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第三代半导体材料，主要代表碳化硅和氮化相对于前两代半导体材料而言，在高温、高压、高频的工作环境下有着明显的优势。

碳化硅早在1842年就被发现了，直到1955年才开发出生长碳化硅晶体材料的方法，1987年商业化生产的的碳化硅才进入市场，21世纪后碳化硅的商业应用才算铺开。

与硅相比，碳化硅具有更高的禁带宽度，禁带宽度越宽，临界击穿电压越大，高电压下可以减少所需器件数目。具有高饱和电子飘逸速度，制作的元件开关速度大约是硅的3-10倍，高压条件下能高频操作，所需的驱动功率小，电路能量损耗低。具有高热导率，可减少所需的冷却系统，也更适用于高功率场景下的使用，一般的硅半导体器件只能在100℃以下正常运行，器件虽然能在200℃以上工作，但是效率大大下降，而碳化硅的工作温度可达600℃，具有很强的耐热性。并且混合SIC器件体积更小，工作损耗的降低以及工作温度的上升使得集成度提高，体积减小。

（一）碳化硅的合成和用途

碳化硅的合成是在一种特殊的电阻炉中进行的，这个炉子实际上就只是一根石墨电阻发热体，它是用石墨颗粒或碳粒堆积成柱状而成的。这根发热体放在中间，上述原料按硅石52%~54%，焦炭35%，木屑11%，工业盐1.5%~4%的比例均匀混合，紧密地充填在石墨发热体的四周。当通电加热后，混合物就进行化学反应，生成碳化硅。其反应式为：

SiO2+3C→SiC+2CO↑

反应的开始温度约在1400℃，产物为低温型的β-SiC，基结晶非常细小，它可以稳定到2100℃，此后慢慢向高温型的α-SiC转化。α-SiC可以稳定到2400℃而不发生显著的分解，至2600℃以上时升华分解，挥发出硅蒸气，残留下石墨。所以一般选择反应的终温度为1900~2200℃。反应合成的产物为块状结晶聚合体，需粉碎成不同粒度的颗粒或粉料，同时除去其中的杂质。

一般来说，碳化硅耐火材料具有多方面的优良性能，例如，在比较宽的温度范围内具有高的强度、高的抗热震性、优良的耐磨性能、高的热导率、耐化学腐蚀性等。不过，也应看到，它的弱点是能力差，由此而造成高温积胀大、变形等降低了使用寿命。

为了提高碳化硅耐火材料的性能，在结合剂方面做了不少的选择工作。使用粘土(包括氧化物)结合，但并未能起到保护作用，碳化硅颗粒仍然受到氧化和侵蚀。50年代末，选择用氮化硅(Si3N4)结合，作为碳化硅耐火材料的改进产品，确实具有很好的性(见图1)，且无显著的膨胀现象。但是价格较贵；加之在反复加热冷却时有突然***的可能；而氮化硅本身的网络结构带有渗透性，不能从根本上保护碳化硅不被氧化。60年代初，又出现了用氧氮化硅(Si2ON2)结合的碳化硅耐火材料，比之氮化硅结合具有更好的性能，因为氧氮化硅粘附于碳化硅表面的氧化硅薄膜，并与其反应形成和碳化硅牢固结合的连续保护膜。同时，这种材料的价格适当，相当于用氧化物结合的碳化硅材料。