Különbségek a különböző szerkezetű SiC kristályok között

Szilícium-karbid (SiC)egy olyan anyag, amely kivételes termikus, fizikai és kémiai stabilitással rendelkezik, és olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek meghaladják a hagyományos anyagokét. Hővezető képessége elképesztő 84W/(m·K), ami nemcsak a réznél magasabb, hanem a szilíciuménak is háromszorosa. Ez bizonyítja, hogy hatalmas potenciállal rendelkezik a hőkezelési alkalmazásokban. A SiC sávszélessége megközelítőleg háromszorosa a szilíciuménak, és az elektromos térerőssége egy nagyságrenddel nagyobb, mint a szilíciumé. Ez azt jelenti, hogy a SiC nagyobb megbízhatóságot és hatékonyságot biztosít a nagyfeszültségű alkalmazásokban. Ezenkívül a SiC magas, 2000 °C-os hőmérsékleten is jó elektromos vezetőképességet tud fenntartani, ami a grafithoz hasonlítható. Ez ideális félvezető anyaggá teszi magas hőmérsékletű környezetben. A SiC korrózióállósága is rendkívül kiemelkedő. A felületén kialakult vékony SiO2 réteg hatékonyan akadályozza meg a további oxidációt, így szobahőmérsékleten szinte minden ismert korrozív anyaggal szemben ellenálló. Ez biztosítja az alkalmazását zord környezetben.

Ami a kristályszerkezetet illeti, a SiC diverzitása több mint 200 különböző kristályformájában tükröződik, ami annak tulajdonítható, hogy az atomok sűrűn vannak a kristályaiban. Bár sok kristályforma létezik, ezek a kristályformák nagyjából két kategóriába sorolhatók: köbös szerkezetű β-SiC (cink keverék szerkezet) és α-SiC hexagonális szerkezetű (wurtzit szerkezet). Ez a szerkezeti sokféleség nem csak a SiC fizikai és kémiai tulajdonságait gazdagítja, hanem több választási lehetőséget és rugalmasságot biztosít a kutatóknak a SiC alapú félvezető anyagok tervezése és optimalizálása során.

A számos SiC kristályforma közül a leggyakoribbak a következők3C-Sic4H-SiC, 6H-SiC és 15R-SiC. A kristályformák közötti különbség elsősorban kristályszerkezetükben mutatkozik meg. A 3C-SiC, más néven köbös szilícium-karbid, a köbös szerkezet jellemzőit mutatja, és a legegyszerűbb szerkezet a SiC között. A hatszögletű szerkezetű SiC tovább osztható 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC és más típusokra a különböző atomi elrendezések szerint. Ezek a besorolások tükrözik azt a módot, ahogyan az atomok pakolódnak a kristályba, valamint a rács szimmetriáját és összetettségét.

A sávszélesség kulcsfontosságú paraméter, amely meghatározza azt a hőmérsékleti tartományt és feszültségszintet, amelyben a félvezető anyagok működhetnek. A SiC számos kristályformája közül a 2H-SiC rendelkezik a legnagyobb, 3,33 eV-os sávszélességgel, ami kiváló stabilitását és teljesítményét jelzi extrém körülmények között; A 4H-SiC szorosan követi, a sávszélesség 3,26 eV; A 6H-SiC sávszélessége valamivel alacsonyabb, 3,02 eV, míg a 3C-SiC a legalacsonyabb, 2,39 eV sávszélességgel rendelkezik, így szélesebb körben használják alacsonyabb hőmérsékleten és feszültségen.

A furatok effektív tömege fontos tényező, amely befolyásolja az anyagok furatmobilitását. A 3C-SiC furat effektív tömege 1,1 m0, ami viszonylag alacsony, ami azt jelzi, hogy a lyuk mobilitása jó. A 4H-SiC furat effektív tömege a hatszögletű szerkezet alapsíkján 1,75 m0, az alapsíkra merőlegesen pedig 0,65 m0, ami mutatja a különböző irányú elektromos tulajdonságainak különbségét. A 6H-SiC lyuk effektív tömege hasonló a 4H-SiC-éhoz, de összességében valamivel alacsonyabb, ami hatással van a hordozó mobilitására. Az elektron effektív tömege az adott kristályszerkezettől függően 0,25-0,7 m0 tartományban változik.

A hordozó mobilitása annak mértéke, hogy az elektronok és a lyukak milyen gyorsan mozognak az anyagon belül. A 4H-SiC ebben a tekintetben jól teljesít. A lyukak és az elektronok mobilitása lényegesen nagyobb, mint a 6H-SiC, ami a 4H-SiC-t jobb teljesítményt nyújtja a teljesítményelektronikai eszközökben.

Az átfogó teljesítmény szempontjából minden kristályformaSicegyedi előnyei vannak. A 6H-SiC szerkezeti stabilitása és jó lumineszcencia tulajdonságai miatt alkalmas optoelektronikai eszközök gyártására.3C-Sicnagy telített elektronsodródási sebessége miatt alkalmas nagyfrekvenciás és nagy teljesítményű készülékekhez. A 4H-SiC a nagy elektronmobilitása, alacsony bekapcsolási ellenállása és nagy áramsűrűsége miatt ideális választássá vált nagy teljesítményű elektronikai eszközökhöz. Valójában a 4H-SiC nemcsak a harmadik generációs félvezető anyag a legjobb teljesítménnyel, a legmagasabb fokú kereskedelmi forgalomba hozatallal és a legkiforrottabb technológiával, hanem a nagynyomású, nagynyomású félvezető eszközök gyártásának előnyben részesített anyaga is. hőmérséklet és sugárzásálló környezet.