陶瓷材料，简单来说就是“高温烧出来的硬核科技结晶”！它们是用天然或人工合成的无机非金属粉末（比如氧化铝、碳化硅等），经过高温烧结“烤箱”烤制而成的硬核材料。

从千家万户的“瓶瓶罐罐”到科技圈的“高冷大佬”，这些看似低调的材料界“硬核玩家”，陶瓷材料通过对更高纯度、粒度分布更均匀的原料选择，采用先进的成型技术和烧结制备技术，具有了更优异的力学性能（如高强度、高硬度、高韧性等）、热学性能（如耐高温、低热膨胀系数等）、电学性能（如高绝缘性、高介电常数等）以及化学稳定性（如耐酸碱腐蚀、抗氧化等），得以在芯片世界里疯狂输出，成为妥妥的半导体行业“最强辅助天团”！

氧化铝（Al₂O₃）：半导体界的“性价比战神”

氧化铝粉末，图片来源于网络

氧化铝在半导体行业堪称“性价比之王”，主要作为刻蚀机腔体内衬和封装基板的关键材料，凭借出色的耐腐蚀性、绝缘性和散热能力守护芯片制造全流程。硬度仅次于金刚石却更容易加工，更不用说其成本只有高端陶瓷材料的三分之一。这种“务实主义”特质让它成为了半导体设备厂商和封装企业的“心头好”。

有意思的是，即便在碳化硅、氮化镓等第三代半导体材料大行其道的今天，氧化铝依然保持着惊人的市场占有率，全球超过90%的刻蚀设备仍然离不开它的保护，堪称半导体材料界的“常青树”。

氮化铝（AlN）：散热江湖我称王

氮化铝粉末，图片来源于网络

当高功率芯片在运行时“高烧不退”时，氮化铝基板就像一块“退烧贴”，以170-200W/m·K的超高导热性能快速带走热量，更妙的是它的热膨胀系数与硅芯片几乎完美匹配，避免了因“热胀冷缩”而产生的内伤。在面对第三代半导体材料碳化硅器件的散热挑战，氮化铝依然游刃有余，用实力证明自己仍是高功率电子散热领域的“隐形冠军”。

氮化铝的导热性能高度依赖于粉体的纯度和粒度分布。若粉体颗粒过粗，烧结后的陶瓷内部会存在气孔，降低导热率；而颗粒过细则容易导致粉体团聚，使烧结体致密度下降。因此，高纯（>99.5%）、亚微米级（0.5-1μm）的氮化铝粉体是制备高性能基板的关键。

由于氮化铝极易水解，粒度测试环境禁止使用水或含水溶剂。湿法测试时，分散介质须用无水乙醇（需严格脱水处理）、异丙醇或烷烃类溶剂，在合适功率和时间下超声分散（注意避免过度超声导致颗粒破碎）。

干法测试时，使用干燥气源分散，是避免水解的有效选择。通过压力滴定试验选择合适的分散压力。

常用粒度指标为：

• D10（累积分布达到10%的粒径，表示小颗粒部分）

• D50（累积分布达到50%的粒径，表示中间粒径）

• D90（累积分布达到90%的粒径，表示大颗粒部分）

• Span（表示分布宽度。值越小，分布越窄）。

氮化硅（Si3N4）：热震不碎、高压不垮，不可替代的“材料特种兵”

氮化硅粉末，图源于网络

在先进制程（3nm及以下）中，氮化硅凭借极致的耐等离子体腐蚀性和机械稳定性，成为刻蚀/沉积设备的核心耗材（如承载盘、喷嘴），使用寿命可超2万小时。同时，其高硬度、低摩擦系数特性正推动电动车电机陶瓷轴承的普及，耐受转速达15万转/分，寿命较钢轴承提升3倍。

氮化硅的力学性能与烧结活性直接受粉体粒度影响：纳米级（<100nm）粉体可提升烧结致密度，使陶瓷断裂韧性提高，但成本较高；而微米级（0.5-2μm）粉体更适合大规模生产。

与氮化铝不同，氮化硅在水中的化学稳定性相对较高（水解速度慢得多）。故湿法测试常用水介质测试，往粉体加入适量分散剂（六偏磷酸钠），先通过磁力搅拌等混合设备使其形成悬浮液，后在合适功率和时间下超声分散，如有必要可在测试过程进行持续超声分散测试。干法测试也需要通过压力滴定、加钢珠辅助分散试验等找到合适的测试方案。

碳化硅（SIC）：C位出道的半导体“尖兵”

碳化硅粉末，图源于网络

碳化硅不仅在半导体器件材料领域“冲锋陷阵”，还以陶瓷形态为芯片制造设备保驾护航——作为外延生长设备的承载托盘，它在1600℃的严苛环境中依然能保持稳定。

在衬底应用中，碳化硅单晶的生长质量与原料粉体的纯度（>99.9995%）和粒度均匀性密切相关。粉体颗粒尺寸不均会导致长晶过程中缺陷增多，进而降低晶圆良率。目前，技术焦点集中在8英寸衬底的量产上，以降低成本（目标良率>50%）。预计到2030年，全球衬底市场规模将达到60亿美元。

未来十年，陶瓷材料将通过纳米级粉体纯化、低温共烧技术（LTCC）及异质集成工艺的迭代，深度融入第三代半导体生态，成为支撑算力爆发与能源革命的双重基石。