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

4H/6H-P 3C-N SiC substrat Abstrakt

W niniejszym badaniu badano właściwości strukturalne i elektroniczne substratów z węglanu krzemu (SiC) typu 4H/6H, zintegrowanych z epitaksyalnie uprawianymi folikami SiC 3C-N.Politypowe przejście między 4H/6H-SiC a 3C-N-SiC oferuje wyjątkowe możliwości poprawy wydajności urządzeń półprzewodnikowych opartych na SiCPoprzez wysokotemperaturowe osadzenie par chemicznych (CVD) filmy 3C-SiC są osadzane na podłogach 4H/6H-SiC, mając na celu zmniejszenie nierówności siatki i gęstości zwichnięć.Szczegółowa analiza za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), mikroskopia siłowa atomowa (AFM) i mikroskopia elektroniczna transmisyjna (TEM) ujawniają wyrównanie epitaksyalne i morfologię powierzchni filmów.Pomiary elektryczne wskazują na poprawę mobilności nośnika i napięcia awaryjnego, co czyni tę konfigurację podłoża obiecującą dla nowej generacji zastosowań elektronicznych o dużej mocy i wysokiej częstotliwości.Badanie podkreśla znaczenie optymalizacji warunków wzrostu w celu zminimalizowania wad i zwiększenia spójności strukturalnej między różnymi politypami SiC.

Właściwości podłoża SiC 4H/6H-P 3C-N

Substraty z węglanu krzemu (SiC) politypu 4H/6H (P) z folii SiC 3C-N (dopingowanych azotem) wykazują połączenie właściwości korzystnych dla różnych urządzeń o wysokiej mocy, wysokiej częstotliwości,i zastosowań wysokotemperaturowychOto kluczowe właściwości tych materiałów:

1.Politypy i struktura kryształowa:

• 4H-SiC i 6H-SiC:Są to sześciokątne struktury krystaliczne z różnymi sekwencjami układania podwójnych warstw Si-C. "H" oznacza symetrię sześciokątną, a liczby odnoszą się do liczby warstw w sekwencji układania.
  • 4H-SiC:Oferuje większą mobilność elektronów i szerszą przestrzeń (około 3,2 eV), co czyni go odpowiednim dla urządzeń o wysokiej częstotliwości i mocy.
  • 6H-SiC:Ma nieco niższą mobilność elektronów i przepustkę (około 3,0 eV) w porównaniu z 4H-SiC, ale nadal jest stosowany w elektronikach mocy.
• 3C-SiC (kubiczna):Forma sześcienna SiC (3C-SiC) ma zazwyczaj bardziej izotropową strukturę krystaliczną, co prowadzi do łatwiejszego wzrostu epitaksjalnego na podłogach o niższej gęstości zwichnięć.36 eV i sprzyja integracji z urządzeniami elektronicznymi.

2.Właściwości elektroniczne:

• Szeroki zakres:SiC ma szeroki odstęp pasmowy, który pozwala mu działać efektywnie w wysokich temperaturach i napięciach.
  • 4H-SiC:3.2 eV
  • 6H-SiC:30,0 eV
  • 3C-SiC:20,36 eV
• Pole elektryczne o wysokim rozkładzie:Wysokie pole elektryczne rozkładu (~3-4 MV / cm) sprawia, że materiały te są idealne dla urządzeń energetycznych, które muszą wytrzymać wysokie napięcia bez awarii.
• Mobilność nośników:
  • 4H-SiC:Wysoka mobilność elektronów (~ 800 cm2/Vs) w porównaniu z 6H-SiC.
  • 6H-SiC:Umiarkowana mobilność elektronów (~ 400 cm2/Vs).
  • 3C-SiC:Kształt sześcienny ma zazwyczaj wyższą mobilność elektronów niż formy sześciokątne, co czyni go pożądanym dla urządzeń elektronicznych.

3.Właściwości termiczne:

• Wysoka przewodność cieplna:SiC ma doskonałą przewodność cieplną (~3-4 W/cm·K), umożliwiając efektywne rozpraszanie ciepła, co jest kluczowe dla elektroniki wysokiej mocy.
• Stabilność termiczna:SiC pozostaje stabilny w temperaturach przekraczających 1000°C, co czyni go odpowiednim do środowisk o wysokiej temperaturze.

4.Właściwości mechaniczne:

• Wysoka twardość i wytrzymałość:SiC jest niezwykle twardym materiałem (twardość Mohsa 9,5), dzięki czemu jest odporny na zużycie i uszkodzenia mechaniczne.
• Wysoki Modul Młodych:Ma wysoki moduł Young'a (~410 GPa), co przyczynia się do jego sztywności i trwałości w zastosowaniach mechanicznych.

5.Właściwości chemiczne:

• Stabilność chemiczna:SiC jest wysoce odporny na korozję chemiczną i utlenianie, co sprawia, że nadaje się do trudnych warunków, w tym tych z korozyjnymi gazami i substancjami chemicznymi.
• Niska reaktywność chemiczna:Właściwość ta dodatkowo zwiększa jego stabilność i wydajność w wymagających zastosowaniach.

6.Właściwości optoelektroniczne:

• Fotoluminescencja:3C-SiC wykazuje fotoluminescencję, co czyni go przydatnym w urządzeniach optoelektronicznych, zwłaszcza tych działających w zakresie ultrafioletowym.
• Wysoka wrażliwość na promieniowanie UV:Szeroka pasma materiałów SiC pozwala na ich zastosowanie w detektorach UV i innych zastosowaniach optoelektronicznych.

7.Charakterystyka dopingu:

• Doping azotowy (typ N):Azot jest często stosowany jako dopant typu n w 3C-SiC, co zwiększa jego przewodność i stężenie nośnika elektronów.Dokładna kontrola poziomu dopingu umożliwia precyzyjne dostosowanie właściwości elektrycznych podłoża.

8.Zastosowanie:

• Elektryka energetyczna:Wysokie napięcie awaryjne, szeroka przepustowość i przewodność cieplna sprawiają, że substraty te są idealne do urządzeń elektronicznych, takich jak MOSFET, IGBT i diody Schottky.
• Urządzenia o wysokiej częstotliwości:Wysoka mobilność elektronów w 4H-SiC i 3C-SiC pozwala na efektywną pracę na wysokiej częstotliwości, co sprawia, że nadają się do zastosowań RF i mikrofalowych.
• Optoelektronika:Właściwości optyczne 3C-SiC sprawiają, że jest kandydatem do detektorów UV i innych zastosowań fotonicznych.

Właściwości te sprawiają, że połączenie 4H/6H-P i 3C-N SiC jest wszechstronnym podłożem do szerokiego zakresu zaawansowanych zastosowań elektronicznych, optoelektronicznych i wysokotemperaturowych.

Fotografia podłoża SiC 4H/6H-P 3C-N

Zastosowania podłoża SiC 4H/6H-P 3C-N

Połączenie 4H/6H-P i 3C-N SiC ma szereg zastosowań w kilku gałęziach przemysłu, w szczególności w urządzeniach o wysokiej mocy, wysokiej temperaturze i wysokiej częstotliwości.Poniżej przedstawiono niektóre z głównych zastosowań:

1.Elektryka energetyczna:

• Urządzenia wysokonapięciowe:Szeroka przepustowość i wysoki rozkład pola elektrycznego 4H-SiC i 6H-SiC sprawiają, że substraty te są idealne do urządzeń energetycznych, takich jak MOSFET, IGBT,i diody Schottky, które muszą działać przy wysokich napięciach i prądachUrządzenia te są stosowane w pojazdach elektrycznych (EV), napędach silników przemysłowych i sieciach energetycznych.
• Konwersja mocy o wysokiej wydajności:Urządzenia na bazie SiC umożliwiają efektywną konwersję energii przy mniejszych stratach energii, co czyni je odpowiednimi do zastosowań takich jak inwertery w systemach energii słonecznej, turbiny wiatrowe,i transmisji energii elektrycznej.

2.Wykorzystanie wysokiej częstotliwości i RF:

• Urządzenia RF i mikrofalowe:Wysoka mobilność elektronów i napięcie rozkładu 4H-SiC sprawiają, że nadaje się do urządzeń radiowych (RF) i mikrofalowych.i łączności satelitarnej, w przypadku których konieczne jest działanie o wysokiej częstotliwości i stabilność termiczna.
• Telekomunikacje 5G:Substraty SiC są stosowane w wzmacniaczach mocy i przełącznikach dla sieci 5G ze względu na ich zdolność do obsługi sygnałów o wysokiej częstotliwości z niskimi stratami mocy.

3.Lotnictwo i obrona:

• Czujniki i elektronika wysokotemperaturowe:Stabilność termiczna i odporność na promieniowanie SiC sprawiają, że nadaje się do zastosowań w przemyśle lotniczym i obronnym.i trudne warunki znajdujące się w eksploracji kosmosu, sprzętu wojskowego i systemów lotniczych.
• Systemy zasilania:Elektronika mocy oparta na SiC jest stosowana w systemach zasilania samolotów i statków kosmicznych w celu poprawy efektywności energetycznej i zmniejszenia masy i wymogów chłodzenia.

4.Przemysł motoryzacyjny:

• Pojazdy elektryczne (EV):Substraty SiC są coraz częściej stosowane w elektronikach mocy dla pojazdów elektrycznych, takich jak falowniki, ładowarki pokładowe i konwertery prądu stałego i prądu stałego.Wysoka wydajność SiC pomaga wydłużyć żywotność baterii i zwiększyć zasięg pojazdów elektrycznych.
• Stacje szybkiego ładowania:Urządzenia SiC umożliwiają szybszą i bardziej wydajną konwersję mocy w stacjach szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych, pomagając skrócić czas ładowania i poprawić efektywność transferu energii.

5.Zastosowania przemysłowe:

• Napędy i urządzenia sterujące:Elektronika mocy oparta na SiC jest stosowana w napędach silników przemysłowych do sterowania i regulacji dużych silników elektrycznych o wysokiej wydajności.i automatyzacji.
• Systemy energii odnawialnej:Substraty SiC mają kluczowe znaczenie w systemach energii ze źródeł odnawialnych, takich jak falowniki słoneczne i sterowniki turbin wiatrowych, w których do niezawodnej pracy niezbędna jest wydajna konwersja mocy i zarządzanie cieplne.

6.Urządzenia medyczne:

• Wyposażenie medyczne o wysokiej precyzji:Stabilność chemiczna i biokompatybilność SiC pozwalają na jego stosowanie w urządzeniach medycznych, takich jak czujniki implantowane, sprzęt diagnostyczny i wysokowydajne lasery medyczne.Jego zdolność do pracy na wysokich częstotliwościach przy niskich stratach energii jest niezbędna w dokładnych zastosowaniach medycznych.
• Elektronika o odporności na promieniowanie:Odporność SiC na promieniowanie sprawia, że nadaje się do urządzeń medycznych do obrazowania i urządzeń radioterapii, gdzie niezawodność i precyzja są kluczowe.

7.Optoelektronika:

• Detektory UV i fotodetektory:Przepaść pasmowa 3C-SiC sprawia, że jest wrażliwy na promieniowanie ultrafioletowe (UV), co sprawia, że jest przydatny do wykrywania promieniowania UV w zastosowaniach przemysłowych, naukowych i środowiskowych.Te detektory są używane do wykrywania płomieni., teleskopy kosmiczne i analiza chemiczna.
• LED i lasery:Substraty SiC są stosowane w diodach emitujących światło (LED) i diodach laserowych, szczególnie w zastosowaniach wymagających wysokiej jasności i trwałości, takich jak oświetlenie samochodowe, wyświetlacze,i oświetlenie w stanie stałym.

8.Systemy energetyczne:

• Transformatory stałego stanu:Urządzenia zasilania SiC są stosowane w transformatorach stałych, które są bardziej wydajne i kompaktowe niż tradycyjne transformatory.
• Systemy zarządzania bateriami:Urządzenia SiC w systemach zarządzania akumulatorami zwiększają wydajność i bezpieczeństwo systemów magazynowania energii stosowanych w instalacjach wykorzystujących energię ze źródeł odnawialnych i pojazdach elektrycznych.

9.Produkcja półprzewodników:

• Substraty wzrostu epitaksyjnego:Zintegrowanie 3C-SiC z substratami 4H/6H-SiC ma znaczenie dla zmniejszenia wad w procesach wzrostu epitaksyalnego, co prowadzi do poprawy wydajności urządzenia półprzewodnikowego.Jest to szczególnie korzystne w produkcji wysokowydajnych tranzystorów i układów scalonych.
• Urządzenia GaN na SiC:Substraty SiC są stosowane do epitaxy azotanu galiu (GaN) w urządzeniach półprzewodnikowych o wysokiej częstotliwości i mocy.,i systemów radarowych.

10.Elektryka środowiskowa:

• Eksploracja ropy naftowej i gazu:Urządzenia SiC są stosowane w elektronikach do wiercenia do dolnej dziury i poszukiwania ropy naftowej, gdzie muszą wytrzymać wysokie temperatury, ciśnienie i korozyjne środowiska.
• Automatyka przemysłowa:W surowych środowiskach przemysłowych o wysokich temperaturach i narażeniu na działanie chemiczne elektronika oparta na SiC zapewnia niezawodność i trwałość systemów automatyki i sterowania.

Zastosowania te podkreślają wszechstronność i znaczenie substratów 4H/6H-P 3C-N SiC w rozwoju nowoczesnej technologii w wielu gałęziach przemysłu.

Pytania i odpowiedzi

Jaka jest różnica między 4H-SiC a 6H-SiC?

Krótko mówiąc, wybierając pomiędzy 4H-SiC a 6H-SiC: Wybierz 4H-SiC dla elektroniki o wysokiej mocy i wysokiej częstotliwości, w której zarządzanie cieplne jest kluczowe.Wybierz 6H-SiC dla zastosowań priorytetowych dla emisji światła i trwałości mechanicznej, w tym diody LED i elementy mechaniczne.

Słowa kluczowe: SiC Substrat SiC płytka płytka węglika krzemowego