碳化硅——神奇的“碳+硅”

碳（C）是元素周期表中第六號元素，在生活中比較常見，最早的碳是在木炭中發(fā)現(xiàn)的?，F(xiàn)代碳化學(xué)是由于煤、石油和天然氣等作為燃料而逐漸發(fā)展起來的，并且碳也在有機化學(xué)中也扮演重要角色。碳形成的物質(zhì)性質(zhì)差異很大，自然界硬度最大的物質(zhì)—金剛石，是一種碳單質(zhì)；而另外一種碳單質(zhì)—石墨，質(zhì)地卻是非常柔軟。

硅（Si）與碳處于周期表中的同一列，所以二者化學(xué)性質(zhì)也相似。硅在自然界中主要以硅酸鹽或二氧化硅的形式存在，儲量豐富，地殼中的含量僅次于氧，排名第二。提取到純度99%以上的硅單質(zhì)開創(chuàng)了“信息時代”，硅制成的集成電路與晶體管等半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)大大加速了信息化的進(jìn)程，而二氧化硅制造的光纖更是將世界連接了一起。

碳加硅會形成一種新的化合物——碳化硅（SiC），俗稱金剛砂。碳化硅在自然界中很罕見，天然碳化硅晶體一般被稱為莫桑石，1893年法國化學(xué)家亨利·莫瓦桑首先發(fā)現(xiàn)而命名。那這種物質(zhì)有什么獨特之處嗎？

（還記得高中學(xué)過的硬度表嗎？莫斯以十種礦物的劃痕硬度作為標(biāo)準(zhǔn)，定出十個硬度等級，其中將金剛石的硬度定為10，是該標(biāo)準(zhǔn)中最硬的礦石。碳化硅也屬于超硬材料，硬度達(dá)到了9.25，略低于鉆石。）

1893年后，合成的碳化硅粉末開始大規(guī)模生產(chǎn)，用作機械的磨料。由于碳化硅熔點較高，也經(jīng)常被用于高溫、高壓的環(huán)境中。

碳化硅本身夠硬、抗熱！采用碳化硅的器件具有耐高溫、耐高壓、大功率，還可以提高能量轉(zhuǎn)換效率并減小產(chǎn)品體積等特點。

-碳化硅晶片-

碳化硅晶片的應(yīng)用領(lǐng)域

碳化硅（SiC）是一種具有很強商業(yè)性的半導(dǎo)體材料，也是第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)材料，屬于滿足國家戰(zhàn)略需求并符合國民經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展所需要的關(guān)鍵材料。

-碳化硅反射鏡-

碳化硅晶片是以高純硅粉和高純碳粉作為原材料，采用物理氣相傳輸法（PVT）生長碳化硅單晶，再在襯底上使用化學(xué)氣相沉積法（CVD法）等生成外延片，最后制成相關(guān)器件。具體分為兩種：

1、導(dǎo)電型碳化硅晶片

在導(dǎo)電型碳化硅襯底上生長碳化硅外延層制得碳化硅外延片，可進(jìn)一步制成功率器件，應(yīng)用于新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域。

2、半絕緣型碳化硅晶片

在半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層制得碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）外延片，可進(jìn)一步制成微波射頻器件，應(yīng)用于5G通訊、雷達(dá)等領(lǐng)域。

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