碳化矽 (SiC) 是一種陶瓷材料,通常生長為單晶用於半導體應用。由於其固有的材料特性和單晶生長,它是市場上最耐用的半導體材料之一。這種耐用性遠遠超出了其電氣功能。
物理耐久性
SiC 的物理耐久性最好通過檢查其非電子應用來說明:砂紙、擠壓模具、防彈背心板、高性能製動盤和火焰點火器。 SiC 會劃傷物體,而不是被劃傷。當用於高性能製動盤時,它們在惡劣環境下的長期耐磨性將受到考驗。要用作防彈背心板,SiC 必須同時具備高物理強度和衝擊強度。
化學和電氣耐久性
SiC 以其化學惰性著稱;即使暴露在高達 800 °C 的溫度下,它也不受最具腐蝕性的化學物質(如鹼和熔鹽)的影響。由於具有抗化學侵蝕性,SiC 不具有腐蝕性,可以承受惡劣環境,包括暴露於潮濕空氣、鹽水和各種化學品。
由於其高能帶隙,SiC 對電磁干擾和輻射的破壞性影響具有很強的抵抗力。與 Si 相比,SiC 在更高功率水平下也更能抵抗損壞。
抗熱震性
SiC 的抗熱震性是另一個重要特性。當物體暴露於極端溫度梯度時,會發生熱衝擊(即當物體的不同部分處於明顯不同的溫度時)。由於這種溫度梯度,不同部分之間的膨脹或收縮率會有所不同。熱衝擊會導致脆性材料破裂,但 SiC 對這些影響具有很強的抵抗力。與絕大多數半導體材料相比,SiC 的抗熱震性是其高導熱率(單晶 350 W/m/K)和低熱膨脹的結果。
SiC 電子器件(例如 MOSFET 和肖特基二極管)因其耐用性而用於具有惡劣環境的應用,例如 HEV 和 EV。由於其物理、化學和電氣彈性,它是一種用於需要韌性和可靠性的半導體應用的優秀材料。