2026年初，我国碳化硅（SiC）产业层面突破不断，露笑科技首次宣布制备出12英寸碳化硅单晶样品，完成从长晶到衬底全流程工艺开发测试。然而在光洁如镜的晶圆背后，有一个至关重要的原料起点——碳化硅粉体。从粉体到晶圆，是一场对纯度的极致追求，“高纯粉料制备”已成为必须攻克的核心技术壁垒之一。而碳化硅的价值远不止于半导体衬底，它正在导热领域掀起一场新的散热革命。

一、碳化硅的导热优势：从芯片封装到散热

1、压倒性的物理性能

碳化硅（SiC）具有仅次于金刚石的超高热导率，理论值可达490W/m·K。相比之下，传统硅材料仅约150W/m·K，陶瓷基板约为200-230W/m·K。这意味着在相同条件下，碳化硅传导热量的能力是硅的三倍以上。更关键的是，碳化硅的热膨胀系数与芯片材料高度匹配，使其在高效散热的同时，能保障封装结构的长期稳定性，避免因热应力导致芯片失效。

碳化硅SEM图（来源：绍兴晶彩）

2、导热核心应用领域

芯片封装内部的核心散热部件是目前碳化硅导热最受关注的前沿领域。英伟达在其新一代Rubin处理器设计中，计划将CoWoS先进封装的中间基板材料从硅更换为碳化硅，预计2027年大规模采用。

作为导热填料是碳化硅粉体的另一重要应用。华为公布的《导热组合物及其制备方法和应用》与《一种导热吸波组合物及其应用》两项专利，均以碳化硅为核心导热填料，应用领域覆盖电子元器件散热、封装芯片基板与散热盖制造，以及电路板热管理等关键场景。

制备高导热复合陶瓷部件同样展现碳化硅的潜力。通过烧结、3D打印等方式，可制成形状复杂、高导热的陶瓷结构件，适用于对散热和耐热有严苛要求的航空航天、能源系统等场景。

碳化硅陶瓷结构件

二、高纯粉体：晶体生长的“基因密码”

在光洁如镜、晶体均匀致密的晶圆背后，碳化硅粉体的纯度直接决定了晶圆的质量和性能。

1、纯度要求：6N只是起点

2025年8月，中国电子材料行业协会发布的团体标准《晶体生长用高纯碳化硅粉体》（T/CEMIA049-2025）明确规定：晶体生长用高纯碳化硅粉体的纯度不低于99.9999%（6N），且其中对硼、铝、钨、钙、铁、钒、钛等各杂质元素的含量不高于0.1×10⁻⁶。碳化硅粉体的各项参数都直接影响单晶生长的质量以及电学性能，粉体质量值得关注。

碳化硅粉体

2、高纯碳化硅粉体如何制备

目前，合成高纯SiC粉体主要有固相法、液相法和气相法三种途径：

（1）固相法

是工业量产的绝对主力，可分为碳热还原法和自蔓延高温合成法。

碳热还原法：以碳质材料和含硅氧化物为原料，在高温下发生碳热还原反应生成碳化硅。此法原料来源广泛、成本较低，适合大规模工业化生产，但纯度较低，通常只能达到3N-4N级。

自蔓延高温合成法：将金属硅粉和碳粉按比例混合，通过局部加热引燃反应，利用反应自身放热维持反应蔓延。该方法能耗少、效率高，但自发反应难以控制。在半导体晶圆原料制备中推广较快。

（2）液相法

溶胶–凝胶法：将有机Si或有机C作为前驱体处理得到凝胶，经过1460~1600℃左右的高温热处理使之发生碳热还原反应并最终得到SiC粉体。该法适合复杂结构粉体的合成，是实验室合成高纯超细陶瓷粉体的重要方法。

热分解法：一般可分为两种：一种是加热凝胶聚硅氧烷先驱体，使之分解释放小单体并形成SiO₂和C，最后通过碳热还原反应合成SiC粉体；另一种是加热聚硅烷/聚碳硅烷释放小单体后先形成Si–C骨架，最终形成SiC粉体。

（3）气相法

化学气相沉积法（CVD）：在大于理论反应温度下，使反应物蒸气形成较高的过饱和蒸气压，促使产物蒸气自动凝聚成晶核，最后聚集成颗粒。

除了常用的CVD法，气相反应法还包括等离子气相合成法（PICVD）和激光诱导化学气相沉积法（LICVD）等。气相法可以制备出高纯度、粒径均匀、结晶度好的粉体，但设备成本高、工艺复杂、生产效率相对较低。

常见SiC粉体合成方法及其优缺点

三、纯化工艺：杂质去除的关键工艺

合成只是第一步，对于晶体生长级应用，合成后的粉体往往需要进一步纯化，才能达到6N甚至更高的纯度要求。目前，工业上仍然采用碳化还原法大批量制备SiC粉体，往往含有较多的游离C、游离Si、SiO₂及Fe、Al、Mg、Ca等金属或金属氧化物杂质，如何快速并有效地对SiC微粉进行提纯处理，成为决定最终产品质量的关键环节。

1、无定形碳的去除

目前，SiC粉体中无定形碳的去除最主要的工艺有两种：

（1）化学除碳工艺：包括加热氧化法、化学氧化法和酸洗法。加热氧化法利用碳在高温下与氧反应生成CO₂气体逸出；化学氧化法采用强氧化剂将碳氧化去除；酸洗法则利用酸液溶解部分含碳杂质。

（2）物理除碳工艺：包括浮选法、重液分离法、水力旋流法和气流分选法等。其中浮选法利用碳与碳化硅表面疏水性的差异，通过气泡将碳杂质浮选分离，是工业上应用较广的方法。

浮选法去除游离C的过程示意图

SiC粉体中无定形碳去除方法的优缺点

2、金属及金属氧化物的去除

目前，金属及金属氧化物的去除方法主要有3种：酸碱处理法、电解法和磁选法。

酸处理法利用HNO₃和H₂SO₄等强氧化性酸与金属或金属氧化物反应生成可溶性盐，再经过水洗除去杂质。另外，HCl等常见的弱酸对Fe、A1、Mg等杂质的去除也有显著效果。而碱处理法则主要是利用NaOH 等碱性溶液对SiC粉体中的游离Si和SiO₂进行去除。研究表明，影响酸碱处理效果的主要因素是酸碱浓度、反应温度、搅拌速度、酸洗时间和粉体粒度等。

电解法是国际上较为常用的去除金属杂质的方法，其工艺较为成熟、污染少且经济效益高，但也存在电耗高和可溶性阳极材料消耗大、副反应多等不足。

磁选法主要去除Fe杂质及具有磁性的杂质，有干式和湿式磁选两种方式。通常，影响磁选效果的因素主要有磁场强度、磁选次数和粉体粒度大小，增大磁场强度、增加磁选次数和减小粉体粒径均可以适当提高磁选效果。

SiC粉体中金属及金属氧化物去除方法的优缺点

3、国产装备突破：高温纯化炉

除了上述常规方法，高温纯化装备正成为提升作为SiC粉体原料的石墨粉体纯度的关键手段。其核心原理是在真空环境下对石墨粉进行高温加热，通过提高真空度使杂质在达到其饱和蒸气压后挥发出去，同时利用卤素气体将难挥发的氧化物转变为低沸点的卤化物，从而实现高效提纯。

在装备层面，中国五矿王炯辉科研团队突破行业传统设计，联合装备企业自主研制开发连续式石墨纯化工艺及装备，通过物理化学提纯、低温高温连续提纯、超高真空提纯等多种技术组合，将石墨纯度从95%提升到99.99995%以上。山西中电科电子装备有限公司则开发了高温纯化装备，处理后第三代半导体SiC合成用超高纯石墨粉的纯度从99.9897%提升至99.999925%，完全满足行业严格要求。

小结

碳化硅在芯片散热领域的独特价值，源于其近乎极致的物理性能：高达490W/m·K的热导率，是硅材料的三倍以上；与芯片匹配的热膨胀系数，保障了封装结构的长期可靠性。与此同时，碳化硅在导热领域的应用场景也在不断拓展，粉体纯化技术的持续突破，正在书写属于它的导热新篇章。

粉体圈七七