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

4H/6H-P 3C-N SiC chất nền của Abstract

Nghiên cứu này khám phá các đặc tính cấu trúc và điện tử của chất nền silicon carbide (SiC) đa loại 4H / 6H được tích hợp với các bộ phim SiC 3C-N được trồng bằng epitaxial.Sự chuyển đổi đa kiểu giữa 4H/6H-SiC và 3C-N-SiC mang lại cơ hội độc đáo để nâng cao hiệu suất của các thiết bị bán dẫn dựa trên SiCThông qua sự lắng đọng hơi hóa học ở nhiệt độ cao (CVD), các bộ phim 3C-SiC được lắng đọng trên chất nền 4H/6H-SiC, nhằm giảm sự không phù hợp của lưới và mật độ lật.Phân tích chi tiết bằng cách sử dụng xạ X-quang (XRD), kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) và kính hiển vi điện tử truyền (TEM) cho thấy sự sắp xếp biểu trục và hình thái bề mặt của các bộ phim.Các phép đo điện cho thấy khả năng di chuyển và điện áp cố định được cải thiện, làm cho cấu hình chất nền này hứa hẹn cho các ứng dụng điện tử công suất cao và tần số cao thế hệ tiếp theo.Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tối ưu hóa điều kiện phát triển để giảm thiểu các khiếm khuyết và tăng cường sự gắn kết cấu trúc giữa các đa dạng SiC khác nhau.

Tính chất của chất nền 4H/6H-P 3C-N SiC

Các chất nền 4H / 6H poly (P) silicon carbide (SiC) với các phim SiC 3C-N (nitrogen doped) thể hiện sự kết hợp các tính chất có lợi cho các loại năng lượng cao, tần số cao,và các ứng dụng nhiệt độ caoDưới đây là các đặc tính chính của các vật liệu này:

1.Polytypes và cấu trúc tinh thể:

• 4H-SiC và 6H-SiC:Đây là các cấu trúc tinh thể sáu góc với các trình tự xếp chồng nhau khác nhau của hai lớp Si-C. Chữ "H" biểu thị đối xứng sáu góc, và các số đề cập đến số lớp trong trình tự xếp chồng.
  • 4H-SiC:Cung cấp tính di động electron cao hơn và băng tần rộng hơn (khoảng 3,2 eV), làm cho nó phù hợp với các thiết bị tần số cao và công suất cao.
  • 6H-SiC:Có tính di động electron và bandgap thấp hơn một chút (khoảng 3,0 eV) so với 4H-SiC nhưng vẫn được sử dụng trong điện tử công suất.
• 3C-SiC (mục khối):Hình dạng khối của SiC (3C-SiC) thường có cấu trúc tinh thể đồng cực hơn, dẫn đến sự phát triển biểu trục dễ dàng hơn trên các chất nền có mật độ luân phiên thấp hơn.36 eV và thuận lợi cho việc tích hợp với các thiết bị điện tử.

2.Tính chất điện tử:

• Phạm vi rộng:SiC có băng tần rộng cho phép nó hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ và điện áp cao.
  • 4H-SiC:3.2 eV
  • 6H-SiC:3.0 eV
  • 3C-SiC:2.36 eV
• Điện trường phá vỡ cao:Trường điện phá vỡ cao (~ 3-4 MV / cm) làm cho các vật liệu này lý tưởng cho các thiết bị điện cần chịu được điện áp cao mà không bị hỏng.
• Di động của tàu sân bay:
  • 4H-SiC:Điện tử di động cao (~ 800 cm2/Vs) so với 6H-SiC.
  • 6H-SiC:Điện tử di động vừa phải (~ 400 cm2/Vs).
  • 3C-SiC:Hình hình khối thường có tính di động electron cao hơn so với các hình dạng sáu góc, làm cho nó trở nên mong muốn cho các thiết bị điện tử.

3.Tính chất nhiệt:

• Độ dẫn nhiệt cao:SiC có độ dẫn nhiệt tuyệt vời (~ 3-4 W / cm · K), cho phép phân tán nhiệt hiệu quả, rất quan trọng đối với điện tử công suất cao.
• Thân ổn nhiệt:SiC vẫn ổn định ở nhiệt độ vượt quá 1000 °C, làm cho nó phù hợp với môi trường nhiệt độ cao.

4.Tính chất cơ học:

• Độ cứng và sức mạnh cao:SiC là một vật liệu cực kỳ cứng (khó của Mohs là 9,5), làm cho nó chống mài mòn và hư hỏng cơ học.
• High Young's Modulus:Nó có mô đun Young cao (~ 410 GPa), góp phần vào độ cứng và độ bền của nó trong các ứng dụng cơ học.

5.Tính chất hóa học:

• Sự ổn định hóa học:SiC có khả năng chống ăn mòn hóa học và oxy hóa cao, điều này làm cho nó phù hợp với môi trường khắc nghiệt, bao gồm cả những môi trường có khí và hóa chất ăn mòn.
• Phản ứng hóa học thấp:Tính chất này tiếp tục tăng cường sự ổn định và hiệu suất của nó trong các ứng dụng đòi hỏi.

6.Tính chất quang điện tử:

• Photovoltaic:3C-SiC thể hiện quang chiếu sáng, làm cho nó hữu ích trong các thiết bị quang điện tử, đặc biệt là những thiết bị hoạt động trong phạm vi cực tím.
• Độ nhạy cao với tia UV:Khoảng cách băng tần rộng của các vật liệu SiC cho phép chúng được sử dụng trong các máy dò tia cực tím và các ứng dụng quang điện tử khác.

7.Tính năng sử dụng doping:

• Nitrogen Doping (loại N):Nitơ thường được sử dụng như một chất phụ gia loại n trong 3C-SiC, làm tăng độ dẫn của nó và nồng độ chất mang electron.Việc kiểm soát chính xác mức doping cho phép điều chỉnh tinh tế các tính chất điện của chất nền.

8.Ứng dụng:

• Điện tử điện:Điện áp phá vỡ cao, băng tần rộng và tính dẫn nhiệt làm cho các chất nền này lý tưởng cho các thiết bị điện tử điện như MOSFET, IGBT và đèn Schottky.
• Thiết bị tần số cao:Sự di chuyển điện tử cao trong 4H-SiC và 3C-SiC cho phép hoạt động tần số cao hiệu quả, làm cho chúng phù hợp với các ứng dụng RF và vi sóng.
• Optoelectronics:Tính chất quang học của 3C-SiC làm cho nó trở thành một ứng cử viên cho các máy dò tia cực tím và các ứng dụng quang tử khác.

Các tính chất này làm cho sự kết hợp của 4H/6H-P và 3C-N SiC là một chất nền linh hoạt cho một loạt các ứng dụng điện tử, quang điện tử và nhiệt độ cao tiên tiến.

Hình ảnh của chất nền 4H/6H-P 3C-N SiC

Ứng dụng của chất nền SiC 4H/6H-P 3C-N

Sự kết hợp của chất nền 4H/6H-P và 3C-N SiC có một loạt các ứng dụng trên một số ngành công nghiệp, đặc biệt là trong các thiết bị công suất cao, nhiệt độ cao và tần số cao.Dưới đây là một số ứng dụng chính:

1.Điện tử điện:

• Thiết bị điện cao áp:Khoảng cách băng tần rộng và trường điện phân hủy cao của 4H-SiC và 6H-SiC làm cho các chất nền này lý tưởng cho các thiết bị điện như MOSFET, IGBT,và Schottky diode cần hoạt động ở điện áp và dòng điện caoCác thiết bị này được sử dụng trong xe điện (EV), động cơ công nghiệp và lưới điện.
• Chuyển đổi công suất hiệu quả cao:Các thiết bị dựa trên SiC cho phép chuyển đổi năng lượng hiệu quả với tổn thất năng lượng thấp hơn, làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng như biến tần trong hệ thống năng lượng mặt trời, tuabin gió,và truyền điện.

2.Ứng dụng tần số cao và RF:

• Thiết bị RF và vi sóng:Sự di chuyển điện tử cao và điện áp phá vỡ của 4H-SiC làm cho nó phù hợp với tần số vô tuyến (RF) và các thiết bị vi sóng.và truyền thông vệ tinh, nơi hoạt động tần số cao và ổn định nhiệt là điều cần thiết.
• Truyền thông 5G:Các chất nền SiC được sử dụng trong các bộ khuếch đại công suất và công tắc cho mạng 5G do khả năng xử lý tín hiệu tần số cao với tổn thất điện năng thấp.

3.Không gian và Quốc phòng:

• Cảm biến nhiệt độ cao và điện tử:Sự ổn định nhiệt và khả năng chống bức xạ của SiC làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng hàng không vũ trụ và quốc phòng.và những điều kiện khắc nghiệt trong thăm dò không gian, thiết bị quân sự, và hệ thống hàng không.
• Hệ thống cung cấp điện:Điện tử điện dựa trên SiC được sử dụng trong các hệ thống cung cấp điện cho máy bay và tàu vũ trụ để cải thiện hiệu quả năng lượng và giảm trọng lượng và yêu cầu làm mát.

4.Ngành ô tô:

• Xe điện (EV):Các chất nền SiC ngày càng được sử dụng trong điện tử điện cho EV, chẳng hạn như biến tần, bộ sạc trên tàu và chuyển đổi DC-DC.Hiệu suất cao của SiC giúp kéo dài tuổi thọ pin và tăng phạm vi lái xe của xe điện.
• Trạm sạc nhanh:Thiết bị SiC cho phép chuyển đổi năng lượng nhanh hơn và hiệu quả hơn trong các trạm sạc nhanh EV, giúp giảm thời gian sạc và cải thiện hiệu quả truyền năng lượng.

5.Ứng dụng công nghiệp:

• Động cơ và điều khiển:Các hệ thống điện tử năng lượng dựa trên SiC được sử dụng trong các động cơ công nghiệp để điều khiển và điều chỉnh các động cơ điện lớn có hiệu quả cao.và tự động hóa.
• Hệ thống năng lượng tái tạo:Các chất nền SiC rất quan trọng trong các hệ thống năng lượng tái tạo như biến tần mặt trời và bộ điều khiển tuabin gió, nơi chuyển đổi năng lượng hiệu quả và quản lý nhiệt là cần thiết để hoạt động đáng tin cậy.

6.Thiết bị y tế:

• Thiết bị y tế chính xác cao:Tính ổn định hóa học và khả năng tương thích sinh học của SiC cho phép nó được sử dụng trong các thiết bị y tế như cảm biến cấy ghép, thiết bị chẩn đoán và laser y tế công suất cao.Khả năng hoạt động ở tần số cao với mất điện thấp là rất cần thiết trong các ứng dụng y tế chính xác.
• Điện tử chống bức xạ:Kháng bức xạ của SiC làm cho nó phù hợp với các thiết bị hình ảnh y tế và thiết bị xạ trị, nơi độ tin cậy và độ chính xác rất quan trọng.

7.Optoelectronics:

• Máy phát hiện tia cực tím và máy phát hiện ánh sáng:3C-SiC's bandgap làm cho nó nhạy cảm với tia cực tím (UV), làm cho nó hữu ích cho các máy dò tia cực tím trong các ứng dụng giám sát công nghiệp, khoa học và môi trường.Những máy dò này được sử dụng trong phát hiện ngọn lửa, kính thiên văn không gian, và phân tích hóa học.
• Đèn LED và Laser:Các chất nền SiC được sử dụng trong đèn diode phát sáng (LED) và đèn diode laser, đặc biệt là trong các ứng dụng đòi hỏi độ sáng và độ bền cao, chẳng hạn như ánh sáng ô tô, màn hình,và ánh sáng trạng thái rắn.

8.Hệ thống năng lượng:

• Máy biến đổi trạng thái rắn:Các thiết bị điện SiC được sử dụng trong các bộ biến áp trạng thái rắn, hiệu quả và nhỏ gọn hơn các bộ biến áp truyền thống.
• Hệ thống quản lý pin:Các thiết bị SiC trong các hệ thống quản lý pin cải thiện hiệu quả và an toàn của các hệ thống lưu trữ năng lượng được sử dụng trong các thiết bị năng lượng tái tạo và xe điện.

9.Sản xuất bán dẫn:

• Các chất nền tăng trưởng trên vỏ:Việc tích hợp 3C-SiC trên chất nền 4H/6H-SiC rất quan trọng để giảm các khiếm khuyết trong quá trình tăng trưởng epitaxial, dẫn đến hiệu suất thiết bị bán dẫn được cải thiện.Điều này đặc biệt có lợi trong việc sản xuất các transistor hiệu suất cao và mạch tích hợp.
• Thiết bị GaN trên SiC:Các chất nền SiC được sử dụng để épitaxy gallium nitride (GaN) trong các thiết bị bán dẫn tần số cao và công suất cao.,và hệ thống radar.

10.Môi trường khắc nghiệt Điện tử:

• Khảo sát dầu khí:Các thiết bị SiC được sử dụng trong điện tử để khoan hố và thăm dò dầu mỏ, nơi chúng phải chịu được nhiệt độ cao, áp suất và môi trường ăn mòn.
• Tự động hóa công nghiệp:Trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt với nhiệt độ cao và tiếp xúc với hóa chất, điện tử dựa trên SiC cung cấp độ tin cậy và độ bền cho các hệ thống tự động hóa và điều khiển.

Các ứng dụng này làm nổi bật tính linh hoạt và tầm quan trọng của chất nền 4H / 6H-P 3C-N SiC trong việc thúc đẩy công nghệ hiện đại trong một loạt các ngành công nghiệp.

Câu hỏi và câu trả lời

Sự khác biệt giữa 4H-SiC và 6H-SiC là gì?

Tóm lại, khi chọn giữa 4H-SiC và 6H-SiC: Chọn 4H-SiC cho điện tử công suất cao và tần số cao, nơi quản lý nhiệt là rất quan trọng.Chọn 6H-SiC cho các ứng dụng ưu tiên phát ra ánh sáng và độ bền cơ khí, bao gồm đèn LED và các thành phần cơ học.

Từ khóa: SiC Substrate SiC wafer silicon carbide wafer