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碳化硅（如何制造，有什么用，应用）
Release Time：2021-06-24碳化硅如何制造
最简单的碳化硅制造方法是在2500摄氏度的高温下熔化硅砂和碳，比如煤。碳化硅的颜色更深、更常见的版本通常包括铁和碳杂质，但纯碳化硅晶体是无色的，当碳化硅在2700摄氏度升华时才会形成。一旦加热，这些晶体在较低的温度下沉积在石墨上，这一过程被称为Lely方法。
※Lely方法：在这一过程中，花岗岩坩埚加热到非常高的温度，通常通过感应，升华碳化硅粉末。一个温度较低的石墨棒悬浮在气体混合物中，这本质上允许纯碳化硅沉积并形成晶体。
※化学气相沉积：或者，制造商使用化学气相沉积生长立方碳化硅，这通常用于碳基合成工艺和半导体工业。在这种方法中，一种特殊的化学混合气体进入真空环境，在沉积到基材上之前进行混合。
这两种碳化硅晶圆生产方法的成功都需要大量的能源、设备和知识。
碳化硅有什么用？
历史上，制造商在高温环境中使用碳化硅制造轴承、加热机械部件、汽车制动器，甚至磨刀工具等设备。在电子和半导体应用中，碳化硅的优势主要优点是：
※120-270 W/mK 的高导热率
※4.0x10^-6/°C 的低热膨胀系数
※高最大电流密度
这三个特性相结合，使碳化硅具有出色的导电性，尤其是与碳化硅更受欢迎的表亲硅相比时。碳化硅的材料特性使其非常有利于需要高电流、高温和高导热性的高功率应用。近年来，碳化硅已成为半导体行业的重要参与者，为用于高功率、高效率应用的 MOSFET、肖特基二极管和功率模块供电。虽然比硅 MOSFET 更昂贵，硅 MOSFET 通常限于 900V 的击穿电压，但碳化硅允许接近 10kV 的电压阈值。碳化硅还具有非常低的开关损耗，并且可以支持高工作频率，这使其能够实现目前无与伦比的效率，尤其是在工作电压超过 600 伏的应用中。通过正确实施，碳化硅器件可以将转换器和逆变器系统损耗降低近 50%，尺寸降低 300%，整体系统成本降低 20%。整体系统尺寸的减小使碳化硅在重量和空间敏感的应用中非常有用。
碳化硅应用
许多制造商正在积极推动在电动汽车、太阳能系统和数据中心等应用中使用碳化硅。这些以效率为导向的系统都会产生高电压和高温。我们看到在全球范围内大力推动实施碳化硅而非其他材料，以努力减少因更高电压下的功率低效而导致的碳排放。尽管电动汽车和太阳能等尖端技术正在率先使用碳化硅，但我们预计很快就会看到更多传统行业效仿。由于行业对高质量、可靠性和效率的需求，碳化硅在汽车行业变得流行。碳化硅可以以强大的能力满足高电压需求。碳化硅有可能通过提高整体系统效率来增加电动汽车的行驶距离，特别是在逆变器系统中，这会增加车辆的整体节能，同时减小电池管理系统的尺寸和总重量。高盛甚至预测，在电动汽车中使用碳化硅可以将每辆车的电动汽车制造成本和拥有成本降低近 2,000 美元。碳化硅还优化了 EV 快速充电过程，通常在 kV 范围内运行，它可以将整体系统损耗降低近 30%，将功率密度提高 30%，并将组件数量减少 30%。这种效率将使快速充电站更小、更快、更具成本效益。在太阳能行业，支持碳化硅的逆变器优化在效率和成本节约方面也发挥着重要作用。在太阳能逆变器中使用碳化硅可将系统的开关频率提高到标准硅的两到三倍。这种开关频率的增加可以减少电路的磁性，从而节省大量空间和成本。因此，碳化硅逆变器设计的尺寸和重量几乎是硅基逆变器的一半。鼓励太阳能制造商和工程师使用碳化硅而非其他材料（如氮化镓）的另一个因素是其强大的耐用性和可靠性。碳化硅的可靠性使太阳能系统能够达到连续运行十多年所需的稳定寿命。
