中國粉體網8月16日訊 碳化硅（Sic）又稱碳硅石。在當代C、N、B等非氧化物高技術耐火原料中，碳化硅為應用最廣泛、最經濟的一種。可以稱為金鋼砂或耐火砂。碳化硅由于化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能好，除作磨料用外，還有很多其他用途，該材料技術還大量應用在制作電熱元件硅碳棒。
隨著能源問題的日益凸顯，電源、電動汽車、工業設備和家用電器等設備中功率變換器的性能提升變得尤為重要。而電力電子器件是電力電子技術的重要基礎。電力電子裝置中電力電子器件雖然只占裝置總價值的20%~30%左右，但器件的性能對整個裝置的各項技術指標和性能有著重要的影響，因而是電力電子領域中非常重要的研究方向。
理想的電力電子器件應當具有理想的靜態和動態特性：在阻斷狀態，能承受高電壓；在導通狀態，具有高的電流密度和低的導通壓降;在開關狀態和轉換時，開、關時間短，能承受高的di/dt和dv/dt，具有低的開關損耗，并具有全控功能。自晶閘管和功率晶體管問世和應用以來，硅半導體器件在功率處理能力和開關頻率方面不斷改善，先后誕生了GTR、GTO、MOSFET和IGBT等現代電力電子器件，對電力電子系統縮小體積、降低成本起到了極其關鍵的作用。
然而硅電力電子器件經過近60年的長足發展，性能已經趨近其理論極限，通過器件原理的創新、結構的改善及制造工藝的進步已經難以大幅度的提升其總體性能，即將成為制約未來電力電子技術進一步發展的瓶頸之一。如何降低電力電子器件的能耗、提高溫度極限已經成為全球性的重要課題。
自上世紀90年代開始，電力電子器件的研究人員就將目光轉移到碳化硅、氮化鎵等具有更優電氣性能的寬禁帶半導體材料上。碳化硅半導體作為一種典型的寬禁帶半導體材料，其性能指標較砷化鎵（GaAs）還要高一個數量級。經過過去數十年的發展，SiC材料的質量、尺寸和成本都得到了極大地提升，成為功率半導體器件領域硅材料的一個可能的替代材料。它具有禁帶寬度高、飽和電子漂移速度高、臨界電場擊穿強度高、介電常數低和熱導率高等特征。
基于碳化硅電力電子器件阻斷電壓高、工作頻率高且耐高溫工作能力強，同時又具有開關損耗小和通態比電阻低的優勢。因此，采用碳化硅電力電子器件可以大大降低裝置的功耗、縮小裝置的體積。特別是在高頻、高溫和大功率電力電子應用領域，碳化硅電力電子器件優異的電氣性能使其具有硅半導體器件難以比擬的巨大應用優勢和潛力。
碳化硅的能帶間隔為硅的2.8倍（寬禁帶）,達到3.09電子伏特。其絕緣擊穿場強為硅的5.3倍,高達3.2MV/cm.其導熱率是硅的3.3倍,為49w/cm.k。由碳化硅制成的肖特基二極管及MOS場效應晶體管,與相同耐壓的硅器件相比,其漂移電阻區的厚度薄了一個數量級。其雜質濃度可為硅的2個數量級。由此,碳化硅器件的單位面積的阻抗僅為硅器件的100分之一。它的漂移電阻幾乎就等于器件的全部電阻。因而碳化硅器件的發熱量極低。這有助于減少傳導和開關損耗，工作頻率一般也要比硅器件高10倍以上。此外，碳化硅半導體還有的固有的強抗輻射能力。
近年利用碳化硅材料制作的IGBT（絕緣柵雙極晶體管）等功率器件，已可采用少子注入等工藝，使其通態阻抗減為通常硅器件的十分之一。再加上碳化硅器件本身發熱量小，因而碳化硅器件的導熱性能極優。還有，碳化硅功率器件可在400℃的高溫下正常工作。其可利用體積微小的器件控制很大的電流。工作電壓也高得多。
碳化硅目前發展最成熟寬禁帶半導體材料，電力電子方面也很重要，可制作出性能更加優異高溫（300℃～500℃）、高頻、高功率、高速度、抗輻射器件。SIC高功率、高壓器件對于公電輸運電動汽車等設備節能具有重要意義。采用SIC新器件將今后5～10年內出現，并將對半導體材料產生革命性影響。
SIC可以用來制造射頻微波功率器件、高頻整流器、MESFET、MOSFETJFET等。SIC高頻功率器件已Motorola公司研發成功，并應用于微波射頻裝置；美國通用電氣公司正開發碳化硅功率器件高溫器件；西屋公司已經制造出了26GHz頻率下工作甚高頻MESFET;ABB公司正研制用于工業電力系統高壓、大功率SIC整流器其他SIC低頻功率器件。
理論分析表明，SIC功率器件非常接近理想功率器件。我們可以預見，各種SIC器件研發必將成為功率器件研究領域主要潮流之一。但我們也要清醒看到，SIC材料功率器件機理、理論制造工藝均有大量問題需要去解決，它要真正給電力電子技術領域帶來新革命，估計還需要時間等待。
