Perché il 3C-SiC si distingue tra molti polimorfi SiC? - Semiconduttore VeTek

Lo sfondo diSiC

Carburo di silicio (SiC)è un importante materiale semiconduttore di precisione di fascia alta. Grazie alla sua buona resistenza alle alte temperature, alla corrosione, all'usura, alle proprietà meccaniche alle alte temperature, alla resistenza all'ossidazione e ad altre caratteristiche, ha ampie prospettive di applicazione in campi high-tech come i semiconduttori, l'energia nucleare, la difesa nazionale e la tecnologia spaziale.

Finora, più di 200Strutture cristalline di SiCsono stati confermati, i tipi principali sono esagonali (2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC) e cubici 3C-SiC. Tra questi, le caratteristiche strutturali equiassiche del 3C-SiC determinano che questo tipo di polvere ha una migliore sfericità naturale e caratteristiche di impilamento denso rispetto all'α-SiC, quindi ha prestazioni migliori nella macinazione di precisione, nei prodotti ceramici e in altri campi. Attualmente, diverse ragioni hanno portato al fallimento delle eccellenti prestazioni dei nuovi materiali 3C-SiC per ottenere applicazioni industriali su larga scala.

Tra i molti politipi SiC, 3C-SiC è l'unico politipo cubico, noto anche come β-SiC. In questa struttura cristallina, gli atomi di Si e C esistono nel reticolo in un rapporto uno a uno e ciascun atomo è circondato da quattro atomi eterogenei, formando un'unità strutturale tetraedrica con forti legami covalenti. La caratteristica strutturale del 3C-SiC è che gli strati biatomici Si-C sono ripetutamente disposti nell'ordine ABC-ABC-..., e ciascuna cella unitaria contiene tre di questi strati biatomici, che è chiamata rappresentazione C3; la struttura cristallina del 3C-SiC è mostrata nella figura seguente:

Attualmente, il silicio (Si) è il materiale semiconduttore più comunemente utilizzato per i dispositivi di potenza. Tuttavia, a causa delle prestazioni del Si, i dispositivi di potenza basati sul silicio sono limitati. Rispetto al 4H-SiC e al 6H-SiC, il 3C-SiC ha la più alta mobilità teorica degli elettroni a temperatura ambiente (1000 cm·V^-1·S^-1) e presenta più vantaggi nelle applicazioni dei dispositivi MOS. Allo stesso tempo, 3C-SiC ha anche proprietà eccellenti come elevata tensione di rottura, buona conduttività termica, elevata durezza, ampio intervallo di banda, resistenza alle alte temperature e resistenza alle radiazioni. Pertanto, ha un grande potenziale nell'elettronica, nell'optoelettronica, nei sensori e nelle applicazioni in condizioni estreme, promuovendo lo sviluppo e l'innovazione delle tecnologie correlate e mostrando un ampio potenziale di applicazione in molti campi:

Primo: soprattutto negli ambienti ad alta tensione, alta frequenza e alta temperatura, l'elevata tensione di rottura e l'elevata mobilità degli elettroni del 3C-SiC lo rendono la scelta ideale per la produzione di dispositivi di potenza come i MOSFET. 

Secondo: l’applicazione del 3C-SiC nei sistemi nanoelettronici e microelettromeccanici (MEMS) trae vantaggio dalla sua compatibilità con la tecnologia del silicio, consentendo la produzione di strutture su scala nanometrica come dispositivi nanoelettronici e nanoelettromeccanici. 

Terzo: essendo un materiale semiconduttore ad ampio gap di banda, il 3C-SiC è adatto per la produzione di diodi emettitori di luce blu (LED). La sua applicazione nell'illuminazione, nella tecnologia dei display e nei laser ha attirato l'attenzione grazie alla sua elevata efficienza luminosa e al facile drogaggio[9]. Quarto: allo stesso tempo, 3C-SiC viene utilizzato per produrre rilevatori sensibili alla posizione, in particolare rilevatori sensibili alla posizione del punto laser basati sull'effetto fotovoltaico laterale, che mostrano un'elevata sensibilità in condizioni di polarizzazione zero e sono adatti per il posizionamento di precisione.

Metodo di preparazione dell'eteroepitassia SiC 3C

I principali metodi di crescita del 3C-SiC eteroepitassiale includono la deposizione chimica in fase vapore (CVD), l'epitassia per sublimazione (SE), l'epitassia in fase liquida (LPE), l'epitassia a fascio molecolare (MBE), lo sputtering del magnetron, ecc. CVD è il metodo preferito per il 3C- Epitassia SiC grazie alla sua controllabilità e adattabilità (come temperatura, flusso di gas, pressione della camera e tempo di reazione, che possono ottimizzare la qualità dello strato epitassiale).

Deposizione chimica da fase vapore (CVD): un gas composto contenente elementi Si e C viene fatto passare nella camera di reazione, riscaldato e decomposto ad alta temperatura, quindi gli atomi di Si e gli atomi di C vengono precipitati sul substrato di Si, o 6H-SiC, 15R- Substrato SiC, 4H-SiC. La temperatura di questa reazione è solitamente compresa tra 1300 e 1500 ℃. Le fonti comuni di Si sono SiH4, TCS, MTS, ecc., mentre le fonti di C sono principalmente C2H4, C3H8, ecc. e H2 viene utilizzato come gas di trasporto. 

Il processo di crescita prevede principalmente le seguenti fasi: 

1. La fonte di reazione in fase gassosa viene trasportata nel flusso di gas principale verso la zona di deposizione. 

2. La reazione in fase gassosa avviene nello strato limite per generare precursori e sottoprodotti di film sottile. 

3. Il processo di precipitazione, adsorbimento e cracking del precursore. 

4. Gli atomi adsorbiti migrano e si ricostruiscono sulla superficie del substrato. 

5. Gli atomi adsorbiti nucleano e crescono sulla superficie del substrato. 

6. Il trasporto di massa del gas di scarico dopo la reazione nella zona di flusso del gas principale e viene portato fuori dalla camera di reazione. 

Attraverso il continuo progresso tecnologico e la ricerca approfondita sui meccanismi, si prevede che la tecnologia eteroepitassiale 3C-SiC svolgerà un ruolo più importante nel settore dei semiconduttori e promuoverà lo sviluppo di dispositivi elettronici ad alta efficienza. Ad esempio, la rapida crescita del 3C-SiC a film spesso di alta qualità è la chiave per soddisfare le esigenze dei dispositivi ad alta tensione. Sono necessarie ulteriori ricerche per superare l’equilibrio tra tasso di crescita e uniformità del materiale; combinato con l'applicazione di 3C-SiC in strutture eterogenee come SiC/GaN, esplorerà le sue potenziali applicazioni in nuovi dispositivi come l'elettronica di potenza, l'integrazione optoelettronica e l'elaborazione delle informazioni quantistiche.

Vetek Semiconductor fornisce 3CRivestimento SiCsu diversi prodotti, come la grafite ad elevata purezza e il carburo di silicio ad elevata purezza. Con oltre 20 anni di esperienza in ricerca e sviluppo, la nostra azienda seleziona materiali altamente abbinati, comeSe il destinatario di Epi, Ricevitore epitassiale SiC, GaN su Si epi suscettore, ecc., che svolgono un ruolo importante nel processo di produzione dello strato epitassiale.

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