碳化硅的定义

碳化硅（SiC）是一种人工合成的硬质结晶化合物，广泛用作耐磨材料、耐火材料和陶瓷材料，也是发光二极管（LED）的半导体基板。

在电动汽车（EV）电源设备等高压环境中，EFM 半导体的性能也优于传统硅半导体，它能最大限度地减少电压和电流损耗，缩小和减轻重要的电池管理组件，同时减小尺寸和重量，从而提供卓越的性能。

碳化硅

碳化硅是一种由硅和碳组成的惰性陶瓷化合物。它的莫氏硬度为 9，仅次于碳化硼（9.5）和金刚石（10），位居第三。碳化硅具有很高的机械耐久性，同时保持化学惰性，因此非常适合机床等硬表面保护应用。

纯碳纳米管包含四个碳原子，排列成四个碳四面体，通过硅键共价结合在一起。这种排列方式可产生各种晶体结构和相态的多态性。

碳化硅的晶体结构使其具有卓越的电气性能，包括对电子应用至关重要的宽带隙半导体（WBG）特性。与传统硅器件相比，更大的带隙可使电子更快地离开轨道，从而实现更高的频率和更快的运行速度。

硅作为一种基础材料，可以掺入氮、磷、镓、硼和铝，生产出 n 型半导体。此外，无硅晶体管可降低成本和功耗达 40%。

碳化硅（SiC）的工作温度可达 300 摄氏度，因此是电动汽车电机等高温环境应用的绝佳材料选择。碳化硅不需要增加重量、成本和复杂性的主动冷却系统，从而使这些车辆的续航里程更长，充电时间更短。

半导体

碳化硅因其独特的电气特性而在电子领域大显身手，这一点早已得到公认。半导体在导体（如铜电线）和绝缘体（覆盖在铜电线上的聚合物绝缘体）之间交替起作用，构成了用于构建集成电路的半导体材料，这些集成电路是二极管和晶体管等分立电子元件，它们在特定条件下导电；甚至可以通过电流、电磁场或光刺激改变其导电性。

与传统半导体相比，碳化硅具有极宽的带隙。这意味着电子从价带进入导带需要更多的能量；因此，碳化硅具有极低的功率损耗--在用于高压应用（如电动汽车牵引逆变器）时，这是一个非常宝贵的品质。

长期以来，碳化硅在工业和学术界有多种用途，从喷砂和碳化硅版画工具到热能、电气和机械工程应用。但最近，由于碳化硅具有热膨胀率低、强度硬度比高以及能够承受恶劣环境等特点，其需求量急剧上升。

陶瓷

硅和碳的结合产生了一种极具吸引力的材料，具有出色的机械、化学和热性能。它具有极高的硬度（在莫氏硬度上是金刚石的两倍），与其他耐火材料相比，还具有优异的抗热震性。

陶瓷是指一种无机非金属材料，在未烧制时极具弹性，但在烧制过程中会明显变硬。陶瓷的种类繁多，例如：

陶瓷主要用作耐火材料，是一种无机材料，具有耐热、耐化学磨损和耐腐蚀的性能。陶瓷有各种形状和颜色，广泛应用于各行各业。生物陶瓷的重要用途包括防火、超导体和诱导细胞的生物反应。生物活性陶瓷可能本身就具有生物活性，也可能通过表面处理或在陶瓷孔隙中填充药物活性物质而具有生物活性。碳化硅被广泛应用于汽车制动盘，可显著减少摩擦和排放，同时还能承受高温，而不需要增加重量、复杂性和成本的主动冷却系统。此外，碳化硅还是许多磨料和切割工具的基础材料。

汽车

碳化硅（SiC）是一种极其坚硬的材料，在莫氏硬度表上排名第九，介于氧化铝（9）和金刚石（10）之间。碳化硅最早是由美国发明家爱德华-艾奇逊（Edward Acheson）于 1891 年人工合成的，当时他试图制造人造金刚石，但却在电加热的碳和氧化铝熔体中发现了碳化硅的黑色小晶体，并将其磨成粉末状，用于工业磨料。1905 年，诺贝尔奖得主化学家亨利-莫伊桑（Henri Moissan）观察到这种化合物在自然界中是一种透明矿物，被称为莫桑石。

碳化硅独特的原子结构和半导体特性使其成为二极管、晶体管和功率器件等电子应用的理想材料。碳化硅的耐压性能是传统硅的十倍，在超过 1000V 的系统中表现更佳，是满足电动汽车（EV）充电站和能源管理系统相关高压要求的理想材料。

碳化硅可大幅提高开关效率，同时还有助于减小电动汽车重要组件（如直流-直流转换器、车载充电器和电池管理系统）的尺寸和重量。这些进步将使无排放驾驶更接近大众化。GlobalData 通过分析发现，有 10 多家公司（从技术供应商和成熟的汽车公司到新兴的初创公司）在利用碳化硅提供创新解决方案。