中國粉體網(wǎng)訊 碳化硅作為一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，憑借其優(yōu)異的高溫力學(xué)強(qiáng)度、高硬度、高彈性模量、高耐磨性、高導(dǎo)熱性、耐腐蝕性等性能，不僅應(yīng)用于高溫窯具、燃燒噴嘴、熱交換器、密封環(huán)、滑動(dòng)軸承等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域，還可作為防彈裝甲材料、空間反射鏡、半導(dǎo)體晶圓制備中夾具材料及核燃料包殼材料。
碳化硅在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用
研磨盤、夾具均是半導(dǎo)體工業(yè)中硅晶片生產(chǎn)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(shù)大，在加工硅晶片過程中，特別是高速研磨或拋光時(shí)，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(shù)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(chǎn)時(shí)，需要經(jīng)過高溫?zé)崽幚�，常使用碳化硅夾具運(yùn)輸，其耐熱、無損，可在表面涂敷類金剛石（DLC）等涂層，可增強(qiáng)性能，緩解晶片損壞，同時(shí)防止污染擴(kuò)散。
碳化硅晶片（圖源：天科合達(dá)）
此外，作為第三代寬帶隙半導(dǎo)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(dǎo)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(zhì)。SiC器件彌補(bǔ)了傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料器件在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷，正逐漸成為功率半導(dǎo)體的主流。
高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷的需求量急劇增長
隨著科技的不斷發(fā)展，碳化硅陶瓷在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用需求量急劇增長，而高熱導(dǎo)率是其應(yīng)用于半導(dǎo)體制造設(shè)備元器件的關(guān)鍵指標(biāo)，因此加強(qiáng)高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷的研究至關(guān)重要。減少晶格氧含量、提高致密性、合理調(diào)控第二相在晶格中的分布方式是提高碳化硅陶瓷熱導(dǎo)率的主要方法。
目前，我國有關(guān)高導(dǎo)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)高熱導(dǎo)率碳化硅陶瓷制備的基礎(chǔ)；2）加強(qiáng)燒結(jié)助劑的選擇及其相關(guān)理論研究；3）加強(qiáng)高端燒結(jié)裝備的研發(fā)，通過調(diào)控?zé)Y(jié)工藝得到合理的顯微結(jié)構(gòu)是獲得高熱導(dǎo)率碳化硅陶瓷的必備條件。
參考來源：
高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷的研究進(jìn)展，王曉波等，鋼鐵研究總院2021
國內(nèi)外碳化硅陶瓷材料研究與應(yīng)用進(jìn)展，李辰冉等，景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)2020
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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