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碳化硅（如何制造，有什么用，應用）
Release Time：2021-06-24碳化硅如何制造
最簡單的碳化硅制造方法是在2500攝氏度的高溫下熔化硅砂和碳，比如煤。碳化硅的顏色更深、更常見的版本通常包括鐵和碳雜質，但純碳化硅晶體是無色的，當碳化硅在2700攝氏度升華時才會形成。一旦加熱，這些晶體在較低的溫度下沉積在石墨上，這一過程被稱為Lely方法。
※Lely方法：在這一過程中，花崗巖坩堝加熱到非常高的溫度，通常通過感應，升華碳化硅粉末。一個溫度較低的石墨棒懸浮在氣體混合物中，這本質上允許純碳化硅沉積并形成晶體。
※化學氣相沉積：或者，制造商使用化學氣相沉積生長立方碳化硅，這通常用于碳基合成工藝和半導體工業。在這種方法中，一種特殊的化學混合氣體進入真空環境，在沉積到基材上之前進行混合。
這兩種碳化硅晶圓生產方法的成功都需要大量的能源、設備和知識。
碳化硅有什么用？
歷史上，制造商在高溫環境中使用碳化硅制造軸承、加熱機械部件、汽車制動器，甚至磨刀工具等設備。在電子和半導體應用中，碳化硅的優勢主要優點是：
※120-270 W/mK 的高導熱率
※4.0x10^-6/°C 的低熱膨脹系數
※高最大電流密度
這三個特性相結合，使碳化硅具有出色的導電性，尤其是與碳化硅更受歡迎的表親硅相比時。碳化硅的材料特性使其非常有利于需要高電流、高溫和高導熱性的高功率應用。近年來，碳化硅已成為半導體行業的重要參與者，為用于高功率、高效率應用的 MOSFET、肖特基二極管和功率模塊供電。雖然比硅 MOSFET 更昂貴，硅 MOSFET 通常限于 900V 的擊穿電壓，但碳化硅允許接近 10kV 的電壓閾值。碳化硅還具有非常低的開關損耗，并且可以支持高工作頻率，這使其能夠實現目前無與倫比的效率，尤其是在工作電壓超過 600 伏的應用中。通過正確實施，碳化硅器件可以將轉換器和逆變器系統損耗降低近 50%，尺寸降低 300%，整體系統成本降低 20%。整體系統尺寸的減小使碳化硅在重量和空間敏感的應用中非常有用。
碳化硅應用
許多制造商正在積極推動在電動汽車、太陽能系統和數據中心等應用中使用碳化硅。這些以效率為導向的系統都會產生高電壓和高溫。我們看到在全球范圍內大力推動實施碳化硅而非其他材料，以努力減少因更高電壓下的功率低效而導致的碳排放。盡管電動汽車和太陽能等尖端技術正在率先使用碳化硅，但我們預計很快就會看到更多傳統行業效仿。由于行業對高質量、可靠性和效率的需求，碳化硅在汽車行業變得流行。碳化硅可以以強大的能力滿足高電壓需求。碳化硅有可能通過提高整體系統效率來增加電動汽車的行駛距離，特別是在逆變器系統中，這會增加車輛的整體節能，同時減小電池管理系統的尺寸和總重量。高盛甚至預測，在電動汽車中使用碳化硅可以將每輛車的電動汽車制造成本和擁有成本降低近 2,000 美元。碳化硅還優化了 EV 快速充電過程，通常在 kV 范圍內運行，它可以將整體系統損耗降低近 30%，將功率密度提高 30%，并將組件數量減少 30%。這種效率將使快速充電站更小、更快、更具成本效益。在太陽能行業，支持碳化硅的逆變器優化在效率和成本節約方面也發揮著重要作用。在太陽能逆變器中使用碳化硅可將系統的開關頻率提高到標準硅的兩到三倍。這種開關頻率的增加可以減少電路的磁性，從而節省大量空間和成本。因此，碳化硅逆變器設計的尺寸和重量幾乎是硅基逆變器的一半。鼓勵太陽能制造商和工程師使用碳化硅而非其他材料（如氮化鎵）的另一個因素是其強大的耐用性和可靠性。碳化硅的可靠性使太陽能系統能夠達到連續運行十多年所需的穩定壽命。
