碳化硅棍棒的應(yīng)用前景及制造方法
在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，一般將硅、鍺等材料稱為第一代半導(dǎo)體材料，將砷化鎵、磷化銦等材料稱為第二代半導(dǎo)體材料，而以碳化硅棒為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料則被稱為第三代半導(dǎo)體材料。如今，碳化硅已成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的前沿和制高點(diǎn)，擁有廣闊的應(yīng)用前景。首先是高亮度發(fā)光二極管（LED）。
中科院物理所研究員、天科合達(dá)技術(shù)發(fā)明人陳小龍告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，由于碳化硅的熱導(dǎo)率高、晶格匹配性好，因此適用于制備大功率、高亮度的LED。
目前市場(chǎng)上藍(lán)寶石基的LED發(fā)光效率可以達(dá)到120流明/瓦，而使用碳化硅的LED則能得到200流明/瓦，正處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段的碳化硅基產(chǎn)品則已經(jīng)達(dá)到300流明/瓦。這種大功率、高亮度的LED，在汽車前大燈、道路照明等領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用價(jià)值。
這一點(diǎn)從碳化硅行業(yè)的龍頭企業(yè)——美國科銳（Cree）公司的收入上可見一斑。2013年，科銳公司LED產(chǎn)品的營收為8億美元，產(chǎn)品毛利為3.45億美元，毛利潤達(dá)43%。
除了高亮度LED，碳化硅還是制造電力電子器件的理想材料。陳小龍告訴記者，碳化硅具有耐高電壓、耐高溫和節(jié)能等特點(diǎn)。同時(shí)，使用碳化硅的電力電子器件，體積可以做得非常小。因此，在新能源汽車、太陽能發(fā)電、機(jī)車牽引以及大功率輸配電等領(lǐng)域，都將發(fā)揮重要作用。碳化硅還是射頻微波器件的理想襯底材料，可以提高雷達(dá)、通信、電子對(duì)抗以及智能武器等的整體性能和可靠性。此外，碳化硅還可以用于制作人工寶石，而通過碳化硅外延生長制備石墨烯的技術(shù)也吸引了不少研究者的注意。
據(jù)預(yù)測(cè)，到2019年，全球碳化硅單晶爐數(shù)量將超過3000臺(tái)，碳化硅襯底產(chǎn)量將超過200萬片，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到20億美元，外延材料市場(chǎng)規(guī)模約10億美元。同時(shí)，碳化硅的發(fā)展還將帶動(dòng)上游單晶設(shè)備、外延設(shè)備產(chǎn)業(yè)和下游的器件以及模塊等相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，規(guī)模將達(dá)數(shù)百億美元。
輥道窯用碳化硅棍棒及其制造方法，它是由綠碳化硅微粉、碳墨，石墨粉、高度粘接劑混合制成，在1700度高溫中滲金屬硅生成，可澆注、擠出、機(jī)壓成型。
碳化硅棍棒以其獨(dú)特的配方及工藝，使之在抗熱震穩(wěn)定性，抗高溫負(fù)荷等方面均優(yōu)于氧化鋁輥棒3—5倍，而價(jià)格僅為重結(jié)晶碳化硅的20—25％。
碳化硅棍棒為日用瓷和衛(wèi)生潔具陶瓷行業(yè)大力推廣使用。
從碳化硅制品生產(chǎn)過程來看，影響其質(zhì)量的因素主要有三個(gè)方面：
綠碳化硅微粉成分綠碳化硅微粉的成分不同，所制成的綠碳化硅微粉質(zhì)碳化硅制品，其體積密度和抗壓強(qiáng)度指標(biāo)都會(huì)有差異。成型壓力在同樣條件下，不同成型壓力對(duì)反映燒結(jié)碳化硅橫梁輥棒質(zhì)量會(huì)有影響。SiC粒度組成也是影響反映燒結(jié)質(zhì)碳化硅制品體積密度、顯氣孔率、抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能等質(zhì)量參數(shù)的重要因素之一。
