SiC_P含量对β-SiAlON/SiC纳米复相陶瓷的影响

为了研究SiC颗粒对β-SiAlON/SiC纳米复相陶瓷的作用及影响,以β-Si_3N_4,Al_2O_3及AlN作为形成β-SiAlON相的主要原料,以SiC颗粒为第二相,加入Y_2O_3作为烧结助剂,采用冷等静压成型及无压烧结工艺制备了β-SiAlON/SiC纳米复相陶瓷。利用XRD分析试样相组成,用SEM观察试样显微组织形貌,用EDS分析试样的元素组成。结果表明:SiC_P含量为5wt.%时,试样具有较高的密度及较低的失重率。随着SiC_P含量的增加,试样的径向收缩率和轴向收缩率均呈逐渐下降趋势;β-SiAlON相的z值从1变化至4,且逐步提高;β-SiAlON柱状晶的直径逐渐下降。

逐步回归分析在制备β-Sialon/SiC复合材料中的应用

以γ-Al2O3粉、金属硅粉、金属铝粉、SiC颗粒与细粉为原料,通过反应烧结的方法制备了β-Sialon/SiC复合材料;采用逐步回归分析方法对复合材料坯体的体积密度与原料的颗粒配比之间的关系进行了研究,得到了回归效果良好的数学模型,验证实验表明回归方程的预报结果与实验值相当接近,回归方程可用于β-Sialon/SiC复合材料常温物理性能的预报.

β-Sialon的含量对β-Sialon/SiC复相陶瓷热膨胀性能的影响

以SiC、Si粉、Al粉和a-Al2O3为原料,经1550℃氮气氛烧成制备了β-Sialon/SiC复相陶瓷,并研究了β-Sialon的含量对热膨胀性能的影响。结果表明,提高P-Sialon的含量对降低热膨胀系数(室温~1000℃)的效果十分显著,其中β-Sialon/SiC质量比为70:30的样品获得了最低的热膨胀系数,为3.49×10^-60℃;样品的吸水率、气孔率也随着β-Sialon含量的增加而逐渐降低,而体积密度逐渐上升;随着β-Sialon含量的提高,β-Sialon晶粒由颗粒状转变为棒状。

不同栅氧退火工艺下的SiC MOS电容及其界面电学特性

SiC MOS电容的电学特性和栅氧界面特性是评价和改进SiC MOS器件制造工艺的重要依据。通过依次测试SiC MOS器件的氧化物绝缘特性、界面态密度、偏压温度应力不稳定性(偏压温度应力条件下的平带电压漂移)、氧化物陷阱电荷密度和可动电荷密度的方法,对分别经过氮等离子体氧化后退火(POA)处理、氮氢混合等离子体POA处理、氮氢氧混合等离子体POA处理、氮氢氯混合等离子体POA处理的SiC MOS电容的电学特性和栅氧界面特性进行了分析。结果表明,该方法可以系统地评价SiC MOS电容电学特性和栅氧界面特性,经过氮氢氯混合等离子体POA处理的SiC MOS电容可以满足高温、大场强下长期运行的性能指标。

高压SiC器件电流互感器型取能装置耦合电容特性和抑制研究

高压碳化硅(SiC)器件驱动电路的隔离电源面临更高的dv/dt冲击,极易引起强共模干扰而导致器件失效。高频电流互感器(HCT)型取能是一种新型高压SiC器件隔离取能方法,但是其耦合电容与结构参量关联特性不清,难以有效提升抗dv/dt性能和实现小型化。该文首先,构建了HCT型隔离取能结构的三维仿真模型,系统地探究了其关键结构参量(隔离距离、偏心位置、绕组绕制方式、匝数等)对耦合电容的影响特性;然后,提出了HCT型取能结构多参量影响下的耦合电容优化方法,同等体积下达到耦合电容最小;最后,通过实验验证了所述方法和所研装置的有效性。结果表明,仅通过调整HCT型隔离取能结构穿心位置可降低约20%的耦合电容,所研取能装置隔离容值仅为0.74pF,比传统设计和同类商业产品分别降低了55%和70%,最大无局部放电电压达到15.5 kV。

单轴应变对本征和N掺杂4H-SiC电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了单轴应变对本征和N掺杂4H-SiC电子结构的影响.研究表明应变可以有效调控本征和N掺杂4H-SiC的带隙,在拉应变作用下,带隙单调减小;而在压应变作用下,带隙先增大后减小,当压应变为-1%时,带隙达到最大值.对态密度的分析可知本征和N掺杂4H-SiC的价带顶主要来自Si 3p和C 2p态电子,导带底主要来自Si 3p态电子,C 2p态和Si 3p态通过影响价带顶和导带底从而导致应变结构中带隙发生变化.通过Mulliken布局和差分电荷密度分析可知,随着晶格常数的增加Si原子向C原子和N原子转移的电荷减少,同时Si-C原子和Si-N原子之间的共价性减弱.

基于SiIGBT与SiCFET并联的新型混合器件特性解析及对比研究

对由SiC FET与Si IGBT并联组成的新型混合器件(HY_F)开展研究。首先,分析HY_F的基本结构与工作原理,并搭建HY_F的导通损耗模型、开通损耗模型以及关断损耗模型。其次,基于混合器件的仿真模型,分析HY_F与传统Si IGBT/SiC MOSFET混合器件(HY_M)在不同额定电流等级下损耗与成本的优劣势。仿真结果表明,当额定电流为较小(15 A)时,HY_M能以较低的成本实现更低的损耗;混合器件在额定电流较大(25 A、40 A)时,HY_F能以更低的成本实现更低的损耗。最后,通过实验验证结论的正确性。

连续吸波SiC纤维增强SiOC陶瓷基复合材料的高温吸波性能

利用带原位BN涂层的吸波SiC纤维为增强体,以硅氧碳(SiOC)陶瓷为基体,采用先驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)工艺制备SiC-BN/SiOC陶瓷基复合材料。在7个PIP制备周期后复合材料实现致密化,密度为2.05 g/cm^(3),孔隙率为4.28%。采用矢量网络分析仪测试介电常数,结合传输线理论对复合材料在8.2~18 GHz下室温至800℃的吸波性能进行计算优化。结果表明:SiC-BN/SiOC复合材料的室温介电常数呈现出明显的频散效应,使其具有良好的宽频吸波特性。当复合材料厚度为2.1 mm时,在X波段和Ku波段反射损耗优于-10 dB的最大频宽为5.7 GHz。此外,复合材料的复介电常数实部和虚部随着环境温度的升高而增大。在宽频反射损耗优于-5 dB的水平下,材料的最优厚度由2.3 mm(200℃)降至1.1 mm(800℃)。

SiC基辐射伏特电池研制及性能优化

为提升辐射伏特电池(简称辐伏电池)的总转换效率和输出功率,综合考虑耗尽区宽度、扩散长度及电极结构等因素对电荷收集效率、总转换效率及输出功率的影响,通过优化换能器件及电极结构,成功制备出总转换效率及输出功率较高的63Ni-SiC基PIN结换能器件。所制备的辐伏电池的短路电流、开路电压、输出功率及总转换效率分别达到了10.29~13.43 nA·cm^(-2)、1.32~1.44 V、11.66~14.69 nW·cm^(-2)及2.24%~2.82%。与团队之前的工作相比,开路电压、FF因子及总转换效率分别平均提高了127.50%、114.47%及512.10%,且总转换效率高于文献报道的结果(0.5%~1.99%)。结果表明:通过采用具有“浓度梯度层Ⅰ层”的PIN结构、优化结区宽度和掺杂浓度,以及优化电极材料和结构,可显著提升辐伏电池的总转换效率和输出功率,为辐伏电池的设计与制备提供了重要的理论参考和实验依据。

基于SiC器件的高压宽范围直流辅助电源

辅助电源是电力变换装置中的重要组成部分,在太阳能发电站等系统中,需应对高压宽范围输入下的稳定运行挑战。针对单管反激电源在高压宽范围输入导致的高电压应力、高成本以及低效率问题,该文基于级联反激变换器,首先进行了开关模态分析,深入研究计及寄生参数的开关工作过程;然后在此基础上,建立级联反激变换器的精确数学模型,研究了各核心元器件对电路性能的影响,并提出一种参数设计方法;最后基于SiC器件,搭建了一台300~1 500V输入、24 V输出的100 W辅助电源样机,变换器全工况运行中最高效率达到93.4%。结果验证了所设计的高压宽范围辅助电源方案的有效性。在低成本、宽输入范围和高电压应力条件下,保证了辅助电源的高效转换。

Li掺杂对4H-SiC光电性质影响的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Li掺杂4H-SiC体系的电子结构及光学性质.结果表明,掺杂前后的4H-SiC均为间接带隙半导体,Li原子间隙掺杂后形成n型半导体,Li原子替位式掺杂体系的禁带中出现了杂质能级,降低了电子跃迁时所需的能量;对电荷差分密度图的分析表明,Li原子失去电子,导致Li-C键和Li-Si键的共价性降低,以离子性为主;在可见光区域,相比于4H-SiC体系,掺杂体系的吸收率峰值均有所提高,其中Li间隙掺杂体系吸收带边最小,吸收率峰值最大,掺杂后的4H-SiC体系对红外、可见光、紫外均能够有所吸收,说明Li掺杂能够有效拓宽4H-SiC对光的响应范围.

一种基于开尔文封装的SiC MOSFET器件键合线状态监测方法

随着SiC MOSFET器件的广泛应用,其可靠性问题备受关注。键合线失效是SiC MOSFET器件故障的主要原因,因此需要对其进行状态监测以保证器件的正常运行。文中提出一种基于开尔文封装的SiC MOSFET器件键合线状态监测方法。当键合线失效时,其等效阻抗会发生变化,故在开尔文源极和功率源极之间注入恒定的高频脉动电流,将阻抗的变化转换为开尔文源极和功率源极两端电压的变化,通过该电压对键合线健康状态进行监测。实验结果表明,所提方法监测参量的变化可以直观地反映失效键合线的数目。该方法通过外加高频脉动电流源实现对键合线的监测,只需测量对应电压,参数提取简单,特征参量与键合线失效关系明显,无需复杂的数据处理和计算;此外,还不受源极电流等功率回路参数和驱动回路的影响,电路结构精简可靠,具有在线监测的潜力。

SiC及其复合材料的发展与应用

碳化硅(Silicon Carbide,SiC)作为第三代半导体材料,因其出色的物理和化学性质在众多领域展现出巨大应用潜力。从结构(Structure)、性质(Properties)、应用(Applications)3个方面介绍了SiC材料,对SiC材料在半导体行业中的应用现状和发展前景进行了简要综述,为SiC材料的研究提供了新视角。

β-SiAlON及β-SiAlON-SiC复合材料合成的研究

首先对β-SiAlON及其复合材料的合成试验进行了热力学分析,在不同温度、不同z值条件下采用还原氮化法制备了β-SiAlON以及β-SiAlON-SiC复合材料;XRD和SEM分析表明,不管是以Si、Al、Al2O3还是以Si、Al2O3为原料,在氮气气氛下用Si3N4埋粉,在常温常压下都可以合成较纯的βSiAlON。通过改变z值和控制烧结温度等试验发现,当z=0.6、T=1723K时能合成较纯的β-SiAlON,但随着z值的增加,会有少量的O’SiAlON杂质相生成;通过SEM分析表明,在一定温度下,控制适宜的工艺条件,随着z值的增加,β-SiAlON晶粒间开始析出部分晶须,并逐渐转变为明显交织的棒状结构,从而提高材料的断裂韧性。

石墨对β-SiAlON-SiC材料抗熔碱侵蚀性能的影响

以SiC颗粒及细粉、Si粉、AlN粉、α-Al_(2)O_(3)微粉、鳞片石墨等为原料制备了β-SiAlON-SiC材料。研究了石墨(粒度为45和300μm,加入质量分数分别为3.0%、5.5%、7.5%、10.0%)对其抗熔碱侵蚀性的影响。结果表明:添加7.5%(w)粒度为300μm的石墨的β-SiAlON-SiC试样抗熔碱侵蚀性能最佳,熔碱侵蚀后质量变化率最低,常温抗折强度保持率和高温抗折强度保持率最高。

采用煤矸石基β-SiAlON制备β-SiAlON-SiC复合材料

首先,以煤矸石基β-SiAlON粉(以煤矸石和炭黑为原料,采用碳热还原氮化法合成)、硅粉、铝粉和α-Al2O3微粉为原料,采用二次氮化法制备了β-SiAlON材料,研究了原料配比、合成温度以及煤矸石基β-SiAlON粉纯度对β-SiAlON材料性能的影响。然后,选择二次氮化制备β-SiAlON材料的合适工艺参数,分别以不同量(质量分数分别为30%、50%和70%)SiC取代煤矸石基β-SiAlON粉,制备了不同复合比例的β-SiAlON-SiC材料。结果表明:(1)在二次氮化制备β-SiAlON材料时,增加Si粉、Al粉和α-Al2O3微粉加入量以及提高合成温度均有利于提高β-SiAlON的常温抗折强度和体积密度,降低其显气孔率;采用未除杂的煤矸石基β-SiAlON粉有利于β-SiAlON的强度。(2)在制备β-SiAlON-SiC复合材料时,SiC的最佳加入量(质量分数)为50%。

α+β-Sialon-SiC_(pl)复合材料的制备与力学性能

用热压法制备了添加SiC板粒（SiCpl）的α＋βSialon复合材料，并考察了其力学性能，分析了SiCpl的增韧机制。结果表明，随SiCpl含量的增加，材料的致密度下降，基体Sialon中的α相含量增加，复合材料的维氏硬度及弹性模量随SuCpl含量的增加而增大，SiCpl含量增加提高了材料的断裂韧性而降低了抗弯强度。

干压成型法制备SiC-Sialon复相材料的研究

以金属Al,Si,SiO2,SiC为原料,采用干压成型法制备试样,试样的氮化烧结条件为1450℃,1500℃,1550℃,1600℃各保温2h。试验结果表明:采用β'-Sialon质量分数为35%,SiC质量分数为65%的配料组成的试样,经1550℃保温2h的氮化烧结,可制备出烧结性能良好的SiC-Sialon复相材料,其体积密度为2.97gcm-3,气孔率14%,常温抗折强度可达52.3MPa。

β-Sialon-Al_2O_3-SiC系复相材料的研制和性能

研究了在 15 0 0℃的流动氮气中 ,用Al粉、Si粉、Al2 O3粉、刚玉和SiC的颗粒及细粉直接制备 β Sialon -Al2 O3-SiC系复相材料的氮化烧结技术。XRD和SEM分析表明 ,结合相 β Sialon的显微形貌随刚玉量的增加由纤维状向棱柱状转变 ,发育良好。复相材料的高温抗折强度高于常温抗折强度。抗热震试验结果显示 :添加适量的刚玉对β Sialon -SiC复相材料和添加适量的SiC对β Sialon -刚玉 复相材料都具有良好的增韧效果 ,这是β Sialon的纤维增强及柱状晶体原位自补强增韧和复合弥散相增韧综合作用的结果。抗碱和抗高炉渣试验均显示了该复相材料优良的抗碱和抗铁渣侵蚀能力。

黄河泥沙非传统资源制备O′-SiAlON/SiC耐火材料

利用黄河泥沙合成O′-SiAlON/SiC复相耐火材料,着重将胶态成型工艺应用到制备过程中,即利用注浆成型工艺制备坯体,使坯体结构更均匀,同时促进最终产物的生成。探索了注浆成型中各工艺参数对坯体性能的影响,利用正交实验对注浆成型工艺参数进行了优化设计,并得到最佳工艺参数,在此工艺条件下制备的坯体密度最高(1.86 g/cm^3)。最终在较低的烧结温度下制备出O′-SiAlON/SiC复相耐火材料,该材料具有相对较高的O′-SiAlON/SiC比及较少的杂质相含量。