Υπόστρωμα SiC 4H/6H-P 3C-N 45,5mm~150,0mm Z βαθμός P βαθμός D βαθμός

4H/6H-P 3C-N SiC υποστρώματος Abstract

Η παρούσα μελέτη διερευνά τις δομικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες των υποστρωμάτων του πολυτύπου του καρβιδίου του πυριτίου (SiC) 4H/6H που ενσωματώνονται με επεταξιακά καλλιεργημένες ταινίες 3C-N SiC.Η πολυτυπική μετάβαση μεταξύ 4H/6H-SiC και 3C-N-SiC προσφέρει μοναδικές ευκαιρίες για τη βελτίωση των επιδόσεων των συσκευών ημιαγωγών με βάση το SiCΜέσω της χημικής εναπόθεσης ατμών υψηλής θερμοκρασίας (CVD), οι ταινίες 3C-SiC εναποτίθενται σε υποστρώματα 4H/6H-SiC, με στόχο τη μείωση της ασυμφωνίας του πλέγματος και της πυκνότητας εκτόξευσης.Λεπτομερή ανάλυση με χρήση διαθλασμού ακτίνων Χ (XRD), η μικροσκόπηση ατομικής δύναμης (AFM) και η ηλεκτρονική μικροσκόπηση μετάδοσης (TEM) αποκαλύπτουν την επιταξιακή ευθυγράμμιση και τη μορφολογία της επιφάνειας των ταινιών.Ηλεκτρικές μετρήσεις δείχνουν βελτιωμένη κινητικότητα φορέα και τάση διακοπής, καθιστώντας αυτή τη διαμόρφωση υποστρώματος υποσχόμενη για ηλεκτρονικές εφαρμογές υψηλής ισχύος και υψηλής συχνότητας επόμενης γενιάς.Η μελέτη τονίζει τη σημασία της βελτιστοποίησης των συνθηκών ανάπτυξης για την ελαχιστοποίηση των ελαττωμάτων και την ενίσχυση της δομικής συνοχής μεταξύ των διαφόρων πολυτύπων SiC.

Οι ιδιότητες του υπόστρωμα SiC 4H/6H-P 3C-N

Τα υποστρώματα πολυτύπου (P) καρβιδίου του πυριτίου (SiC) 4H/6H με ταινίες SiC 3C-N (πολυμετρικές με άζωτο) παρουσιάζουν συνδυασμό ιδιοτήτων που είναι ευεργετικές για διάφορες υψηλής ισχύος, υψηλής συχνότητας,και εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίαςΑκολουθούν οι βασικές ιδιότητες αυτών των υλικών:

1.Πολυτύποι και κρυστάλλινη δομή:

• 4H-SiC και 6H-SiC:Αυτές είναι εξαγωνικές κρυστάλλινες δομές με διαφορετικές ακολουθίες στοιβάσματος από διεπίστωση Si-C. Το "H" υποδηλώνει εξαγωνική συμμετρία και οι αριθμοί αναφέρονται στον αριθμό των στρωμάτων στην ακολουθία στοιβάσματος.
  • 4H-SiC:Προσφέρει υψηλότερη κινητικότητα ηλεκτρονίων και ευρύτερο εύρος ζώνης (περίπου 3,2 eV), καθιστώντας το κατάλληλο για συσκευές υψηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος.
  • 6H-SiC:Έχει ελαφρώς χαμηλότερη κινητικότητα ηλεκτρονίων και εύρος ζώνης (περίπου 3,0 eV) σε σύγκριση με το 4H-SiC, αλλά εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στην ηλεκτρονική ισχύος.
• 3C-SiC (κυβικό):Η κυβική μορφή του SiC (3C-SiC) έχει συνήθως μια πιο ισοτροπική κρυσταλλική δομή, οδηγώντας σε ευκολότερη επιταξιακή ανάπτυξη σε υποστρώματα με χαμηλότερες πυκνότητες εκτόξευσης.36 eV και είναι ευνοϊκό για ενσωμάτωση με ηλεκτρονικές συσκευές.

2.Ηλεκτρονικές ιδιότητες:

• Μεγάλο εύρος:Το SiC έχει ευρύ εύρος ζώνης που του επιτρέπει να λειτουργεί αποτελεσματικά σε υψηλές θερμοκρασίες και τάσεις.
  • 4H-SiC:3.2 eV
  • 6H-SiC:30,0 eV
  • 3C-SiC:2.36 eV
• Ηλεκτρικό πεδίο υψηλής διάσπασης:Το υψηλό ηλεκτρικό πεδίο διάσπασης (~ 3-4 MV / cm) καθιστά αυτά τα υλικά ιδανικά για συσκευές ισχύος που πρέπει να αντέχουν σε υψηλές τάσεις χωρίς να καταρρέουν.
• Κινητικότητα φορέα:
  • 4H-SiC:Υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων (~ 800 cm2/Vs) σε σύγκριση με το 6H-SiC.
  • 6H-SiC:Μέτρια κινητικότητα ηλεκτρονίων (~ 400 cm2/Vs).
  • 3C-SiC:Η κυβική μορφή έχει συνήθως υψηλότερη κινητικότητα ηλεκτρονίων από τις εξάγωνες μορφές, καθιστώντας την επιθυμητή για ηλεκτρονικές συσκευές.

3.Θερμικές ιδιότητες:

• Υψηλή θερμική αγωγιμότητα:Το SiC έχει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα (~3-4 W/cm·K), επιτρέποντας αποτελεσματική διάχυση θερμότητας, η οποία είναι κρίσιμη για την ηλεκτρονική υψηλής ισχύος.
• Θερμική σταθερότητα:Το SiC παραμένει σταθερό σε θερμοκρασίες άνω των 1000°C, καθιστώντας το κατάλληλο για περιβάλλον υψηλών θερμοκρασιών.

4.Μηχανικές ιδιότητες:

• Υψηλή σκληρότητα και αντοχή:Το SiC είναι ένα εξαιρετικά σκληρό υλικό (κορδότητα Mohs 9,5), καθιστώντας το ανθεκτικό στην φθορά και τις μηχανικές βλάβες.
• Υψηλό Μοντέλο Νέων:Έχει υψηλό μοντέλο Young's (~410 GPa), συμβάλλοντας στην ακαμψία και αντοχή του σε μηχανικές εφαρμογές.

5.Χημικές ιδιότητες:

• Χημική σταθερότητα:Το SiC είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στη χημική διάβρωση και οξείδωση, γεγονός που το καθιστά κατάλληλο για σκληρά περιβάλλοντα, συμπεριλαμβανομένων εκείνων με διαβρωτικά αέρια και χημικά.
• Χαμηλή χημική αντιδραστικότητα:Η ιδιότητα αυτή ενισχύει περαιτέρω τη σταθερότητα και τις επιδόσεις της σε απαιτητικές εφαρμογές.

6.Οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες:

• Φωτοφωτισμό:Το 3C-SiC παρουσιάζει φωτοφωτισμό, καθιστώντας το χρήσιμο σε οπτοηλεκτρονικές συσκευές, ιδιαίτερα εκείνες που λειτουργούν στην υπεριώδη περιοχή.
• Υψηλή ευαισθησία σε υπεριώδη ακτίνα:Το ευρύ εύρος των υλικών SiC τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται σε ανιχνευτές UV και άλλες εφαρμογές οπτικοηλεκτρονικών.

7.Χαρακτηριστικά ντόπινγκ:

• Νιτρογόνο ντόπινγκ (τύπου N):Το άζωτο χρησιμοποιείται συχνά ως ντοπαντικό n-τύπου στο 3C-SiC, το οποίο ενισχύει την αγωγιμότητά του και τη συγκέντρωσή του ως φορέα ηλεκτρονίων.Ο ακριβής έλεγχος των επιπέδων ντόπινγκ επιτρέπει τη λεπτή ρύθμιση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων του υποστρώματος.

8.Εφαρμογές:

• Ηλεκτρονική ενέργεια:Η υψηλή τάση διάσπασης, το ευρύ εύρος ζώνης και η θερμική αγωγιμότητα καθιστούν αυτά τα υποστρώματα ιδανικά για ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος, όπως MOSFET, IGBT και διόδους Schottky.
• Συσκευές υψηλής συχνότητας:Η υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων στο 4H-SiC και το 3C-SiC επιτρέπει την αποτελεσματική λειτουργία υψηλής συχνότητας, καθιστώντας τα κατάλληλα για εφαρμογές ραδιοσυχνοτήτων και μικροκυμάτων.
• Οπτοηλεκτρονικά:Οι οπτικές ιδιότητες του 3C-SiC το καθιστούν υποψήφιο για ανιχνευτές υπεριώδους ακτινοβολίας και άλλες φωτονικές εφαρμογές.

Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν τον συνδυασμό του 4H/6H-P και του 3C-N SiC ένα ευέλικτο υπόστρωμα για ένα ευρύ φάσμα προηγμένων ηλεκτρονικών, οπτοηλεκτρονικών και εφαρμογών υψηλής θερμοκρασίας.

Φωτογραφία υποστρώματος SiC 4H/6H-P 3C-N

Εφαρμογές του υποστρώματος SiC 4H/6H-P 3C-N

Ο συνδυασμός των υπόστρωτων 4H/6H-P και 3C-N SiC έχει μια σειρά εφαρμογών σε διάφορες βιομηχανίες, ιδιαίτερα σε συσκευές υψηλής ισχύος, υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής συχνότητας.Παρακάτω παρατίθενται ορισμένες από τις βασικές εφαρμογές:

1.Ηλεκτρονική ενέργεια:

• Συσκευές υψηλής τάσης:Το ευρύ εύρος ζώνης και το υψηλό ηλεκτρικό πεδίο διάσπασης του 4H-SiC και του 6H-SiC καθιστούν αυτά τα υπόστρωμα ιδανικά για συσκευές ισχύος όπως MOSFET, IGBT,και διόδους Schottky που πρέπει να λειτουργούν σε υψηλές τάσεις και ρεύματαΟι συσκευές αυτές χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά οχήματα (EV), βιομηχανικές κινητήρες και δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας.
• Μετατροπή ισχύος υψηλής απόδοσης:Οι συσκευές που βασίζονται σε SiC επιτρέπουν την αποτελεσματική μετατροπή ενέργειας με χαμηλότερες απώλειες ενέργειας, καθιστώντας τους κατάλληλους για εφαρμογές όπως οι μετατροπείς σε συστήματα ηλιακής ενέργειας, ανεμογεννήτριες,και μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.

2.Εφαρμογές υψηλής συχνότητας και ραδιοσυχνοτήτων:

• Συσκευές ραδιοσυχνοτήτων και μικροκυμάτων:Η υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων και η τάση διάσπασης του 4H-SiC το καθιστούν κατάλληλο για συσκευές ραδιοσυχνοτήτων (RF) και μικροκυμάτων.και δορυφορικές επικοινωνίες, όπου η λειτουργία υψηλής συχνότητας και η θερμική σταθερότητα είναι απαραίτητες.
• 5G Τηλεπικοινωνίες:Τα υποστρώματα SiC χρησιμοποιούνται σε ενισχυτές ισχύος και διακόπτες για δίκτυα 5G λόγω της ικανότητάς τους να χειρίζονται σήματα υψηλής συχνότητας με χαμηλές απώλειες ισχύος.

3.Αεροδιαστημική και Άμυνα:

• Αισθητήρες υψηλής θερμοκρασίας και ηλεκτρονικά:Η θερμική σταθερότητα και η αντοχή στη ακτινοβολία του SiC το καθιστούν κατάλληλο για αεροδιαστημικές και αμυντικές εφαρμογές.και τις σκληρές συνθήκες που βρίσκονται στην εξερεύνηση του διαστήματος, στρατιωτικό εξοπλισμό και αεροπορικά συστήματα.
• Συστήματα τροφοδοσίας ενέργειας:Η ηλεκτρονική ισχύος με βάση το SiC χρησιμοποιείται σε συστήματα τροφοδοσίας ενέργειας αεροσκαφών και διαστημικών σκαφών για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και τη μείωση του βάρους και των απαιτήσεων ψύξης.

4.Βιομηχανία αυτοκινήτων:

• Ηλεκτρικά οχήματα:Τα υποστρώματα SiC χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στην ηλεκτρονική ισχύς για ηλεκτρικά οχήματα, όπως οι μετατροπείς, οι ενσωματωμένοι φορτιστές και οι μετατροπείς DC-DC.Η υψηλή απόδοση του SiC συμβάλλει στην παράταση της ζωής της μπαταρίας και στην αύξηση της αυτονομίας των ηλεκτρικών οχημάτων.
• Σταθμοί ταχείας φόρτισης:Οι συσκευές SiC επιτρέπουν ταχύτερη και πιο αποτελεσματική μετατροπή ισχύος σε σταθμούς ταχείας φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων, συμβάλλοντας στη μείωση των χρόνων φόρτισης και στη βελτίωση της απόδοσης μεταφοράς ενέργειας.

5.Βιομηχανικές εφαρμογές:

• Οδηγίες κινητήρα και χειριστήρια:Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία, τη ρομποτική, την ηλεκτρονική και την ηλεκτρονική βιομηχανία.και αυτοματοποίηση.
• Συστήματα ανανεώσιμης ενέργειας:Τα υποστρώματα SiC είναι κρίσιμα σε συστήματα ανανεώσιμης ενέργειας όπως οι ηλιακοί μετατροπείς και οι ελεγκτές ανεμογεννητριών, όπου η αποτελεσματική μετατροπή ισχύος και η θερμική διαχείριση είναι απαραίτητες για αξιόπιστη λειτουργία.

6.Ιατρικές συσκευές:

• Υψηλής ακρίβειας ιατρικός εξοπλισμός:Η χημική σταθερότητα και η βιοσυμβατότητα του SiC επιτρέπουν τη χρήση του σε ιατρικές συσκευές, όπως εμφυτεύσιμα αισθητήρες, διαγνωστικό εξοπλισμό και ιατρικά λέιζερ υψηλής ισχύος.Η ικανότητά του να λειτουργεί σε υψηλές συχνότητες με χαμηλές απώλειες ισχύος είναι απαραίτητη σε ιατρικές εφαρμογές ακριβείας.
• Ηλεκτρονική συσκευή με ακτινοβολία:Η αντοχή του SiC στην ακτινοβολία το καθιστά κατάλληλο για ιατρικές συσκευές απεικόνισης και εξοπλισμό ακτινοθεραπείας, όπου η αξιοπιστία και η ακρίβεια είναι κρίσιμες.

7.Οπτοηλεκτρονικά:

• Ανιχνευτές UV και φωτοανιχνευτές:Το bandgap του 3C-SiC το καθιστά ευαίσθητο στο υπεριώδες (UV) φως, καθιστώντας το χρήσιμο για ανιχνευτές UV σε βιομηχανικές, επιστημονικές και περιβαλλοντικές εφαρμογές παρακολούθησης.Αυτοί οι ανιχνευτές χρησιμοποιούνται στην ανίχνευση φλόγας., διαστημικά τηλεσκόπια, και χημική ανάλυση.
• Δορυφόροι και λέιζερ:Τα υποστρώματα SiC χρησιμοποιούνται σε διόδους εκπομπής φωτός (LED) και διόδους λέιζερ, ιδίως σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή φωτεινότητα και αντοχή, όπως φωτισμός αυτοκινήτων, οθόνες,και φωτισμός στερεών στοιχείων.

8.Ενεργειακά συστήματα:

• Μετασχηματιστές στερεής κατάστασης:Οι συσκευές ισχύος SiC χρησιμοποιούνται σε μετασχηματιστές στερεής κατάστασης, οι οποίοι είναι πιο αποδοτικοί και συμπαγείς από τους παραδοσιακούς μετασχηματιστές.
• Συστήματα διαχείρισης μπαταριών:Οι συσκευές SiC στα συστήματα διαχείρισης μπαταριών βελτιώνουν την αποτελεσματικότητα και την ασφάλεια των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας που χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις ανανεώσιμης ενέργειας και ηλεκτρικά οχήματα.

9.Κατασκευή ημιαγωγών:

• Υποστρώματα επιταξιακής ανάπτυξης:Η ενσωμάτωση του 3C-SiC σε υποστρώματα 4H/6H-SiC είναι σημαντική για τη μείωση των ελαττωμάτων στις διαδικασίες επιταξιακής ανάπτυξης, οδηγώντας σε βελτιωμένες επιδόσεις των συσκευών ημιαγωγών.Αυτό είναι ιδιαίτερα επωφελές στην παραγωγή τρανζίστορ υψηλών επιδόσεων και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
• Συσκευές GaN-on-SiC:Τα υποστρώματα SiC χρησιμοποιούνται για την επιταξία του νιτρικού γαλλίου (GaN) σε συσκευές ημιαγωγών υψηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος.,και συστήματα ραντάρ.

10.Επικίνδυνο περιβάλλον Ηλεκτρονικά:

• Έρευνα πετρελαίου και φυσικού αερίου:Οι συσκευές SiC χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά για την γεωτρική και την εξερεύνηση πετρελαίου, όπου πρέπει να αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες, πιέσεις και διαβρωτικά περιβάλλοντα.
• Βιομηχανική αυτοματοποίηση:Σε σκληρά βιομηχανικά περιβάλλοντα με υψηλές θερμοκρασίες και έκθεση σε χημικές ουσίες, τα ηλεκτρονικά προϊόντα με βάση το SiC παρέχουν αξιοπιστία και αντοχή για συστήματα αυτοματισμού και ελέγχου.

Οι εφαρμογές αυτές υπογραμμίζουν την ευελιξία και τη σημασία των υποστρωμάτων 4H/6H-P 3C-N SiC για την προώθηση της σύγχρονης τεχνολογίας σε μια σειρά βιομηχανιών.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ 4H-SiC και 6H-SiC;

Εν ολίγοις, κατά την επιλογή μεταξύ 4H-SiC και 6H-SiC: Επιλέξτε 4H-SiC για ηλεκτρονικά υψηλής ισχύος και υψηλής συχνότητας όπου η θερμική διαχείριση είναι κρίσιμη.Επιλέξτε 6H-SiC για εφαρμογές που δίνουν προτεραιότητα στην εκπομπή φωτός και τη μηχανική αντοχή, συμπεριλαμβανομένων των LED και των μηχανικών εξαρτημάτων.

Κλειδιώδεις λέξεις: SiC Substrate SiC wafer wafer καρβιδίου του πυριτίου