第三代半导体：电动车只是开胃菜，制霸太空才是大餐本文系基于公开资料撰写

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在金星大气中发现磷化氢气体（现在有点争议）激起了人们对可能前往金星执行探索任务的兴奋之情，磷化氢气体的发现说明可能存在微生物生命。不过，这颗从太阳向外数的第二颗行星的环境非常极端，即便是登陆时间最长的苏联“金星13号”探测器也只能发送2小时7分钟的数据。金星表面平均温度为464℃ ，大气中充满腐蚀性极强的硫酸飞沫，表面大气压力约为地球的90倍。尽管如此，科学家仍然视金星为我们地球的“姐妹” 。
当然，金星和地球的大小和质量非常接近。还有证据表明，两颗行星早期的情况也类似：30亿年前，金星可能像地球一样有着巨大的海洋，因此也许还有生命。那么，是什么灾难性事件导致金星上没有水了呢？行星科学家很想知道，因为它可能会告诉我们，随着气候变化，我们的命运如何。
为了解决这个问题以及金星的其他谜题，我们需要几台能力强大的机器人登陆器。那么，我们能造出可以在如此恶劣的环境中度过几个月甚至几年而非几个小时的机器（配备仪表、通信设备且具有可控性和机动性的设备）吗？
答案是：能。自20世纪60年代苏联开始向金星发射金星系列登陆器以来，材料技术取得了很大进步，足以确保未来登陆器的外壳和机械结构能够维持数月。不过，那些脆弱的电子产品呢？目前的硅基系统在金星环境下坚持不了一天。（当然，我们指的是地球日。金星的一天是243个地球日。）即使加上主动式冷却系统，也无法多坚持24小时。

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解决办法是将碳和硅这两种储量丰富的元素以1:1的比例结合在一起，制成一种叫碳化硅（SiC）的半导体。
碳化硅可以承受极高的温度，并且可在高温下正常工作。 NASA格伦研究中心的科学家已经让碳化硅电路在500℃的温度下运行了一年多，这证明它们不仅可以承受高温，而且可以在金星登陆器需要的寿命周期内持续运行。
碳化硅已经在太阳能逆变器、电动汽车电机驱动电子设备和先进的智能电网开关设备等动力电子领域崭露头角，但是，制造碳化硅电路使其能够控制在金星严酷的环境下运行的探测器并将数据发送回地球，将是对这种材料的极限测试。
如果成功，我们将不仅能在太阳系最不宜居的地点之一建立起一个移动前哨站，还将深入了解如何将无线传感器用在地球上从未应用过的地方，例如喷气式发动机和天然气涡轮机的叶片上、深井钻机的钻头和高温高压工业制造工艺的主机内部等。在这些地方放置电子设备有助于降低设备的操作和维护成本，同时改善工业环境中仪器和人员的表现和安全性。
事实上，我们团队（成员来自斯德哥尔摩瑞典皇家理工学院和费耶特维尔阿肯色大学）相信碳化硅电路可以帮助我们实现这个目标，甚至走得更远，用于我们还没有想到的应用领域。
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碳化硅并不是一种新材料。 1895年，爱德华?古德里奇?艾奇逊实现了碳化硅的大规模生产。在这位美国化学家试图制造人造钻石的实验中产生了碳化硅晶体。 1906年，亨利?哈里森?蔡斯?邓伍迪发明了碳化硅无线电探测器，这种化合物首次成功用作电子材料。直到今天，它仍被认为是第一款商用半导体器件。
不过，大尺寸的碳化硅晶体很难以可重复的方式制造，直到20世纪90年代末，工程师们才发明了能够使晶体很好地生长并用于制造功率晶体管的设备。
这些最初的碳化硅晶圆直径只有30毫米，但随着工业的发展，已经慢慢实现了50毫米、75毫米、100毫米、150毫米和现在200毫米的晶圆直径，这使设备变得更加经济。在过去20年里，伴随稳健的研究进步，现在碳化硅功率半导体器件已可以商业化采购。
作为一种半导体材料，碳化硅具有一些非常吸引人的特性。
首先，它的临界电场强度几乎是硅的10倍。临界电场强度基本上相当于物质分解的临界点，在该临界点，物质会开始不受控制地控导电，有时还会导致爆炸。因此，对比碳化硅器件和同尺寸硅器件，前者可以处理的电压是后者的10倍。
换句话说，如果两根晶体管处理的电压相同，碳化硅器件的尺寸可能要小得多。这种尺寸上的差异可转化为功耗优势。在相同的“击穿电压”（例如1200伏）下，碳化硅晶体管的“导通”电阻是硅晶体管的1/200到1/400 ，因此其功率损耗更低。尺寸更小的晶体管还可以在功率转换器中实现更高的开关频率，这意味着可以制造更小、更轻、更便宜的电容器和电感器。