertical-contact，垂直接触），以下简称为L型电极和V型电极。通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率。因为硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。
碳化硅衬底
碳化硅衬底（美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。采用碳化硅衬底的LED芯片如图2所示。
图2 采用蓝宝石衬底与碳化硅衬底的LED芯片[/url]
碳化硅衬底的导热性能（碳化硅的导热系数为490W/(m·K)）要比蓝宝石衬底高出10倍以上。蓝宝石本身是热的不良导体，并且在制作器件时底部需要使用银胶固晶，这种银胶的传热性能也很差。使用碳化硅衬底的芯片电极为L型，两个电极分布在器件的表面和底部，所产生的热量可以通过电极直接导出；同时这种衬底不需要电流扩散层，因此光不会被电流扩散层的材料吸收，这样又提高了出光效率。但是相对于蓝宝石衬底而言，碳化硅制造成本较高，实现其商业化还需要降低相应的成本。
三种衬底的性能比较
前面的内容介绍的就是制作LED芯片常用的三种衬底材料。这三种衬底材料的综合性能比较可参见表1。
除了以上三种常用的衬底材料之外，还有GaAS、AlN、ZnO等材料也可作为衬底，通常根据设计的需要选择使用。
衬底材料的评价
1．衬底与外延膜的结构匹配：外延材料与衬底材料的晶体结构相同或相近、晶格常数失配小、结晶性能好、缺陷密度低；
2．衬底与外延膜的热膨胀系数匹配：热膨胀系数的匹配非常重要，外延膜与衬底材料在热膨胀系数上相差过大不仅可能使外延膜质量下降，还会在器件工作过程中，由于发热而造成器件的损坏；
3．衬底与外延膜的化学稳定性匹配：衬底材料要有好的化学稳定性，在外延生长的温度和气氛中不易分解和腐蚀，不能因为与外延膜的化学反应使外延膜质量下降；
4．材料制备的难易程度及成本的高低：考虑到产业化发展的需要，衬底材料的制备要求简洁，成本不宜很高。衬底尺寸一般不小于2英寸。
当前用于GaN基LED的衬底材料比较多，但是能用于商品化的衬底目前只有两种，即蓝宝石和碳化硅衬底。其它诸如GaN、Si、ZnO衬底还处于研发阶段，离产业化还有一段距离。
氮化镓：
用于GaN生长的最理想衬底是GaN单晶材料，可以大大提高外延膜的晶体质量，降低位错密度，提高器件工作寿命，提高发光效率，提高器件工作电流密度。但是制备GaN体单晶非常困难，到目前为止还未有行之有效的办法。
氧化锌：
ZnO之所以能成为GaN外延的候选衬底，是因为两者具有非常惊人的相似之处。两者晶体结构相同、晶格识别度非常小，禁带宽度接近（能带不连续值小，接触势垒小）。但是，ZnO作为GaN外延衬底的致命弱点是在GaN外延生长的温度和气氛中易分解和腐蚀。目前，ZnO半导体材料尚不能用来制造光电子器件或高温电子器件，主要是材料质量达不到器件水平和P型掺杂问题没有得到真正解决，适合ZnO基半导体材料生长的设备尚未研制成功。
蓝宝石：
用于GaN生长最普遍的衬底是Al2O3。其优点是化学稳定性好，不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟。导热性差虽然在器件小电流工作中没有暴露明显不足，却在功率型器件大电流工作下问题十分突出。
碳化硅：
SiC作为衬底材料应用的广泛程度仅次于蓝宝石，目前还没有第三种衬底用于GaN LED的商业化生产。SiC衬底有化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光等，但不足方面也很突出，如价格太高，晶体质量难以达到Al2O3和Si那么好、机械加工性能比较差，另外，SiC衬底吸收380纳米以下的紫外光，不适合用来研发380纳米以下的紫外LED。由于SiC衬底有益的导电性能和导热性能，可以较好地解决功率型GaN LED器件的散热问题，故在半导体照明技术领域占重要地位。
同蓝宝石相比，SiC与GaN外延膜的晶格匹配得到改善。此外，SiC具有蓝色发光特性，而且为低阻材料，可以制作
碳化硅是什么材料
硅： 硅（台湾、香港称矽xī）是一种化学元素，化学符号是Si，旧称矽。原子序数14，相对原子质量28.0855，有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上第三周期，IVA族的类金属元素。 硅也是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的26.4%，仅次于第一位的氧（49.4%）。 碳化硅： 碳化硅又名碳硅石、金刚砂，是一种无机物，化学式为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。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。 物质品质： 碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种，都属α-SiC。 ①黑碳化硅含SiC约95%，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。②绿碳化硅含SiC约97%以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。 品质规格：
①磨料级碳化硅技术条件按GB/T2480—96。各牌号的化学成分由表6-6-47和表6-6-48给出。 ②磨料粒度及其组成、磨料粒度组成测定方法：按GB/T2481.2-2009。 GB/T 9258.1-2000|涂附磨具用磨料粒度分析第1部分：粒度组成 GB/T 9258.2-2008|涂附磨具用磨料粒度分析第2部分：粗磨粒P12～P220粒度组成的测定
。蓝宝石(Al2O3),硅 (Si),碳化硅(SiC)LED衬底材料的选用比较)
?1、蓝宝石（Al2O3）,硅(Si),碳化硅（SiC）LED衬底材料的选用 比较 ?通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。 ?蓝宝石衬底有许多的优点： 首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好； 其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中； 最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。 因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。图1示例了使用蓝宝石衬底做成的LED 芯片。 ? 图1 蓝宝石作为衬底的LED芯片[/url] 使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极（如图1所示）。在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的
方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极一般要吸收约30%~40%的光，同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产成本。 蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400nm减到100nm左右）。添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。 蓝宝石的导热性能不是很好（在100℃约为25W/（m·K））。因此在使用LED器件时，会传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素。为了克服以上困难，很多人试图将GaN光电器件直接生长在硅衬底上，从而改善导热和导电性能。 硅衬底 目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（Laterial-contact ,水平接触）和V接触（Vertical-contact，垂直接触），以下简称为L型电极和V型电极。通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率。因为硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。 碳化硅衬底 碳化硅衬底（美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。采用碳化硅衬底的LED芯片如图2所示。 图2 采用蓝宝石衬底与碳化硅衬底的LED芯片[/url]
SiC晶体生长工艺装备
SiC晶体生长工艺装备 一、SiC晶体生长工艺装备发展现状 由于SiC具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和浓度、化学性能稳定、高硬度、抗磨损等特点，使得它在军用和航天领域的高温、高频、大功率光电器件方面具有优越的应用价值。具体来看，其导热性能是Si材料的3倍以上；在相同反压下，SiC材料的击穿电场强度比Si高10倍，而内阻仅是Si片的百分之一。SiC器件的工作温度可以达到600℃，而一般的Si器件最多能坚持到150℃。因为这些特性，SiC可以用来制造各种耐高温的高频大功率器件，应用于Si器件难以胜任的场合。 目前SIC半导体材料发展十分迅速，总的发展趋势是晶体大直径、大尺寸化，向高纯无缺陷发展。6H和4H单晶片实现了商品化，3英寸（直径≥76.2mm）是主流产品，4英寸也有少量供应。4H-SiC 上的微管缺陷密度显著减小，n型4H-SiC的极低微管缺陷晶片上微管密度可接近0cm-2。 SiC材料的生长需要特殊的工艺装备。目前这些工艺装备的技术主要掌握在美日欧三方手中。这些发达国家和地区已对SiC 生长设备进行了持续的研究，积累了宝贵的经验。特别是美国，技术最成熟，凭借着先进的技术，不断研制基于SiC基的新军事电子产品，目前在航空、航天、军舰、卫星、深海等方面都得到了实际的应用，得以使其继续在全球军事电子领域保持领先地位。欧盟和日本也紧随其后，投入大量的人力和财力进行追赶。
美国Cree公司是世界上能够商业化提供SiC 产品最大的公司，占全球市场90%以上，其在工艺装备方面的技术先进、成熟稳定，领先世界水平，但受政策影响，技术处于绝对保密之中。 欧洲SiC晶体生长工艺装备的设备制造商集中在德国、瑞典和英国，目前主要生产以3“直径为主的工艺装备，但为了追赶世界先进水平，已开始进行4” SiC晶圆工艺装备的研发。 无论是美国、欧洲还是日本，其晶体生长工艺装备都是军方在三代半导体方面要重点发展的方向之一，长期得到国家的支持和投入，如美国海军、陆军、空军、美国国家航空航天局（NASA ）、弹道导弹防卫局和国防预研局、几乎美国国防部所有部门都将SiC技术研究列入了各自军事系统发展规划。其中SiC晶体生长工艺装备是重要的组成部分，美军正是凭借其在碳化硅装备方面的强大实力，在军事电子方面继续拉大与其他国家的距离。 国内碳化硅研究始于2000年前后，基本都是在Si晶圆研究的基础上进行一些理论性的研究，工艺装备也是在原有的Si晶圆的工艺装备基础上进行了部分改造，研究进展缓慢，装备的缺乏已成为国内SiC项目研究的瓶径。近些年有些研究机构通过各种渠道引进了部分国外发达国家的工艺装备，但价格高昂，所引进设备的技术也不属于前沿技术，并且在引进过程中，对引进单位也有条款上的种种制约，限制了SiC项目在国内的研究。尽管起步早，但目前研究水平还处于初级阶段。 总之，国内SIC项目的研究以进口晶片为主，昂贵的晶片价格，
碳化硅工艺过程
生产技术 一、生产工艺 1.碳化硅 原理：通过石英砂、石油胶和木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成,主要反应机理是SiO2+3C----SiC+2CO。 碳化硅电阻炉制炼工艺：炉料装在间歇式电阻炉内，电阻炉两端端墙，近中心处是石墨电极。炉芯体连接于两电极之间。炉芯周围装的是参加反应的炉料，外部则是保温料。冶炼时，给电炉供电，炉芯温度上升，达到2600～2700℃。电热通过炉芯表面传给炉料，使之逐渐加热，达到1450℃以上时，即发尘化学反应，生成碳化硅，并逸出一氧化碳。随着时间的推移，炉料高温范围不断扩大，形成碳化硅愈来愈多。碳化硅在炉内不断形成，蒸发移动，晶体长大，聚集成为—个圆筒形的结晶筒。结晶筒的内壁因受高温，超过2600℃的部分就开始分解。分解出的硅又与炉料中的碳结合而成为新的碳化硅。 破碎：把碳化硅砂破碎为微粉，国内目前采用两种方法，一种是间歇的湿式球磨机破碎，一种是用气流粉末磨粉机破碎。我公司已由气流粉末磨碎机代替湿式球磨机破碎。 湿式球磨机破碎时用是用湿式球磨机将碳化硅砂磨成微粉原料，每次需磨6-8小时。所磨出的微粉原料中，微粉约占60％左右。磨的时间越长，则微粉所占的比例越大。但过粉碎也越严重，回收率就会下降。具体的时间，应该与球磨比、球径给配、料浆浓度等工艺参数一起经实验优选确定。该方法最大的优点就是设备简单，缺点是破碎效率较低，后续工序较复杂。
雷蒙磨粉机工作原理是：颚式破碎机将大块物料破碎到所需的粒度后，由提升机将物料输送到储料仓，然后由电磁振动给料机均匀连续地送到主机的磨腔内，由于旋转时离心力作用，磨辊向外摆动，紧压于磨环，铲刀与磨辊同转过程中把物料铲起抛入磨辊与辊环之间，形成填料层，物料在磨辊与磨环之间进行研磨。粉磨后的粉子随风机气流带到分级机进行分选，不合要求的粉子被叶片抛向外壁与气流脱离，粗大颗粒在重力的作用F落入磨腔进行重磨，达到细度要求的细粉随气流经管道进入大旋风收集器，进行分离收集，再经卸料器排出即为成品粉子，气流由大旋风收集器上端回风管吸入鼓风机。在磨腔内因被磨物料中有—定的水分，研磨时发热，水气蒸发，以及各管道接口不严密，外界气体被吸入，使循环风量增高，为保证磨机在负压吠态下工作，增加的气流通过余风管排入除尘器，被净化后排入大气。整个气流系统是密闭循环的，并且是在正负压状态下循环流动的。该法最大的优点是效率较高。而且后续工序较简单。 2、碳化硅微粉 （一）、碳化硅微粉的生产
碳化硅电子器件发展分析报告
碳化硅电力电子器件的发展现状分析 目录 1.SiC器件的材料与制造工艺 (2) 1.1 SiC单晶 (2) 1.2 SiC外延 (3) 1.3 SiC器件工艺 (4) 2. SiC二极管实现产业化 (5) 3. SiC JFET器件的产业化发展 (7) 4. SiC MOSFET器件实用化取得突破 (7) 5. SiC IGBT器件 (8) 6. SiC功率双极器件 (9) 7. SiC 功率模块 (10) 8. 国内的发展现状 (11) 9. SiC电力电子器件面对的挑战 (11) 9.1 芯片制造成本过高 (11) 9.2 材料缺陷多，单个芯片电流小 (12) 9.3 器件封装材料与技术有待提高 (12) 10. 小结 (12)
在过去的十五到二十年中，碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就，所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件，并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化，在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件，并初步展现出其巨大的潜力。碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC器件被开发出来。SiC器件主要包括二极管和开关管。SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN 型二极管。SiC开关管的种类较多，具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管（MOSFET）、结型场效应开关管（JFET）、绝缘栅双极开关管（IGBT）三种。 1.SiC器件的材料与制造工艺 1.1 SiC单晶 碳化硅早在1842年就被发现了，但直到1955年，飞利浦（荷兰）实验室的Lely 才开发出生长高品质碳化硅晶体材料的方法。到了1987年，商业化生产的SiC衬底进入市场，进入21世纪后，SiC衬底的商业应用才算全面铺开。碳化硅分为立方相（闪锌矿结构）、六方相（纤锌矿结构）和菱方相3大类共260多种结构，目前只有六方相中的4H-SiC、6H-SiC才有商业价值，美国科锐（Cree）等公司已经批量生产这类衬底。立方相（3C-SiC）还不能获得有商业价值的成品。 SiC单晶生长经历了3个阶段, 即Acheson法、Lely法、改良Lely法。利用SiC 高温升华分解这一特性，可采用升华法即Lely法来生长SiC晶体。升华法是目前商业生产SiC单晶最常用的方法，它是把SiC粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气体（氩气）环境温度为2 500℃的条件下进行升华生长，可以生成片状SiC晶体。由于Lely法为自发成核生长方法，不容易控制所生长SiC晶体的晶型，且得到的晶体尺寸很小，后来又出现了改良的Lely法。改良的Lely法也被称为采用籽晶的升华法或物理气相输运法 (简称PVT法)。PVT法的优点在于：采用 SiC籽晶控制所生长晶体的晶型，克服了Lely法自发成核生长的缺点，可得到单一晶型的SiC单晶，且可生长较大尺寸的SiC单晶。国际上基本上采用PVT法制备碳化硅单晶。目前能提供4H-SiC晶片的企业主要集中在欧美和日本。其中Cree产量占全球市场的85%以上，占领着SiC晶体生长及相关器件制作研究的前沿。目前，Cree的6英寸SiC晶片已经商品化,可以小批量供货。此外，国内外还有一些初具规模的SiC晶片供应商，年销售量在1万片上下。Cree生产的SiC晶片有80%以上是自己消化的，用于LED衬底材料，所以Cree是全球
碳化硅工艺过程简述
碳化硅磨料通常以石英、石油焦炭为主要原料。它们在备料工序中经过机械加工，成为 合适的粒度，然后按照化学计算，混合成为炉料。磨料调节炉料的透气性，在配炉料时要加适量的木屑。制炼绿碳化硅时，炉料中还要加适量的食盐。 炉料装在间歇式电阻炉内。电阻炉两端是端墙，近中心处有石墨电极。炉芯体即连于两电极之间。炉芯周围装的是参加反应的炉料，外部则是保温料。制炼时，电炉供电，炉芯体温度上升，达到2600~2700℃。电热通过炉芯表面传给炉料，使之逐渐加热，达到1450℃以上时，即发生化学反应，生成碳化硅，并逸出一氧化碳。随着时间的推移，炉料高温范围不断扩大，形成的碳化硅也越来越多。它在炉内不断形成，蒸发移动，结晶长大，聚集成为一个圆筒形的结晶筒。结晶筒的内壁因受高温，超过2600℃的部分就开始分解。分解出的硅又与炉料中的碳结合而成为新的碳化硅。炉自送电初期，电热主要部分用于加热炉料，而用以形成碳化硅的热量只是较少的一部分。送电中期，形成碳化硅所用的热量所占比例较大。送电后期，热损失占主要部分。调整送电功率与时间的关系，优选出最有利的停电时间，以期获得最好的电热利用率。大功率电阻炉通常选择送电时间在24小时左右，以利作业安排。在此基础上，调整电炉功率与炉子规格的关系。 电阻炉送电过程中，除了形成碳化硅这一基本反应外，炉料中各种杂质也发生一系列化学的和物理的变化，并发生位移。食盐亦然。炉料在制炼过程中不断减少，炉料表面变形下沉。反应所形成的一氧化碳则弥漫于大气中，成为污染周围大气的有害成分。 停电后，反应过程基本结束。但由于炉子很大，蓄热量就很大，一时冷却不了，炉内温度还足以引起化学反应，因此，炉表面仍继续有少量一氧化碳逸出。对于大功率电炉来说，延续的残余反应可达3~4小时。这时的反应比起送电时的反应来说，是微不足道的。但因为当时 炉表面温度已经下降，一氧化碳燃烧更不彻底。从劳动保护角度来说，仍应予以足够重视。停电后经过一段时间冷却，就可以拆除炉墙，然后逐步取出炉内各种物料。 制炼后炉内的物料，从外到里，构成下列各物层： （1）未经反应的物料 这部分炉料在制炼时未达到反应温度，因而不起反应，只起保温作用，它在炉中所占的位置叫保温带。保温带炉料与反应带炉料的配制方法、制炼后该部位炉料的利用方法不尽相同。有一种工艺方法，在保温带的特定区域内装炉时装以新料，制炼后取出配到反应料中去，这就叫做焙烧料。若将保温带上未反应的料经再生处理，稍加焦炭及适量木屑，配制成保温料重新利用，就称之为乏料。 （2）氧碳化硅层
纳米碳化硅材料
纳米碳化硅材料 摘要：本文主要讨论的是关于纳米碳化硅材料的结构、性能及其应用，主要在其 光学性质、力学性质等方面对其进行讨论。 关键词：纳米碳化硅光学性质力学性质 1. 引言 SiC纳米材料具有高的禁带宽度，高的临界击穿电场和热导率，小的介电常 数和较高的电子饱和迁移率，以及抗辐射能力强，机械性能好等特性，成为制作 高频、大功率、低能耗、耐高温和抗辐射器件的电子和光电子器件的理想材料。 SiC 纳米线表现出的室温光致发光性，使其成为制造蓝光发光二极管和激光二极 管的理想材料。近年来的研究表明：微米级SiC晶须已被应用于增强陶瓷基、金 属基和聚合物基复合材料，这些复合材料均表现出良好的机械性能，可以想象用 强度硬度更高及长径比更大的SiC 一维纳米材料作为复合材料的增强相，将会 使其性能得到进一步增强。随着研究的深入，研究者还发现一维SiC纳米结构在 储氢、光催化和传感等领域都有广泛的应用前景。 2. 纳米碳化硅结构 碳化硅（SiC）俗称金刚砂，又称碳硅石是一种典型的共价键结合的化合物， 自然界几乎不存在。碳化硅晶格的基本结构单元是相互穿插的SiC4和CSi4四面 体。四面体共边形成平面层，并以顶点与下一叠层四面体相连形成三维结构。SiC 具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立 方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为 工业应用上最为普遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着一定的热稳定性关 系。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。当高于1600℃时，β－SiC 缓慢转变成α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H 多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃， 也是非常稳定的。下面是三种SiC多形体结构图
三种衬底材料比较
对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。目前市面上一般有三种材料可作为衬底： ·蓝宝石（Al2O3） ·硅 (Si) 碳化硅（SiC） 蓝宝石衬底 通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。图1示例了使用蓝宝石衬底做成的LED芯片。
图1 蓝宝 石作为衬底的LED芯片[/url] 使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极（如图1所示）。在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极一般要吸收约30%~40%的光，同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产成本。 蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400nm减到100nm左右）。添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。 蓝宝石的导热性能不是很好（在100℃约为25W/（m·K））。因此在使用LED器件时，会传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素。为了克服以上困难，很多人试图将GaN光电器件直接生长在硅衬底上，从而改善导热和导电性能。 硅衬底 目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（Laterial-contact ,水平接触）和 V接触（Vertical-contact，垂直接触），以下简称为L型电极和V型电极。通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率。因为硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。 碳化硅衬底 碳化硅衬底（美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。采用碳化硅衬底的LED芯片如图2所示。
第三代半导体材料碳化硅
第三代半导体材料碳化硅 一、第三代半导体发展简述 半导体产业的基石是芯片。制作芯片的核心材料按照历史进程分为三代：第一代半导体材料（主要为目前广泛使用的高纯度硅）、第二代化合物半导体材料（砷化镓、磷化铟）、第三代化合物半导体材料（碳化硅、氮化镓）。 第三代半导体材料也称为禁带半导体材料，是指禁带宽度在2.3eV（电子伏特）及以上的半导体材料（硅的禁带宽度为1.12eV），其中较为典型的和成熟的包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等，其余包括氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）等的研究尚处于起步阶段。 第三代半导体材料在禁带宽度、热导率、介电常数、电子漂移速度方面的特性使其适合制作高频、高功率、高温、抗辐射、高密度集成电路；其在禁带宽度方面的特性使其适合制作发光器件或光探测器等。 5G基站射频器件对高频材料的需求，以及功率器件正向着大功率化、高频化、集成化方向发展的趋势凸显出了第三代半导体材料的重要性及广阔前景。而该领域基本由美日企业主导，我国相对薄弱，研发仍主要集中于军工领域。 国家战略新兴产业政策中多次提到以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体器件，随着国内多家企业开始重视该领
域，积极布局相关项目，我国的第三代半导体材料及器件有望实现较快发展。 二、第三代半导体---碳化硅概述 碳化硅是第三代化合物半导体材料的，具有优越的物理性能：高禁带宽度（对应高击穿电场和高功率密度）、高电导率、高热导率。 半导体芯片分为集成电路和分立器件，但不论是集成电路还是分立器件，基本结构都可以划分为“衬底—外延—器件”结构。碳化硅在半导体中存在的主要形式是作为衬底材料。 图：碳化硅晶片产业链
关于烧结碳化硅的分类_烧结碳化硅工艺说明
关于烧结碳化硅的分类_烧结碳化硅工艺说明特陶领域的多数专家认为国内特陶产品质量提升不上去，很大程度与特陶粉体的制备水平有关系。“巧妇难为无米之炊”，当然没有好“米”，也烧不出“好饭”出来。有关于烧结碳化硅的话题，小编今天想跟大家聊一聊。烧结碳化硅有哪些分类呢？看文章吧！ 烧结碳化硅分类： （1）无压烧结 无压烧结被认为是SiC烧结有前途的烧结方法，根据烧结机理的不同，无压烧结又可分为固相烧结和液相烧结。S.Proehazka通过在超细β-SiC粉体（含氧量小于2）中同时加入适量B和C的方法，在2020℃下常压烧结成密度高于98
的SiC烧结体。A.Mulla等以Al2O3和Y2O3为添加剂在1850-1950℃烧结0.5μm的β-SiC(颗粒表面含有少量SiO2)，获得的SiC陶瓷相对密度大于理论密度的95，并且晶粒细小，平均尺寸为1.5μm。 （2）热压烧结 不添加任何烧结助剂，纯SiC只有在极高的温度下才能烧结致密，于是不少人对SiC实行热压烧结工艺。关于添加烧结助剂对SiC进行热压烧结的报道已有许多。Alliegro等研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金属添加物对SiC致密化的影响，发现Al和Fe是促进SiC热压烧结有效的添加剂。https://www.360docs.net/doc/0f322531.html,nge研究了添加不同量Al2O3对热压烧结SiC的性能影响，认为热压烧结致密是靠溶解--再沉淀机理。但是热压烧结工艺只能制备形状简单的SiC部件，而且一次热压烧结过程中所制备的产品数量很小，因此不利于工业化生产。 (3)反应烧结 反应烧结SiC又称自结合SiC, 是由a- SiC粉和石墨粉按一定比列混合压成坯体后,加热到1650℃左右,同时熔渗Si或通过气相Si渗入坯体,使之与石墨起反
纳米碳化硅材料
纳米碳化硅材料 王星 （武汉工业学院化学与环境工程学院湖北武汉430023） 摘要：本文介绍了碳化硅的结构，纳米碳化硅几种常用的制备的方法和它掺杂改性以及应用。虽然SiC纳米材料制备规模小、成本高、工序复杂，近期难以实现大规模生产，但SiC纳米材料性能优于传统的SiC材料，能够达到高新技术领域的严格要求，具有更为广泛的用途，为此，应进一步加大对SiC纳米材料的研究。 关键词：纳米碳化硅掺杂改性应用 1 引言 纳米材料的出现是21世纪材料科学发展的重要标志，它所表现出的强大的科学生命力不仅是因为揭示出科学的深刻物理含义，而更重要的是它所发现的新结构、新现象、新效应源源不断地被用来开发具有新结构、新性能的固体器件，对通讯、微电子等高新技术产生极其深远的影响。SiC纳米材料具有高的禁带宽度，高的临界击穿电场和热导率，小的介电常数和较高的电子饱和迁移率，以及抗辐射能力强，机械性能好等优点，成为制作高频、大工率、低能耗、耐高温和抗辐射器件的电子和光电子器件的理想材料。SiC 纳米线表现出的室温光致发光性，使其成为制造蓝光发光二极管和激光二极管的理想材料。所以，对纳米碳化硅材料的研究具有十分重要的意义。 2碳化硅的结构 碳化硅（SiC）俗称金刚砂，又称碳硅石是一种典型的共价键结合的化合物，自然界几乎不存在。碳化硅晶格的基本结构单元是相互穿插的SiC4和CSi4四面体。四面体共边形成平面层，并以顶点与下一叠层四面体相连形成三维结构。SiC 具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着一定的热稳定性关系。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。当高于1600℃时，β－SiC 缓慢转变成α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H 多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。下面是三种SiC多形体结构图
LED碳化硅衬底基础概要
LED碳化硅衬底基础概要 碳化硅又称金钢砂或耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑 (生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。碳化硅主 要分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显 微硬度为2840～3320kg/mm2。其中：黑碳化硅是以石英砂，石油焦和优质硅 石为主要原料，通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间，机 械强度高于刚玉，性脆而锋利。绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料， 添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之 间，机械强度高于刚玉。 碳化硅的硬度很大，具有优良的导热和导电性能，高温时能抗氧化。可以 作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。还可以作为冶金 去氧剂和耐高温材料。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。并且高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅 纤维。碳化硅(SiC)由于其独特的物理及电子特性，在一些应用上成为最佳的半 导体材料: 短波长光电元件，高温，抗幅射以及高频大功率元件。主要优势如 下： 1. 宽能级(eV)4H-SiC: 3.26 6H-Sic: 3.03 GaAs: 1.43 Si: 1.12 2. 高热传导率(W/cm?K@RT)4H-SiC: 3.0-3.8 6H-SiC: 3.0-3.8 GaAs: 0.5 Si: 1.5 3. 高击穿电场(V/cm)4H-SiC: 2.2x106 6H-SiC: 2.4x106 GaAs: 3x105 Si: 2.5x105 4. 高饱和电子迁移速度(cm/sec @E 2x105V/cm)4H-SiC: 2.0x107 6H-SiC: 2.0x107 GaAs: 1.0x10 Si: 1.0x107 由于碳化硅的宽能级，以其制成的电子元件可在极高温下工作，可以抵受 的电压或电场八倍于硅或砷化鎵，特别适用于制造高压大功率元件如高压二极
碳化硅性能与碳化硅生产工艺
碳化硅性能与碳化硅生产工艺 天然的碳化硅很少，工业上使用的为人工合成原料，俗称金刚砂，是一种典型的共价键结合的化合物。碳化硅是耐火材料领域中最常用的非氧化物耐火原料之一。 （1）碳化硅的性质： 碳化硅主要有两种结晶形态：b-SiC 和 a-SiC。b-SiC 为面心立方闪锌矿型结构，晶格常 数 a=0.4359nm。a-SiC 是 SiC 的高温型结构，属六方晶系，它存在着许多变体。 碳化硅的折射率非常高，在普通光线下为 2.6767~2.6480.各种晶型的碳化硅的密度接近， a-SiC 一般为3.217g/cm3，b-SiC 为 3.215g/cm3.纯碳化硅是无色透明的，工业 SiC 由于含有游离 Fe、Si、C 等杂质而成浅绿色或黑色。绿碳化硅和黑碳化硅的硬度在常温和高温下基本相同。SiC 热膨胀系数不大，在25~1400℃平均热膨胀系数为 4.5×10-6/℃。碳化硅具有很高的热导率，500℃时为 64.4W/ (m·K)。常温下SiC 是一种半导体。 碳化硅具有耐高温、耐磨、抗冲刷、耐腐蚀和质量轻的特点。碳化硅在高温下的氧化是其损害的主要原因。 （2）碳化硅的合成： ①碳化硅的冶炼方法，合成碳化硅所用的原料主要是以 SiO2 为主要成分的脉石低档次的碳化硅可用低灰分的无烟煤为原料。辅助原料为木屑和食盐。 碳化硅有黑、绿两种。冶炼绿碳化硅时要求硅质原料中 SiO2 含量尽可能高，杂质含量尽量低。生产黑碳化硅时，硅质原料中的 SiO2 可稍低些。对石油焦的要求是固定碳含量尽可能高，灰分含量小于 1.2%，挥发分小于 12.0%，石油焦的粒度通常在 2mm 或 1.5mm 以下。木屑用于调整炉料的透气性能，通常的加入量为 3% ~5%（体积）。食盐仅在冶炼绿碳化硅时使用。 硅质原料与石油焦在 2000~2500℃的电阻炉内通过以下反应生成碳化 硅：SiO2+3C→SiC+2CO↑-526.09Kj CO 通过炉料排出。加入食盐可与 Fe、Al 等杂质生成氯化物而挥发掉。木屑使物料形成多孔烧结体，便于CO 气体排出。 碳化硅形成的特点是不通过液相，其过程如下：约从 1700℃开始，硅质原料由砂粒变为熔体，进而变为蒸汽（白烟）；SiO2 熔体和蒸汽钻进碳质材料的气孔，渗入碳的颗粒，发生生成 Sic 的反应；温度升高至1700~1900℃时，生成 b-SiC；温度进一步升高至 1900~2000℃时，细小的 b-SiC 转变为 a-SiC，a-SiC 晶粒逐渐长大和密实；炉温再升至 2500℃左右，SiC 开始分解变为硅蒸汽和石墨。 大规模生产碳化硅所用的方法有艾奇逊法和ESK 法。 艾奇逊法：传统的艾奇逊法电阻炉的外形像一个长方形的槽子，它是有耐火砖砌成的炉床。两组电极穿过炉墙深入炉床之中，专用的石墨粉炉芯体配置在电极之间，提供一条导电通道，
碳化硅生产工艺
碳化硅的生产工艺和投资估算 碳化硅是人工合成的材料，其化学计量成分以克分子计：Si 50%、C 50%以质量计：Si 70.04%、C 29.96%，相对分子质量为40.09。 碳化硅有两种晶形：β-碳化硅类似闪锌矿结构的等轴晶系；α-碳化硅则为晶体排列致密的六方晶系。β-碳化硅约在2100℃转变为α-碳化硅。 碳化硅的物理性能：真密度α型3.22g/cm3、β型3.21g/cm3，莫氏硬度9.2，线膨胀系数为(4.7~5.0)×10-6 /℃，热导率(20℃)41.76W/(m·K)，电阻率(50℃)50Ω·cm，1000℃2Ω·cm，辐射能力0.95~0.98。 碳化硅的合成方法 (一)用二氧化硅和碳（煤）合成碳化硅 工业上合成碳化硅多以石英砂、石油焦（无烟煤）为主要原料，在电炉内温度在2000~2500℃下，通过下列反应式合成： SiO2+3C SiC+2CO -46.8kJ(11.20kcal) 1. 原料性能及要求 各种原料的性能：石英砂，SiO2>99%，无烟煤的挥发分<5%。 2. 合成电炉 大型碳化硅冶炼炉的炉子功率一般为10000kW， 每1kg SiC电耗为6~7kW·h，生产周期升温时为26~36h，冷却24h。 3. 合成工艺 (1) 配料计算： 式中，C为碳含量，SiO2为二氧化硅含量，M=37.5。碳的加入量允许过量5%。炉内配料的重量比见表3。 表1 炉体内各部位装料的配比 一般合成碳化硅的配料见表4。 表2合成碳化硅的配料
在碳化硅的生产过程中，回炉料的要求：包括无定形料、二级料，应满足下列SiC>80%，SiO2+Si<10%，固定碳<5%，杂质<4.3%。 焙烧料的要求：未反应的物料层必须配人一定的焦炭、木屑、食盐后做焙烧料。加入量(以100t计)焦炭0~50kg，木屑30~50L，食盐3%~4%。 保温料的要求：新开炉需要配保温料。焦炭与石英之比为0.6。如用乏料代特应符合如下要求：SiC<25%，SiO2+Si>35%，C 20%，其他<3.5%。 加入食盐的目的是为了排除原料的铁、铝等杂质，加人木屑是便于排除生成的一氧化碳。 (2) 生产操作：采用混料机混料，控制水分为2%~3%，混合后料容重为1.4~1.6g/cm3。 装料顺序是在炉底先铺上一层未反应料，然后添加新配料到一定高度(约炉芯到炉底的二分之一)，在其上面铺一层非晶形料，然后继续加配料至炉芯水平。 炉芯放在配料制成的底盘上，中间略凸起以适应在炉役过程中出现的塌陷。炉芯上部铺放混好的配料，同时也放非晶质料或生产未反应料，炉子装好后形成中间高、两边低（与炉墙平）。 炉子装好后即可通电合成，以电流电压强度来控制反应过程。当炉温升到1500℃时，开始生成β-SiC，从2100℃开始转化成α-SiC，2400℃全部转化成α-SiC。合成时间为26~36h，冷却24h后可以浇水冷却，出炉后分层、分级拣选。破碎后用硫酸酸洗，除掉合成料中的铁、铝、钙、镁等杂质。 工业用碳化硅的合成工艺流程，如图1所示。
碳化硅特性
碳化硅特性 碳化硅是一种人工合成的碳化物，分子式为SiC。通常是由二氧化硅和碳在通电后200 0℃以上的高温下形成的。碳化硅理论密度是3.18g/cm3，其莫氏硬度仅次于金刚石，在9.2 -9.8之间，显微硬度3300kg/mm3，由于它具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，被用于各种耐磨、耐蚀和耐高温的机械零部件，是一种新型的工程陶瓷新材料。纯碳化硅是无色透明的结晶,工业碳化硅有无色、淡黄色、浅绿色、深绿色、浅蓝色、深蓝色乃至黑色的,透明程度依次降低。磨料行业把碳化硅按色泽分为黑色碳化硅和绿色碳化硅2类。其中无色的至深绿色的都归入绿色碳化硅类,浅兰色的至黑色的则归入黑色碳化硅类。黑色和绿色这2种碳化硅的机械性能略有不同,绿色碳化硅较脆,制成的磨具富于自锐性;黑碳化硅较韧。 碳化硅结晶结构是一种典型的共价键结合的化合物，自然界几乎不存在。碳化硅晶格的基本结构单元是相互穿插的SiC4和CSi4四面体。四面体共边形成平面层，并以顶点与下一叠层四面体相连形成三维结构。SiC具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。α-SiC是高温稳定型,β-SiC是低温稳定型。β-SiC在2100～2400℃可转变为α-SiC,β-SiC可在1450℃左右温度下由简单的硅和碳混合物制得。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。当高于1600℃时，β－SiC 缓慢转变成α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。常见的SiC多形体列于下表：
碳化硅电力电子器件的发展现状分析
碳化硅电力电子器件的发展现状分析在过去的十五到二十年中，碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就，所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件，并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化，在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件，并初步展现出其巨大的潜力。碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC器件被开发出来。SiC器件主要包括二极管和开关管。SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN型二极管。SiC开关管的种类较多，具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管(MOSFET)、结型场效应开关管(JFET)、绝缘栅双极开关管(IGBT)三种。 1. SiC二极管实现产业化 SiC电力电子器件中，SiC二极管最先实现产业化。2001年德国Infineon公司率先推出SiC二极管产品，美国Cree和意法半导体等厂商也紧随其后推出了SiC二极管产品。在日本，罗姆、新日本无线及瑞萨电子等投产了SiC二极管。很多企业在开发肖特基势垒二极管(SBD)和JBS结构二极管。目前，SiC二极管已经存在600V~1700V电压等级和50A电流等级的产品。 SiC 肖特基二极管能提供近乎理想的动态性能。做为单子器件，它的工作过程中没有电荷储存，因此它的反向恢复电流仅由它的耗尽层结电容造成，其反向恢复电荷以及其反向恢复损耗比Si超快恢复二极管要低一到两个数量级。更重要的是，和它匹配的开关管的开通损耗也可以得到大幅度减少，因此提高电路的开关频率。另外，它几乎没有正向恢复电压，因而能够立即导通，不存在双极型器件的开通延时现象。在常温下，其正态导通压降和Si
2020年第三代半导体材料碳化硅晶片行业分析报告
2020年第三代半导体材料碳化硅晶片行业分析报告 2020年7月
目录 一、行业主管部门、监管体制、主要法律法规政策 (5) 1、行业主管部门和监管体制 (5) 2、行业主要政策法规 (6) 二、半导体行业概况 (7) 三、第三代半导体材料行业概况 (9) 1、半导体材料概况 (9) 2、第三代半导体衬底材料概况 (11) 四、碳化硅晶片行业概况 (13) 1、碳化硅晶片简介 (13) 2、碳化硅晶片应用及其市场情况 (14) （1）功率器件 (14) ①新能源汽车 (15) ②光伏发电 (15) ③轨道交通 (16) ④智能电网 (17) （2）射频器件 (18) 3、碳化硅晶片市场供给情况 (20) 五、行业发展现状、面临的机遇和未来发展趋势 (21) 1、第三代半导体战略地位得到广泛重视 (21) 2、碳化硅晶片需求旺盛，供给相对不足 (22) 3、碳化硅晶片尺寸持续扩大，6英寸晶片将成为主流 (24) 4、国际碳化硅龙头企业整体领先并加速布局抢占市场份额 (24)
5、国内碳化硅材料企业快速崛起 (25) 6、国内进口替代趋势不可逆转 (26) 六、行业发展面临的挑战 (27) 1、碳化硅晶片技术门槛高 (27) 2、碳化硅晶片制备成本较高 (27) 七、行业主要企业简况 (28) 1、美国CREE公司 (28) 2、美国II-VI公司 (28) 3、德国SiCrystal公司 (28) 4、山东天岳 (28) 5、天科合达 (29)
碳化硅晶片是碳化硅晶体经过切割、研磨、抛光、清洗等工序加工形成的单晶薄片。碳化硅晶片作为半导体衬底材料，经过外延生长、器件制造等环节，可制成碳化硅基功率器件和微波射频器件，是第三代半导体产业发展的重要基础材料。 根据电阻率不同，碳化硅晶片可分为导电型和半绝缘型。其中，导电型碳化硅晶片主要应用于制造耐高温、耐高压的功率器件，市场规模较大；半绝缘型碳化硅衬底主要应用于微波射频器件等领域，随着5G通讯网络的加速建设，市场需求提升较为明显。 晶片尺寸越大，对应晶体的生长与加工技术难度越大，而下游器件的制造效率越高、单位成本越低。目前国际碳化硅晶片厂商主要提供4英寸至6英寸碳化硅晶片，CREE、II-VI等国际龙头企业已开始投资建设8英寸碳化硅晶片生产线。 籽晶是生长晶体的“种子”，主要用于在单晶生长炉中生长碳化硅晶体；晶体主要用于加工为碳化硅晶片，还可用于制造莫桑钻饰品，或被加工设备制造商用于测试切割设备等。 籽晶是用于碳化硅晶体生长的高品质碳化硅晶片，相对于一般的碳化硅晶片，籽晶的结晶品质要求更高、尺寸和厚度较大，其销售价格也相对较高。 碳化硅晶体是生产碳化硅晶片的中间产品，公司生产的碳化硅晶体主要用于加工制成碳化硅晶片后对外销售。根据电阻率不同，公司的碳化硅晶体可分为导电型晶体和半绝缘型晶体。其中，高品质的半绝缘型碳化硅晶体由于近乎无色，且硬度、亮度、火彩等指标接近甚
中国成功研制6英寸碳化硅晶片 年产7万片
中国成功研制6英寸碳化硅晶片年产7万片 半导体开始突破了 从2英寸、3英寸、4英寸到如今的6英寸碳化硅单晶衬底，陈小龙团队花了10多年时间，在国内率先实现了碳化硅单晶衬底自主研发和产业化。据《中国科学报》12日报道，不久前，中国科学院物理研究所研究员陈小龙研究组与北京天科合达蓝光半导体有限公司（以下简称天科合达）合作，解决了6英寸扩径技术和晶片加工技术，成功研制出了6英寸碳化硅单晶衬底。截至2014年3月，天科合达形成了一条年产7万片碳化硅晶片的生产线。 碳化硅作为第三代半导体材料，可用于制作新一代高效节能的电力电子器件，并广泛应用于国民经济的各个领域，如空调、光伏发电、风力发电、高效电动机、混合和纯电动汽车、高速列车、智能电网、超高压输变电等。与使用传统硅器件相比，使用碳化硅半导体电力电子器件可以大大减少电力系统的能量损耗，提高电力使用效率，降低电力系统的尺寸，同时可提高系统运行的可靠性并降低系统整机造价。高效节能碳化硅电力电子器件的普及和应用可以为产业升级、节能减排和建设低碳社会提供技术保障。 据介绍，美国F－22战斗机也大量使用了碳化硅半导体器件。我国碳化硅技术最早也用于军事，现在慢慢扩大到民用方面，一旦普及，将创造巨大的社会效益。
中国科学院物理研究所研究员陈小龙（资料图） 6英寸碳化硅晶体和单晶衬底片 第三代半导体材料 研究人员告诉记者，上世纪五六十年代，硅和锗构成了第一代半导体材料，主要应用于低压、低频、中功率晶体管以及光电探测器中。相比于锗半导体器件，硅材料制造的半导体器件耐高温和抗辐射性能较好。 到了上世纪60年代后期，95%以上的半导体、99%的集成电路都是用硅半导体材料制造的。直到现在，我们使用的半导体产品大多是基于
碳化硅陶瓷生产工艺_碳化硅陶瓷烧结方法
碳化硅陶瓷生产工艺_碳化硅陶瓷烧结方法 21世纪是信息化时代，但很多人都开始了传统的生活，注意养生，比如想要逃离城市，进入乡村，因为乡下的空气好；又比如不再吃大鱼大肉，而是吃起了野菜。那么传统的陶瓷自然也受到人们的喜爱了。碳化硅陶瓷生产工艺是什么，碳化硅陶瓷烧结方法有哪些，碳化硅扰动喷嘴清洗剂哪种好，这就是今天小编带来的问题内容。 碳化硅陶瓷-生产工艺 碳化硅陶瓷主要组成物是SiC，这是一种高强度、高硬度的耐高温陶瓷，在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗弯强度，是目前高温强度高的陶瓷，碳化硅陶瓷还具有良好的导热性、抗氧化性、导电性和高的冲击韧度。是良好的高温结构材料，可用于火箭尾喷管喷嘴、热电偶套管、炉管等高温下工作的部件；利用它的导热性可制作高温下的热交换器材料；利用它的高硬度和耐磨性制作砂轮、磨料等。 SiC具有很高的抗氧化性，因为在体材料的氧化过程中会在氧化界面形成SiO2层，从而阻止了氧化
的进行化学方程式：2SiC+3O2=2SiO2+2CO（好的稳定性就包括化学稳定强和物理稳定性强，化学稳定性强包含抗氧化、 耐腐蚀，物理稳定性主要 指热膨胀系数低、抗弯强 度高、耐高温，不容易受 温差和外部环境影响。） 力学性能 陶瓷材料是工程材料中刚 度好、硬度高的材料，其 硬度大多在1500HV以上。 陶瓷的抗压强度较高，但 抗拉强度较低，塑性和韧 性很差。 热性能 陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有好的化学稳定性；同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。 电性能 陶瓷散热片具有良好的电绝缘性，绝缘阻抗为10GΩ（吉欧） 化学性能 陶瓷材料在高温下不易氧化，因为在体材料的氧化过程中会在氧化界面形成SiO2层，从而阻止了氧化的进行。化学方程式：2SiC+3O2=2SiO2+2CO，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。碳化硅扰动喷嘴-清洗剂如何选择 1、碳化硅喷嘴清洗剂应不产生影响清洁过程及现场卫生的泡沫和异味。 2、清洗剂清洁污垢的速度要快要彻底。