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第三代半導體材料，主要代表碳化硅和氮化相對于前兩代半導體材料而言，在高溫、高壓、高頻的工作環(huán)境下有著明顯的優(yōu)勢。

碳化硅早在1842年就被發(fā)現(xiàn)了，直到1955年才開發(fā)出生長高品質(zhì)碳化硅晶體材料的方法，1987年商業(yè)化生產(chǎn)的的碳化硅才進入市場，21世紀后碳化硅的商業(yè)應用才算鋪開。

與硅相比，碳化硅具有更高的禁帶寬度，禁帶寬度越寬，臨界擊穿電壓越大，高電壓下可以減少所需器件數(shù)目。具有高飽和電子飄逸速度，制作的元件開關速度大約是硅的3-10倍，高壓條件下能高頻操作，所需的驅(qū)動功率小，電路能量損耗低。具有高熱導率，可減少所需的冷卻系統(tǒng)，也更適用于高功率場景下的使用，一般的硅半導體器件只能在100℃以下正常運行，器件雖然能在200℃以上工作，但是效率大大下降，而碳化硅的工作溫度可達600℃，具有很強的耐熱性。并且混合SIC器件體積更小，工作損耗的降低以及工作溫度的上升使得集成度提高，體積減小。

（一）碳化硅的合成和用途

碳化硅的合成是在一種特殊的電阻爐中進行的，這個爐子實際上就只是一根石墨電阻發(fā)熱體，它是用石墨顆粒或碳粒堆積成柱狀而成的。這根發(fā)熱體放在中間，上述原料按硅石52%~54%，焦炭35%，木屑11%，工業(yè)鹽1.5%~4%的比例均勻混合，緊密地充填在石墨發(fā)熱體的四周。當通電加熱后，混合物就進行化學反應，生成碳化硅。其反應式為：

SiO2 3C→SiC 2CO↑

反應的開始溫度約在1400℃，產(chǎn)物為低溫型的β-SiC，基結(jié)晶非常細小，它可以穩(wěn)定到2100℃，此后慢慢向高溫型的α-SiC轉(zhuǎn)化。α-SiC可以穩(wěn)定到2400℃而不發(fā)生顯著的分解，至2600℃以上時升華分解，揮發(fā)出硅蒸氣，殘留下石墨。所以一般選擇反應的終溫度為1900~2200℃。反應合成的產(chǎn)物為塊狀結(jié)晶聚合體，需粉碎成不同粒度的顆粒或粉料，同時除去其中的雜質(zhì)。

在光伏領域的應用

光伏逆變器對光伏發(fā)電作用非常重要，不僅具有直交流變換功能，還具有地發(fā)揮太陽電池性能的功能和系統(tǒng)故障保護功能。歸納起來有自動運行和停機功能、功率跟蹤控制功能、防單獨運行功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、自動電壓調(diào)整功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、直流檢測功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、直流接地檢測功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）等。

國內(nèi)逆變器廠家對新技術和新器件的應用還是太少，以碳化硅為功率器件的逆變器，并且開始大批量應用，碳化硅內(nèi)阻很少，可以把效率做很高，開關頻率可以達到10K，也可以節(jié)省LC濾波器和母線電容。碳化硅材料在光伏逆變器應用上或有突破。

碳化硅一維納米材料由于自身的微觀形貌和晶體結(jié)構使其具備更多獨特的優(yōu)異性能和更加廣泛的應用前景，被普遍認為有望成為第三代寬帶隙半導體材料的重要組成單元。

第三代半導體材料即寬禁帶半導體材料，又稱高溫半導體材料，主要包括碳化硅、氮化、氮化鋁、氧化鋅、金剛石等。這類材料具有寬的禁帶寬度（禁帶寬度大于2.2ev）、高的熱導率、高的擊穿電場、高的抗輻射能力、高的電子飽和速率等特點，適用于高溫、高頻、抗輻射及大功率器件的制作。第三代半導體材料憑借著其優(yōu)異的特性，未來應用前景十分廣闊。

除了用燒結(jié)法制造碳化硅制品以外，自從發(fā)明了熱壓燒結(jié)技術以后，碳化硅制品也可以用熱壓法制造，并且可以獲得更優(yōu)良的燒結(jié)性能。熱壓工藝是把坯料的成型和燒成結(jié)合為一個過程，即坯料在高溫同時又在壓力下一次成型并燒結(jié)。這種方法在冶金工業(yè)中用于粉末冶金已有數(shù)十年的歷史，在特種耐火材料工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)逐步推廣應用。采用熱壓成型燒結(jié)，可以縮短制造時間，降結(jié)溫度，改善制品的顯微結(jié)構，增加制品的致密度，提高材料的性能。選擇適當?shù)臏囟取毫团髁狭６鹊葻釅汗に嚄l件，就可達到優(yōu)良的熱壓效果。熱壓工藝對難熔化合物的制造特別有用。熱壓用的模具因為既要經(jīng)受1000℃以上的高溫，并且還要在高溫下承受數(shù)kN的壓力，因此，對制造難熔化合物制品一般均用高強度石墨作模具。