中國粉體網訊 碳化硅作為一種重要的結構陶瓷材料，憑借其優異的高溫力學強度、高硬度、高彈性模量、高耐磨性、高導熱性、耐腐蝕性等性能，不僅應用于高溫窯具、燃燒噴嘴、熱交換器、密封環、滑動軸承等傳統工業領域，還可作為防彈裝甲材料、空間反射鏡、半導體晶圓制備中夾具材料及核燃料包殼材料。
碳化硅在半導體領域的應用
研磨盤、夾具均是半導體工業中硅晶片生產的重要工藝裝備。研磨盤若使用鑄鐵或碳鋼材料，其使用壽命短、熱膨脹系數大，在加工硅晶片過程中，特別是高速研磨或拋光時，由于研磨盤的磨損和熱變形，使硅晶片的平面度和平行度難以保證。采用碳化硅陶瓷的研磨盤由于硬度高而磨損小，且熱膨脹系數與硅晶片基本相同，因而可以高速研磨拋光。
（a）研磨盤；（b）夾具
另外，在硅晶片生產時，需要經過高溫熱處理，常使用碳化硅夾具運輸，其耐熱、無損，可在表面涂敷類金剛石（DLC）等涂層，可增強性能，緩解晶片損壞，同時防止污染擴散。
碳化硅晶片（圖源：天科合達）
此外，作為第三代寬帶隙半導體材料的代表，碳化硅單晶材料具有禁帶寬度大（約為Si的3倍）、熱導率高（約為Si的3.3倍或GaAs的10倍）、電子飽和遷移速率高（約為Si的2.5倍）和擊穿電場高（約為Si的10倍或GaAs的5倍）等性質。SiC器件彌補了傳統半導體材料器件在實際應用中的缺陷，正逐漸成為功率半導體的主流。
高導熱碳化硅陶瓷的需求量急劇增長
隨著科技的不斷發展，碳化硅陶瓷在半導體領域的應用需求量急劇增長，而高熱導率是其應用于半導體制造設備元器件的關鍵指標，因此加強高導熱碳化硅陶瓷的研究至關重要。減少晶格氧含量、提高致密性、合理調控第二相在晶格中的分布方式是提高碳化硅陶瓷熱導率的主要方法。
目前，我國有關高導熱碳化硅陶瓷的研究較少，且與世界水平相比尚存在較大差距，今后的研究方向包括：1）加強碳化硅陶瓷粉體的制備工藝研究，高純、低氧碳化硅粉的制備是實現高熱導率碳化硅陶瓷制備的基礎；2）加強燒結助劑的選擇及其相關理論研究；3）加強高端燒結裝備的研發，通過調控燒結工藝得到合理的顯微結構是獲得高熱導率碳化硅陶瓷的必備條件。
參考來源：
高導熱碳化硅陶瓷的研究進展，王曉波等，鋼鐵研究總院2021
國內外碳化硅陶瓷材料研究與應用進展，李辰冉等，景德鎮陶瓷大學2020
（中國粉體網編輯整理/平安）
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