碳化硅主要用途和场景

2、主要用途和前景 碳化硅具有的良好特性，使其在高温、高频、大功率、高电压光电子及抗辐照等方面具有巨 大的应用潜力。（1）SiC 器件在高温环境中的应用 在航空航天和汽车设备中，电子器件经常要在高温下工作，如飞机发动机、汽车发动机、在 太阳附近执行任务的航天器以及卫星中的高温设备等。使用通常的Si或者GaAs器件，因为它们不能在很高的温度下工作，所以必须把这些器件放 在低温环境中，这里有两种处理方法：一种是把这些器件放在远离高温的地方，然后通过引 线和连接器将它们和所需控制的设备连接起来；另一种是把这些器件放在冷却盒中，然后放 在高温环境下。很明显，这两种方法都会增加额外的设备，增加了系统的质量，减小了系统 可用的空间，使得系统的可靠性变差。如果直接使用可以在高温下工作的器件，将可以消除 这些问题。SIC器件可以直接工作在3M枷Y,而不用对高温环境进行冷却处理。SiC电子 产品和传感器能够被安装在炽热的飞机发动机内部和其表面上，在这种极端工作条件下它们 仍然能够正常发挥功能，大大减轻了系统总质量并提高可靠性。基于SiC器件的分布控制系 统可以消除在传统的电子屏蔽控制系统中所用引线和连接器的 90，这一点极为重要，因 为在当今的商用飞机中、引线和连接器问题是在停工检修时最经常遇到的问题。根据美国空军的评估，在F16战斗机中使用先进的SiC电子产品，将使该飞机的质量减轻 几百公斤，工作性能和燃料效率得到提高，工作可靠性更高，维护费用和停工检修期大大减 少。同样， SiC 电子器件和传感器也可以提高商用喷气客机的性能，据报测对每架客机附加 的经济利润可以达到数百万美元。同样， SiC 高温电子传感器和电子设备在汽车发动机上的使用将能做到更好的燃烧监控与控 制，可以使汽车的燃烧更清洁、效率更高、而且,SiC发动机电子控制系统在125 C以上也 能很好地工作，这就减少了发动机隔箱内的引线和连接器的数量，提高汽车控制系统的长期 可靠性。现在的商用卫星需要散热器去驱散航天器电子器件所产生的热量，并且需要防护罩来保护航 天器电子器件免受空间辐射的影响。由于SiC电子器件不但可以在高温下工作，而且具有很 强的抗幅照特性，所以SiC电子器件在航天器上的使用能够减少引线和连接器的数量以及辐 射防护罩的大小和质量。如果发射卫星到地球轨道的成本是以质量计，那么使用SiC电子器 件减轻的质量可以提高卫星工业的经济性和竞争力。使用高温抗辐照SiC器件的航天器可以用来执行太阳系周围的更具挑战性的任务。将来，当 人们在太阳周围和太阳系内行星的表面执行任务时，具有优良高温和抗辐射特性的SiC电子 器件将发挥关键性的作用、对于在太阳附近工作的航天器来讲，SiC电子器件的使用可以减 少航天器的防护和散热设备，于是在每一个运载工具中可以安装更多的科学仪器。（2）SiC 器件的微波应用SiC 器件具有很多优良的微波特性。关键的航空无线电设备依赖于前端射频接收器探测和放 大有用信号以及过滤干扰信号的能力。随着无线电波频谱越来越拥挤，由射频干涉引起的导 航和定位航空设备发生故障对飞行安全的威胁越来越大。使用SiC半导体器件将会大大增强 射频接收器电路的抗干扰能力。与Si混频器相比，SiC混频器成功地将Si接收器电路中的射 频干扰减弱到原来的十分之一。SiC 微波电子器件能够工作在高功率密度和高温条件下，这将大大提高无线通信设备和雷达 的功能性能。目前大多数固态微被通信和雷达电子器件是通过CaAs半导体技术制造的，然 而，军用飞机所需微被电子器件要在比她的理论极限还高的功率和温度下工作，SiC微波电 子器件正在被研制用于填补这一空白。除此之外，SLC微波电子器件的许多性能优势可以应 用于“全球通”无线通信。目前，雷达普通采用全固态器件和组件，P, L, S, X波段相控阵雷达固态器件，尤其是T / R组件开始采用SiC器件。在X波段以下，SiC器件无论在功率、体积、性能等方面都具有 明显的优越性，同时，SiC射频电路有望在雷达系统、蜂窝电话基站和高清晰度电视(HDTV) 发射机中被使用。(3)SiC 智能功率器件在电力系统中的应用先进的SiC功率电子器件能够提高电力系统的效率和可靠性。当前，任一时刻所需提供的电 能应该比实际消耗的电能多大约 20。这些过剩的电力储存为的是确保电力服务能够稳定 和可靠。以免受到日常负载变化和局部故障的影响。将智能功率器件和电源阵列结合起来能 大大地降低所必需的电能存储余量，因为这些电路能够探测并立即补偿局部电脉冲。电能存 储余量至少可以减少5，这将大大节约能源。相同的智能功率技术也可以把现有辐电线所 能传送的电能提高大约50。功率半导体器件是智能”功率电子技术的关键元件，与Si功率器件相比，SiC功率器件能够 阻挡更高的电压，具有更低的寄生电阻和小得多的物理尺寸，所以响应时间更短。更快的开 关速度不但提高了功率系统的转换效率，而且能够使用更小的变压器和电容器，大大减小了 系统的整体尺寸和质量。而且， SiC 的耐高温特性大大地降低厂冷却需要，而这些冷却设备 也是功率转换和传送系统中的很大一部分。因此，在未来， SiC 器件有望从本质上提高电力 传送效率和使用效率。