碳化硅的定义

碳化硅（SiC）是一种超硬的非氧化物陶瓷，具有独特的性能和用途，1891 年由美国发明家 Edward G. Acheson 在尝试生产人造钻石时首次发现。

碳化硅在纯净状态下是典型的绝缘体，但通过控制掺杂，可以表现出半导电性。与传统半导体相比，像碳化硅这样的宽带隙材料能更有效地传输电能。

起源

碳化硅（SiC）是一种又硬又脆的碳硅化合物，化学式为 SiC。这种材料以矿物莫桑石的形式自然存在，但自 1893 年以来一直作为磨料大量生产。这种材料的晶粒可以通过烧结熔融在一起，生产出非常坚硬的陶瓷，其应用领域包括嵌入防弹背心的汽车制动器/离合器/离合器片，以及在高温和/或高电压下工作的半导体电子设备。

生产用于磨料、冶金和耐火材料工业的碳化硅的现代方法包括在电阻炉中加热纯硅砂和碳焦的混合物，电流通过碳导体引发化学反应生成碳化硅。这是一个高强度的过程，可能会持续数天，因为这两种元素都会燃烧殆尽，最后再次消散于无形。

碳化硅是一种异常稳定的材料，热膨胀率低。这些特性加上其硬度、刚度和导热性，使其成为大型光学望远镜反射镜的绝佳选择。在地面电动汽车的电力电子设备和 5G 移动网络等要求苛刻的应用中，SiC 也正在成为传统硅半导体的极具吸引力的替代品，因为它可以承受更高的功率密度和工作温度，同时比这些传统材料具有更高的可靠性。

属性

碳化硅（SiC）由硅和碳结合而成，是一种神奇的材料，具有许多理想的特性。碳化硅坚硬、耐用，可耐高温；不氧化，耐腐蚀；强度极高，是一种耐磨陶瓷，因此适用于制动器、离合器以及防弹背心等结构材料。

碳化硅在纯净状态下是一种电绝缘体；然而，在经过受控杂质掺杂处理后，它可以表现出半导电特性。与始终允许电流自由流动的导体不同，半导体可以通过电场或光等电磁波的刺激来放大、切换或转换电流。这种能力构成了肖特基二极管、MOSFET 和 FET 等电子设备的基础，在高压应用中，它们的导通电阻明显低于双极晶体管。

碳化硅的带隙比硅大得多，电子从价带过渡到导带所需的能量也大得多，因此在电子设备中可以承受更大的电场而不损失功率。

应用

碳化硅（SiC）最近作为一种工业陶瓷材料卷土重来，成为已知最硬的物质之一，其硬度可与金刚石和碳化硼相媲美。碳化硅还被用于防弹装甲--其坚硬的陶瓷块可防止子弹穿透。

通过添加受控杂质，碳化硅也可以成为半导体。掺杂可包括添加硼和铝掺杂剂以产生 p 型半导体，或添加氮和磷以产生 n 型半导体--这在电子设备生产（如功率半导体）中有许多应用。

碳化硅最常被用作磨料，利用其硬度或研磨作用来擦洗金属、玻璃和瓷砖等陶瓷表面。此外，熔化碳化硅并将其用作钢铁工具的涂层可提高耐用性，而在生产高级陶瓷时用作稳定剂则是另一种应用。

虽然碳化硅是天然存在的莫桑石宝石，但大多数碳化硅都是人工合成的。碳化硅的生产方法是在电阻炉中高温还原硅砂和碳，然后与焦炭混合，生产出黑色或绿色的碳化硅（a-SiC）和碳化硅（b-SiC）。

市场

碳化硅是人类已知最有益的化合物之一，也是已知最坚硬的物质之一。碳化硅虽然天然稀少，但必须经过人工合成才能用于商业用途。碳化硅可应用于各种工业领域，包括机器人、制造设备和电机驱动，其耐用性使其具有抗磨损能力；切削工具和砂轮也广泛使用碳化硅。

碳化硅的宽带隙使其能够在更高的频率和温度下工作，同时最大限度地减少能量损失，从而为电动汽车（EV）带来更高的效率和更长的电池寿命。这种需求导致碳化硅电力电子产品的销售量激增。

碳化硅行业成员还从北美政府的大力支持中获得回报，如研究补助金、资金奖励以及创新和技术开发奖励。

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