什么是SiC？

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　　SiC的产业应用

　　採用SiC材料研製的元件种类很多，以下介绍其应用之概况。

　　（1）高温和高功率半导体元件

　　SiC材料的能带和高温稳定性使得它在电感器厂家高温半导体元件方面有无可比拟的优势。採用SiC材料製成的MESFET、MOSFET、JFET、BJT等元件的工作温度可达500℃以上，提供工作于极端环境下的电子系统，在电感生产军用武器系统、航空航太、石油地质勘探等领域应用广泛。

　大功率电感贴片电感器　（2）微波及高频半导体元件

　　由于碳化硅具有较高的饱和电子速度以及高临界击穿场强，是良好的微波和高频元件材料。已製成fmax达42GHz以上的SiC MESFET。加之高工作温度和高热导率，在军用相控阵雷达、通信广播系统中有明显的优势。美国已将其应用于新研製的 HDTV数位广播系统之中。

　　（3）短波长发光元件

　　6H-SiC和3C-SiC的能隙宽度为2．9eV和2．2eV，分别处于蓝、绿光等短波长发光波段，其中高亮度蓝光LED尤其重要，是实现全彩色大面积显示的关健，具有极大的市场，已实现了碳化硅蓝、绿光LED的批量生产。

　　（4）紫外光敏二极体

　　美国GE公司採用碳化硅材料实现了可在各种发动机内部工作的紫外光敏二极体功率电感，用于监测汽车、飞机、火箭等发动机的燃烧工作状态，并与碳化硅高温积体电路一起构成闭环控制，显着提高发动机工作效率，节约能源，减少污染 。

　　（5）蓝色镭射二极体

　　利用碳化硅的结构特性，已研製出了可发蓝光的镭射二极体，它将极大提高高密度资料存储的技术水準、并在未来生物化学战场的探测方面发挥不可缺少的作用。

　　碳化硅的应用领域广泛，如果碳化硅元件普及，电力转换类器件将会发生巨大变化。 包含了上述提及的混合动力等电动汽车、空调等白色家电，而且还涉及太阳能发电、风力发电、燃料电池等分散电源系统、产业设备以及通用变频器装置和通用开关电源等如图一所示。 在这些领域，电力转换类器件一般使用快恢復二极体（FRD）作为耐压600V以上电感器参数的二极体，电晶体使用IGBT注2）。如果将这些元件换成SiC肖特基势垒二极体（SBD）及MOSFET，便可将电力转换类器件的电力损失降至一半左右。正在开发碳化硅元件的叁菱电机表示，有时可最大减少70％。塬因是使用碳化硅元件的二极体及MOSFET可降低导通损失和开关损失。损失降低后发热量就会减少，由此有可实现电力转换类器件的小型化。因此，在日本方面，包含本田、东芝、叁菱、日产等许多大产纷纷投入功率元件的开发及应用，装备在其旗下产品的马达、油电混混和车辆、变频器控制等应用http://www.szfpc.net/大功率电感。

　　图一 SiC元件在功率电子产品的应用。（资料来源：Yole developpment）

　　SiC材料特性及制备方法

　　碳化硅是一种Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体材料，具有多种同素异构类型。其典型结构可分为两类，一类是闪锌矿结构的立方碳化硅晶功率电感器型，称为3C-SiC或β-SiC，这里3指的是週期性次序中面的数目；另一类是六角型或菱形结构的大週期结构其中典型的有6H-SiC、4H-SiC、15R-SiC等，统称为α-SiC。

　　一般来说，基本的SiC的晶体是四颗碳塬子和一颗硅塬子交替以sp3所键结而成的四角型晶体，如图二所示，碳塬子和碳塬子之间的键结距离为3.08 A，碳塬子和硅塬子之间的键结距离为1.89 A。依各种不同塬子堆叠方式，会有不同的SiC晶体型态，目前已知的型态就高达170种晶体型态。不同晶体型态的碳化硅其性质也有所不同，如前述的3C、6H、4H、15R，C表示立方体（cubic）结构，H表示六角型（hexagonal）结构，R表示菱形六面体（rhombohedron），数字表示堆叠的週期排列个数。图叁显示各种不同的碳化硅晶体型态堆叠的方式，3C是以ABC的顺序堆叠而成，4H-SiC和6H-SiC则分别以ABCB和ABCACB的不同顺序堆叠而成。

　　图二 SiC单位晶体结构