碳化硅又名碳硅石、金剛砂，是由硅與碳元素以共價(jià)鍵結(jié)合的非金屬碳化物，硅與碳的硬度非常大，僅次于金剛石和碳化硼，目前我國(guó)存在的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體。

碳化硅是什么晶體

碳化硅是一種二元晶體，由碳原子與硅原子共同構(gòu)成，具有極強(qiáng)的耐熱性和耐腐蝕性，具有特殊的結(jié)構(gòu)和物理特性，可以用于各種電子器件、分子晶體和生物材料的制造。

碳化硅晶體具有良好的力學(xué)性能，可以承受較大的應(yīng)力和溫度，常用于制造空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管、超高溫密封件等軍工產(chǎn)品。此外，由于碳化硅晶體具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，可以用于制造傳感器、熱敏電阻等電子元件。

碳化硅的用途及性質(zhì)

【性質(zhì)】分子式為sic，其硬度介于剛玉和金剛石之間，機(jī)械強(qiáng)度高于剛玉，可作為磨料和其他某些工業(yè)材料使用。

工業(yè)用碳化硅于1891年研制成功，是最早的人造磨料。在隕石和地殼中雖有少量碳化硅存在，但迄今尚未找到可供開采的礦源。

純碳化硅是無色透明的晶體。

工業(yè)碳化硅因所含雜質(zhì)的種類和含量不同，而呈淺黃、綠、藍(lán)乃至黑色，透明度隨其純度不同而異。

碳化硅晶體結(jié)構(gòu)分為六方或菱面體的α-sic和立方體的β-sic（稱立方碳化硅）。

α-sic由于其晶體結(jié)構(gòu)中碳和硅原子的堆垛序列不同而構(gòu)成許多不同變體，已發(fā)現(xiàn)70余種。

β-sic于2100℃以上時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?sic。

碳化硅的工業(yè)制法是用優(yōu)質(zhì)石英砂和石油焦在電阻爐內(nèi)煉制。煉得的碳化硅塊，經(jīng)破碎、酸堿洗、磁選和篩分或水選而制成各種粒度的產(chǎn)品。

碳化硅有黑碳化硅和綠碳化硅兩個(gè)常用的基本品種，都屬α-sic。

1、黑碳化硅含sic約98.5%，其韌性高于綠碳化硅，大多用于加工抗張強(qiáng)度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等。

2、綠碳化硅含sic99%以上，自銳性好，大多用于加工硬質(zhì)合金、鈦合金和光學(xué)玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。

此外還有立方碳化硅，它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體，用以制作的磨具適于軸承的超精加工，可使表面粗糙度從ra32~0.16微米一次加工到ra0.04~0.02微米。

碳化硅由于化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好，除作磨料用外，還有很多其他用途，例如：以特殊工藝把碳化硅粉末涂布于水輪機(jī)葉輪或汽缸體的內(nèi)壁，可提高其耐磨性而延長(zhǎng)使用壽命1~2倍；用以制成的高級(jí)耐火材料，耐熱震、體積小、重量輕而強(qiáng)度高，節(jié)能效果好。

低品級(jí)碳化硅（含sic約85%）是極好的脫氧劑，用它可加快煉鋼速度，并便于控制化學(xué)成分，提高鋼的質(zhì)量。

此外，碳化硅還大量用于制作電熱元件硅碳棒。碳化硅的硬度很大，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，是一種半導(dǎo)體，高溫時(shí)能抗氧化。

碳化硅與氮化鎵的區(qū)別

碳化硅與氮化鎵是兩種不同的物質(zhì)，在應(yīng)用上的區(qū)別在于：

1、性能方面：

具體而言，SiC器件可以承受更高的電壓，最高可達(dá)1200V；GaN器件的工作電壓和功率密度則低于SiC。同時(shí)，由于GaN器件的關(guān)斷時(shí)間幾乎為零（與50V/s的Si MOSFET相比，高電子遷移率使GaN的dV/dt大于100V/s），因此可在高頻段提供前所未有的效率和性能。

但是這種理想的正向特性被證明也帶來不方便，如果器件的寄生電容不接近于零，就會(huì)產(chǎn)生幾十安培的電流尖峰，可能會(huì)在電磁兼容測(cè)試階段造成問題。

2、封裝方面：

SiC更有優(yōu)勢(shì)，由于可以采用與IGBT和MOSFET相同的TO-247和TO-220封裝，新的SiC可以實(shí)現(xiàn)快速替換。GaN器件則使用更輕、更小的SMD封裝，雖然可以獲得更好的效果，但必須用在新項(xiàng)目中。

3、成本方面：

SiC器件現(xiàn)階段更便宜，更受歡迎，原因之一是其走在了GaN之前。成本只是在一定程度上與生產(chǎn)工藝相關(guān)，還與市場(chǎng)需求有關(guān)，這也是為什么市場(chǎng)上的價(jià)格會(huì)趨于平坦的原因。由于GaN襯底的生產(chǎn)成本較高，GaN器件通常都基于Si襯底。