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

4H/6H-P 3C-N SiC субстрат реферат

Настоящее исследование исследует структурные и электронные свойства 4H/6H политипных карбидов кремния (SiC) субстратов, интегрированных с эпитаксиально выращенными пленками 3C-N SiC.Политипичный переход между 4H/6H-SiC и 3C-N-SiC предлагает уникальные возможности для повышения производительности полупроводниковых устройств на основе SiCС помощью высокотемпературного химического отложения паров (CVD) на 4H/6H-SiC-субстратах откладываются 3C-SiC-пленки с целью уменьшения несоответствия решетки и плотности вывихов.Подробный анализ с использованием рентгеновской дифракции (XRD), микроскопия атомной силы (AFM) и электронная микроскопия передачи (TEM) показывают эпитаксиальное выравнивание и морфологию поверхности пленок.Электрические измерения показывают улучшенную мобильность носителя и разрывное напряжение, что делает эту конфигурацию подложки многообещающей для электронных приложений высокой мощности и высокой частоты следующего поколения.Исследование подчеркивает важность оптимизации условий роста для минимизации дефектов и повышения структурной согласованности между различными политипами SiC.

Свойства субстрата 4H/6H-P 3C-N SiC

Субстраты 4H/6H политипа (P) карбида кремния (SiC) с 3C-N (допированными азотом) пленками SiC демонстрируют сочетание свойств, которые полезны для различных высокомощных, высокочастотных,и высокотемпературные приложенияВот основные свойства этих материалов:

1.Политипы и кристаллическая структура:

• 4H-SiC и 6H-SiC:Это шестиугольные кристаллические структуры с различными последовательностями наложения двухслоев Si-C. "H" обозначает шестиугольную симметрию, а цифры относятся к числу слоев в последовательности наложения.
  • 4H-SiC:Предлагает более высокую мобильность электронов и более широкий диапазон (около 3,2 eV), что делает его подходящим для высокочастотных и высокомощных устройств.
  • 6H-SiC:Имеет несколько более низкую мобильность электронов и пробел в диапазоне (около 3,0 eV) по сравнению с 4H-SiC, но по-прежнему используется в силовой электронике.
• 3C-SiC (кубический):Кубическая форма SiC (3C-SiC) обычно имеет более изотропную кристаллическую структуру, что приводит к более легкому эпитаксиальному росту на субстратах с более низкой плотностью дислокации.36 eV и подходит для интеграции с электронными устройствами.

2.Электронные свойства:

• Широкий диапазон:SiC имеет широкий диапазон, который позволяет ему эффективно работать при высоких температурах и напряжениях.
  • 4H-SiC:3.2 eV
  • 6H-SiC:30,0 eV
  • 3C-SiC:2.36 eV
• Электрическое поле высокого разрыва:Электрическое поле высокого разрыва (~3-4 МВ/см) делает эти материалы идеальными для силовых устройств, которые должны выдерживать высокое напряжение без повреждения.
• Мобильность носителей:
  • 4H-SiC:Высокая подвижность электронов (~ 800 см2/Вс) по сравнению с 6H-SiC.
  • 6H-SiC:Умеренная мобильность электронов (~ 400 см2/Вт).
  • 3C-SiC:Кубическая форма обычно имеет более высокую мобильность электронов, чем шестиугольные формы, что делает ее желательной для электронных устройств.

3.Тепловые свойства:

• Высокая теплопроводность:SiC имеет отличную теплопроводность (~3-4 W/cm·K), что позволяет эффективно рассеивать тепло, что имеет решающее значение для высокопроизводительной электроники.
• Тепловая стабильность:SiC остается стабильным при температуре более 1000°C, что делает его подходящим для высокотемпературных условий.

4.Механические свойства:

• Высокая твердость и прочность:SiC является чрезвычайно твердым материалом (твердость Моха 9,5), что делает его устойчивым к износу и механическим повреждениям.
• Модуль высокой молодости:Он имеет высокий модуль Янга (~410 ГПа), что способствует его жесткости и долговечности в механических приложениях.

5.Химические свойства:

• Химическая стабильность:SiC обладает высокой устойчивостью к химической коррозии и окислению, что делает его подходящим для суровой среды, включая среду с коррозионными газами и химическими веществами.
• Низкая химическая реактивность:Это свойство еще больше повышает его устойчивость и производительность в требовательных приложениях.

6.Оптоэлектронные свойства:

• Фотолюминесценция:3C-SiC обладает фотолюминесценцией, что делает его полезным в оптоэлектронных устройствах, особенно в ультрафиолетовом диапазоне.
• Высокая ультрафиолетовая чувствительность:Широкий диапазон использования SiC-материалов позволяет им использоваться в УФ-детекторах и других оптоэлектронных приложениях.

7.Допинговые характеристики:

• Допинг азота (N-тип):Азот часто используется в качестве допанта n-типа в 3C-SiC, что повышает его проводимость и концентрацию электроносителя.Точный контроль уровня допинга позволяет тонко настроить электрические свойства субстрата.

8.Применение:

• Электротехника:Высокое разрывное напряжение, широкая полоса пропускания и теплопроводность делают эти субстраты идеальными для мощных электронных устройств, таких как MOSFET, IGBT и диоды Шоттки.
• Высокочастотные устройства:Высокая мобильность электронов в 4H-SiC и 3C-SiC позволяет эффективно работать на высокой частоте, что делает их подходящими для применения в радиочастотном и микроволновом диапазонах.
• Оптоэлектроника:3C-SiC обладает оптическими свойствами, что делает его кандидатом для использования в УФ-детекторах и других фотонических приложениях.

Эти свойства делают комбинацию 4H/6H-P и 3C-N SiC универсальной подложкой для широкого спектра передовых электронных, оптоэлектронных и высокотемпературных приложений.

Фото 4H/6H-P 3C-N SiC субстрата

Применение субстрата 4H/6H-P 3C-N SiC

Сочетание 4H/6H-P и 3C-N SiC субстратов имеет широкий спектр применений в нескольких отраслях промышленности, особенно в высокомощных, высокотемпературных и высокочастотных устройствах.Ниже приведены некоторые из ключевых приложений:

1.Электротехника:

• Высоковольтные устройства питания:Широкий диапазон пропускания и высокое расщепление электрического поля 4H-SiC и 6H-SiC делают эти подложки идеальными для силовых устройств, таких как MOSFET, IGBT,и диоды Schottky, которые должны работать при высоких напряжениях и токахЭти устройства используются в электрических транспортных средствах (EV), промышленных двигателях и электросетях.
• Высокоэффективное преобразование мощности:Устройства на базе SiC позволяют эффективно конвертировать энергию при меньших потерях энергии, что делает их подходящими для таких приложений, как инверторы в солнечных системах, ветряные турбины,и электропередачи.

2.Высокочастотные и радиочастотные приложения:

• РЧ и микроволновые устройства:Высокая электронная подвижность и разрывное напряжение 4H-SiC делают его подходящим для радиочастотных (RF) и микроволновых устройств.и спутниковой связи, где высокочастотная работа и тепловая стабильность имеют важное значение.
• Телекоммуникации 5G:Субстраты SiC используются в усилителях мощности и коммутаторах для сетей 5G из-за их способности обрабатывать высокочастотные сигналы с низкими потерями мощности.

3.Аэрокосмическая и оборонная промышленность:

• Сенсоры высокой температуры и электроника:Тепловая стабильность и радиационная устойчивость SiC делают его подходящим для аэрокосмических и оборонных применений.и суровые условия, встречающиеся в исследовании космоса, военное оборудование и авиационные системы.
• Системы питания:Силовая электроника на основе SiC используется в системах питания самолетов и космических аппаратов для повышения энергоэффективности и снижения веса и потребностей в охлаждении.

4.Автомобильная промышленность:

• Электрические транспортные средства (ЭВ):Субстраты SiC все чаще используются в силовой электронике для электромобилей, таких как инверторы, бортовые зарядные устройства и преобразователи постоянного тока.Высокая эффективность SiC помогает продлить срок службы батареи и увеличить дальность движения электромобилей.
• Станции быстрой зарядки:Устройства SiC позволяют быстрее и эффективнее преобразовывать энергию на станциях быстрой зарядки электромобилей, сокращая время зарядки и повышая эффективность передачи энергии.

5.Промышленное применение:

• Двигатели и устройства управления:Силовая электроника на основе SiC используется в промышленных двигателях для управления и регулирования больших электродвигателей с высокой эффективностью.и автоматизации.
• Системы возобновляемой энергии:Субстраты SiC имеют решающее значение в системах возобновляемой энергетики, таких как солнечные инверторы и контроллеры ветровых турбин, где для надежной работы необходимы эффективная конверсия энергии и тепловое управление.

6.Медицинские изделия:

• Медицинское оборудование высокой точности:Химическая стабильность и биосовместимость SiC позволяют использовать его в медицинских устройствах, таких как имплантируемые датчики, диагностическое оборудование и высокомощные медицинские лазеры.Его способность работать на высоких частотах с низкими потерями энергии имеет важное значение для высокоточных медицинских приложений.
• Электроника, отвержденная радиацией:Устойчивость к радиации делает SiC подходящим для медицинских аппаратов визуализации и оборудования для лучевой терапии, где надежность и точность имеют решающее значение.

7.Оптоэлектроника:

• Ультрафиолетовые и фотодетекторы:Разрыв в полосе 3C-SiC делает его чувствительным к ультрафиолетовому (УФ) свету, что делает его полезным для УФ-детекторов в промышленном, научном и экологическом мониторинге.Эти детекторы используются для обнаружения пламени., космические телескопы и химический анализ.
• Светодиоды и лазеры:Субстраты SiC используются в светоизлучающих диодах (LED) и лазерных диодах, особенно в приложениях, требующих высокой яркости и долговечности, таких как автомобильное освещение, дисплеи,и твердотельные осветительные приборы.

8.Энергетические системы:

• Трансформаторы твердого состояния:Си-цилиндровые силовые установки используются в твердотельных трансформаторах, которые более эффективны и компактны, чем традиционные трансформаторы.
• Системы управления батареями:Устройства SiC в системах управления батареями повышают эффективность и безопасность систем хранения энергии, используемых в установках по использованию возобновляемых источников энергии и электромобилях.

9.Производство полупроводников:

• Субстраты эпитаксиального роста:Интеграция 3C-SiC на субстраты 4H/6H-SiC важна для уменьшения дефектов в эпитаксиальных процессах роста, что приводит к улучшению производительности полупроводникового устройства.Это особенно полезно при производстве высокопроизводительных транзисторов и интегральных схем.
• Устройства с GaN на SiC:Субстраты SiC используются для эпитаксии галлиевого нитрида (GaN) в высокочастотных и мощных полупроводниковых устройствах.,и радиолокационные системы.

10.Неблагоприятная среда Электроника:

• Разведка нефти и газа:Устройства SiC используются в электронике для буровых работ и разведки нефти, где они должны выдерживать высокие температуры, давление и коррозионную среду.
• Промышленная автоматизация:В суровых промышленных условиях с высокой температурой и воздействием химических веществ электроника на основе SiC обеспечивает надежность и долговечность для систем автоматизации и управления.

Эти приложения подчеркивают универсальность и важность субстратов 4H/6H-P 3C-N SiC в продвижении современных технологий в различных отраслях промышленности.

Вопросы и ответы

В чем разница между 4H-SiC и 6H-SiC?

Короче говоря, при выборе между 4H-SiC и 6H-SiC: выбирайте 4H-SiC для высокомощной и высокочастотной электроники, где управление тепловой энергией имеет решающее значение.Выберите 6H-SiC для применений, приоритетом которых является выброс света и механическая долговечность, включая светодиоды и механические компоненты.

Ключевые слова: SiC субстрат SiC пластина карбид кремния пластина