Warum hebt sich 3c-sic unter vielen SiC-Polymorphen aus? - Vetek Semiconductor

Der Hintergrund vonSic

Siliziumkarbid (sic)ist ein wichtiges High-End-Präzisions-Halbleitermaterial. Aufgrund seiner guten Hochtemperaturwiderstand, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, mechanischen Eigenschaften mit hohen Temperaturen, Oxidationsbeständigkeit und anderen Merkmalen verfügt es über umfassende Anwendungsaussichten in High-Tech-Bereichen wie Halbleitern, Kernenergie, nationale Verteidigung und Weltraumtechnologie.

Bisher mehr als 200Sic -Kristallstrukturenwurden bestätigt, die Haupttypen sind hexagonal (2H-sic, 4H-sic, 6H-sic) und kubisches 3c-sic. Unter ihnen bestimmen die gleichzeitigen strukturellen Eigenschaften von 3C-SIC, dass diese Art von Pulver eine bessere natürliche Sphärizität und dichte Stapeleigenschaften aufweist als α-Sic. Gegenwärtig haben verschiedene Gründe zum Ausfall der hervorragenden Leistung von 3C-SIC-neuen Materialien zur Erreichung großer industrieller Anwendungen geführt.

Unter vielen sic-Polytypen ist 3C-SIC der einzige kubische Polytype, auch als β-SIC bekannt. In dieser Kristallstruktur existieren SI- und C-Atome im Gitter in einem Eins-zu-Eins-Verhältnis, und jedes Atom ist von vier heterogenen Atomen umgeben und bildet eine tetraedrische Struktureinheit mit starken kovalenten Bindungen. Das strukturelle Merkmal von 3C-SIC ist, dass die Si-C-Diatomschichten wiederholt in der Größenordnung von ABC-ABC-… angeordnet sind, und jede Einheitszelle enthält drei solcher Diatomschichten, die als C3-Darstellung bezeichnet werden. Die Kristallstruktur von 3C-SIC ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Derzeit ist Silicon (SI) das am häufigsten verwendete Halbleitermaterial für Leistungsgeräte. Aufgrund der Leistung von Si sind jedoch begrenzt. Im Vergleich zu 4H-SIC und 6H-SIC hat 3C-SIC die höchste Raumtemperatur theoretische Elektronenmobilität (1000 cm · v^-1·S^-1) und hat mehr Vorteile in MOS -Geräteanwendungen. Gleichzeitig weist 3C-SIC auch hervorragende Eigenschaften wie eine hohe Durchbruchspannung, eine gute thermische Leitfähigkeit, hohe Härte, breite Bandlücke, Hochtemperaturwiderstand und Strahlungsbeständigkeit auf. 

Daher hat es ein großes Potenzial für Elektronik, Optoelektronik, Sensoren und Anwendungen unter extremen Bedingungen, fördert die Entwicklung und Innovation verwandter Technologien und zeigt ein breites Anwendungspotenzial in vielen Bereichen:

Erstens: Insbesondere in Umgebungen mit hoher Spannung, Hochfrequenz- und Hochtemperatur machen die hohe Breakdown-Spannung und die hohe Elektronenmobilität von 3C-SIC zu einer idealen Wahl für Herstellungskraftgeräte wie MOSFET. 

Zweitens: Die Anwendung von 3C-SIC in Nanoelektronik- und mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) profitiert von seiner Kompatibilität mit der Siliziumtechnologie und ermöglicht die Herstellung nanoskaliger Strukturen wie nanoelektronische und nanoelektromechanische Geräte. 

Drittens: Als breites Bandgap-Halbleitermaterial ist 3C-SIC für die Herstellung von blau-lichtemittierenden Dioden (LEDs) geeignet. Die Anwendung in Beleuchtung, Display -Technologie und Lasern hat aufgrund seiner hohen Leuchtmittel und der einfachen Doping Aufmerksamkeit erregt [9].         Viertens: Gleichzeitig wird 3C-SIC zur Herstellung von positionsensitiven Detektoren verwendet, insbesondere laserpositionsensempfindliche Detektoren basierend auf dem lateralen Photovoltaik-Effekt, der eine hohe Empfindlichkeit unter Null-Verzerrungsbedingungen aufweist und zur Präzisionspositionierung geeignet ist.

Vorbereitungsmethode der 3C sic heteroepitaxy

The main growth methods of 3C-SiC heteroepitaxial include chemical vapor deposition (CVD), sublimation epitaxy (SE), liquid phase epitaxy (LPE), molecular beam epitaxy (MBE), magnetron sputtering, etc. CVD is the preferred method for 3C-SiC epitaxy due to its controllability and adaptability (such as temperature, gas flow, chamber pressure and reaction time, which can Optimieren Sie die Qualität der epitaxialen Schicht).

Chemische Dampfabscheidung (CVD): Ein zusammengesetztes Gas, das Si- und C-Elemente enthält, wird in die Reaktionskammer übergeben, bei hoher Temperatur erhitzt und zersetzt, und dann werden Si-Atome und C-Atome auf das SI-Substrat oder 6H-SIC, 15R-SIC, 4H-SIC-Substrat ausgefällt. Die Temperatur dieser Reaktion liegt normalerweise zwischen 1300 und 1500 ℃. Häufige SI -Quellen sind SiH4, TCs, MTs usw., und C -Quellen sind hauptsächlich C2H4, C3H8 usw., und H2 wird als Trägergas verwendet. 

Der Wachstumsprozess enthält hauptsächlich die folgenden Schritte: 

1. Die Gasphasenreaktionsquelle wird im Hauptgasfluss in Richtung der Ablagerungszone transportiert. 

2. Die Gasphasenreaktion tritt in der Grenzschicht auf, um dünne Filmvorläufer und Nebenprodukte zu erzeugen. 

3.. Die Niederschlags-, Adsorptions- und Rissprozesse des Vorläufers. 

4. Die adsorbierten Atome wandern und rekonstruieren auf der Substratoberfläche. 

5. Die adsorbierten Atome neigen und wachsen auf der Substratoberfläche. 

6. Der Massentransport des Abfallgases nach der Reaktion in die Hauptgasströmungszone und wird aus der Reaktionskammer genommen. 

Durch kontinuierliche technologische Fortschritt und eingehende Mechanismusforschung wird erwartet, dass die 3C-Sic-Heteroepitaxial-Technologie in der Halbleiterindustrie eine wichtigere Rolle spielt und die Entwicklung hochwirksamer elektronischer Geräte fördert. Zum Beispiel ist das schnelle Wachstum von hochwertigem dickem Film 3C-SIC der Schlüssel, um die Bedürfnisse von Hochspannungsgeräten zu erfüllen. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um das Gleichgewicht zwischen Wachstumsrate und materieller Gleichmäßigkeit zu überwinden. In Kombination mit der Anwendung von 3C-SIC in heterogenen Strukturen wie SIC/GAN untersuchen Sie seine potenziellen Anwendungen in neuen Geräten wie Stromelektronik, optoelektronischer Integration und Quanteninformationsverarbeitung.

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