中國(guó)粉體網(wǎng)訊 前段時(shí)間,，某企業(yè)在自家公眾號(hào)發(fā)布一篇關(guān)于“碳化硅”的文章,，引起了關(guān)注。該企業(yè)在文章中寫(xiě)道,，重結(jié)晶碳化硅（R-SiC）是在2000℃以上高溫形成的,、硬度僅次于金剛石的高性能材料……碳化硅市場(chǎng)規(guī)模達(dá)萬(wàn)億美元，主要應(yīng)用于汽車(chē)環(huán)保,、廢水處理,、半導(dǎo)體芯片、新能源汽車(chē),、光伏,、5G通訊設(shè)施等領(lǐng)域。公司還表示,，該技術(shù)突破及擴(kuò)產(chǎn),，不僅有利于在車(chē)用領(lǐng)域擴(kuò)大市場(chǎng)份額，而且有利于公司將此技術(shù)向半導(dǎo)體,、新能源汽車(chē),、5G通訊等領(lǐng)域延伸......
來(lái)源：Pexels
該企業(yè)發(fā)布此利好消息導(dǎo)致股價(jià)異動(dòng)，引發(fā)了市場(chǎng)質(zhì)疑,�,！爸亟Y(jié)晶碳化硅與碳化硅不一樣,。”“不排除誤導(dǎo)投資者,，讓投資者把重結(jié)晶碳化硅當(dāng)成碳化硅,。”部分市場(chǎng)人士質(zhì)疑說(shuō),。同時(shí)他們還強(qiáng)調(diào),，重結(jié)晶碳化硅技術(shù)對(duì)微電子級(jí)碳化硅研發(fā)，沒(méi)有什么實(shí)質(zhì)的價(jià)值和幫助,。
該事件也引起交易所關(guān)注,，深交所對(duì)該企業(yè)下發(fā)了關(guān)注函。在關(guān)注函中,，深交所要求該企業(yè)說(shuō)明“有利于公司將此技術(shù)向半導(dǎo)體,、新能源汽車(chē)、5G通訊等領(lǐng)域延伸”的方式,、方法及可行性,。”等一系列問(wèn)題,。
“重結(jié)晶碳化硅與碳化硅不一樣”,？
一方面，上述該企業(yè)對(duì)碳化硅表述確實(shí)有些不清晰,。另一方面,，關(guān)于市場(chǎng)人士“重結(jié)晶碳化硅與碳化硅不一樣”的說(shuō)法，小編認(rèn)為也有些不妥,，該說(shuō)法表面看來(lái)顯然是將碳化硅與碳化硅半導(dǎo)體兩個(gè)概念劃上了等號(hào),，質(zhì)疑者的意思應(yīng)該是“重結(jié)晶碳化硅與碳化硅半導(dǎo)體不一樣”。
那么,，碳化硅到底是什么,？重結(jié)晶碳化硅與碳化硅半導(dǎo)體究竟有何不同？其實(shí),，除了粉體,，碳化硅材料主要可以分為2大類(lèi)：?jiǎn)尉Ш吞沾伞?/p>
單晶方面
在碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，主要有“碳化硅高純粉料→襯底→外延片→功率器件→模塊封裝→終端應(yīng)用”等環(huán)節(jié),。
4H導(dǎo)電型SiC單晶襯底（來(lái)源：天岳先進(jìn)）
襯底是半導(dǎo)體的支撐材料,、導(dǎo)電材料和外延生長(zhǎng)基片。生產(chǎn)碳化硅襯底的關(guān)鍵步驟是單晶的生長(zhǎng),，也就是說(shuō)碳化硅以單晶形式的存在是碳化硅半導(dǎo)體材料應(yīng)用的主要技術(shù)難點(diǎn),，是產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)密集型和資金密集型的環(huán)節(jié)。
目前生長(zhǎng)SiC單晶的方法主要有物理氣相傳輸法（PVT法）,、高溫化學(xué)氣相沉積法,、液相法等,。其中物理氣相傳輸法是發(fā)展最成熟的，其具體生長(zhǎng)過(guò)程為處于高溫處的SiC原料升華分解成氣相物質(zhì)(主要組分為Si,，Si2C,，SiC2)，這些氣相物質(zhì)輸運(yùn)到溫度較低的籽晶處,，結(jié)晶生成SiC單晶,。目前，商品化SiC單晶都是采用PVT法生長(zhǎng)的,。
PVT法生長(zhǎng)SiC晶體生長(zhǎng)原理示意圖
相比于第一代和第二代半導(dǎo)體材料,，SiC半導(dǎo)體具有一系列優(yōu)良的物理化學(xué)特性，除了禁帶寬度,，還具有高擊穿電場(chǎng),、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率,、高電子密度和高遷移率等特點(diǎn),。其臨界擊穿電場(chǎng)是Si的10倍，GaAs的5倍,，這提高了SiC基器件的耐壓容量,、工作頻率和電流密度，降低了器件的導(dǎo)通損耗,。加上比Cu還高的熱導(dǎo)率,，器件使用時(shí)無(wú)需額外散熱裝置,，減小了整機(jī)體積,。
室溫下幾種半導(dǎo)體材料的特性對(duì)比
此外，SiC器件具有極低的導(dǎo)通損耗,，而且在超高頻率時(shí),，可以維持很好的電氣性能。例如從基于Si器件的三電平方案改為基于SiC的兩電平方案,，效率可以從96%提高到97.6%,，功耗降低可達(dá)40%。因此SiC器件在低功耗,、小型化和高頻的應(yīng)用場(chǎng)景中具有極大的優(yōu)勢(shì),。
陶瓷方面
碳化硅陶瓷生產(chǎn)過(guò)程包括粉體制備、成型,、燒結(jié)等與單晶制備有較大差異的幾大環(huán)節(jié),。而根據(jù)燒結(jié)工藝的不同，碳化硅陶瓷又分為無(wú)壓燒結(jié)碳化硅陶瓷,、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷,、重結(jié)晶碳化硅陶瓷,。
反應(yīng)燒結(jié)碳化硅工藝過(guò)程是將碳源和碳化硅粉混合，通過(guò)注漿成型,、干壓或冷等靜壓成型制備出坯體,，然后進(jìn)行滲硅反應(yīng)，即在真空或惰性氣氛下將坯體加熱至1500℃以上,，固態(tài)硅熔融成液態(tài)硅,，通過(guò)毛細(xì)管作用滲入含氣孔的坯體。液態(tài)硅或硅蒸氣與坯體中C之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，原位生成的β-SiC與坯體中原有SiC顆粒結(jié)合,，形成反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料。
碳化硅坯體反應(yīng)燒結(jié)工藝流程圖
反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的優(yōu)勢(shì)是燒結(jié)溫度低,、生產(chǎn)成本低,、材料致密化程度較高，特別是反應(yīng)燒結(jié)過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生體積收縮,，特別適合大尺寸復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件的制備,，高溫窯具材料、輻射管,、熱交換器,、脫硫噴嘴等均是反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷的典型應(yīng)用。
反應(yīng)燒結(jié)碳化硅橫梁,，來(lái)源：華美新材料
無(wú)壓燒結(jié)碳化硅在不施加外部壓力的情況下,，即通常在1.01×105Pa壓力和惰性氣氛條件下，通過(guò)添加合適的燒結(jié)助劑,，在2000~2150℃間,，可對(duì)不同形狀和尺寸的樣品進(jìn)行致密化燒結(jié)。無(wú)壓燒結(jié)碳化硅陶瓷技術(shù)已趨于成熟,，工業(yè)上應(yīng)用廣泛的耐磨損耐腐蝕的密封環(huán),、滑動(dòng)軸承等主要為無(wú)壓燒結(jié)碳化硅。
重結(jié)晶碳化硅是不同粒徑的SiC顆粒以一定比例級(jí)配后成型為素坯,，素坯中細(xì)顆�,？删鶆蚍植加诖诸w粒之間的孔隙中，然后在2100℃以上的高溫及一定流量的保護(hù)氣氛下,，SiC細(xì)顆粒逐漸蒸發(fā)后在粗顆粒接觸點(diǎn)處凝聚淀析,，直到細(xì)顆粒完全消失。這種蒸發(fā)-凝聚機(jī)理作用的結(jié)果,，使得在顆粒的頸部形成新的晶界,，從而造成細(xì)顆粒被遷移，形成大顆粒之間的連橋結(jié)構(gòu)及具有一定氣孔率的燒結(jié)體,。重結(jié)晶碳化硅不含任何金屬相和玻璃液相,，同時(shí)具有較高孔隙率(10%~20%),，從而具有優(yōu)異耐高溫性能和抗熱震性，加之其良好高溫導(dǎo)熱性,，因此是高溫窯具,、熱交換器或燃燒噴嘴的理想候選材料。
綜上,，重結(jié)晶碳化硅是碳化硅陶瓷的一種,，碳化硅半導(dǎo)體是一種以單晶形式存在的半導(dǎo)體材料，兩者在制備工藝,、設(shè)備,、應(yīng)用方面有較大差異，但都需要以碳化硅粉體材料制得,，并且兩者在高溫過(guò)程中都有由固化到氣化再到固化的過(guò)程,，但過(guò)程中的反應(yīng)控制難度差距較大。
碳化硅陶瓷已成為高精尖領(lǐng)域的關(guān)鍵材料
雖然碳化硅作為陶瓷材料受到的關(guān)注度遠(yuǎn)不如其作為半導(dǎo)體材料,，但其仍是一種應(yīng)用極廣的陶瓷材料,，甚至已經(jīng)成為航空航天、光刻機(jī)在內(nèi)的半導(dǎo)體設(shè)備等高精尖領(lǐng)域必不可少材料,。
在高端光刻機(jī)中,，涉及高效率、高精度,、高穩(wěn)定性的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)和驅(qū)動(dòng)技術(shù),，對(duì)結(jié)構(gòu)件的精度和結(jié)構(gòu)材料的性能提出了極高的要求。碳化硅陶瓷具有極高的彈性模量,、導(dǎo)熱系數(shù)和較低的熱膨脹系數(shù),，不易產(chǎn)生彎曲應(yīng)力變形和熱應(yīng)變，并且具有極佳的可拋光性,，可以通過(guò)機(jī)械加工至優(yōu)良的鏡面,，因此采用碳化硅陶瓷作為光刻機(jī)用精密結(jié)構(gòu)件材料具有極大的優(yōu)勢(shì),。在光刻機(jī)中碳化硅陶瓷主要用于制造E-chuck,、Vacumm-chuck、Block,、磁鋼骨架水冷板,、反射鏡、導(dǎo)軌等部件,。
在刻蝕設(shè)備中,，等離子體通過(guò)物理作用和化學(xué)反應(yīng)會(huì)對(duì)設(shè)備器件表面造成嚴(yán)重腐蝕，一方面縮短部件的使用壽命,，降低設(shè)備的使用性能,，另一方面腐蝕過(guò)程中產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)出現(xiàn)揮發(fā)和脫落的現(xiàn)象,，在工藝腔內(nèi)產(chǎn)生雜質(zhì)顆粒，影響腔室的潔凈度,。因此,，刻蝕機(jī)腔體和腔體部件材料的耐等離子體刻蝕性能變得至關(guān)重要。
聚焦環(huán),，來(lái)源：Kallex
在刻蝕設(shè)備中,，碳化硅被用于刻蝕機(jī)腔體和腔體部件、聚焦環(huán),、刻蝕環(huán)等關(guān)鍵部件,。
參考來(lái)源：
[1]李辰冉等.國(guó)內(nèi)外碳化硅陶瓷材料研究與應(yīng)用進(jìn)展
[2]劉春俊.SiC單晶生長(zhǎng)技術(shù)研究現(xiàn)狀
[3]上海證券報(bào)、中國(guó)粉體網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
注：圖片非商業(yè)用途,，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除
