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简介半导体碳化硅单晶材料发展

 简介半导体碳化硅单晶材料发展

上海合美电子科技有限公司

 
SiC是最早发现的半导体材料之一,自1824年瑞典科学家Berzelius在人工合成金刚石的过程中观察到SiC多晶相以来,SiC 单晶的发展经历了一个漫长而曲折的过程。1893年,Acheson将石英砂、焦炭、少量木屑以及NaCl的混合物放在电弧炉中加热到2700℃,最终获得了SiC鳞片状单晶,直到1955年,Lely首先在实验室用升华法成功制备出了SiC单晶,他将SiC 粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间, 通入惰性气体(通常用氩气),在压力为1atm 条件下,加热至约2500℃的高温,SiC 粉料升华分解为Si, SiC2和Si2C等气相组分,在生长体系中温度梯度产生的驱动力下,气相组分在温度较低的多孔石墨管内壁上自发成核生成片状SiC 晶体,这种方法奠定了毫米级SiC单晶生长的工艺基础,此后,有关SiC的研究工作全面展开。1978年,Tairov和Tsvetkov[9]成功的把Lely法与籽晶、温度梯度等其它晶体生长技术研究中经常考虑的因素巧妙地结合在一起,创造出改良的SiC晶体生长技术,PVT法是目前商品化SiC晶体生长系统的主要方法。
 
SiC晶体结构具有同质多型的特点,其基本结构是Si-C四面体结构,它是由四个Si原子形成的四面体包围一个碳原子组成,按相同的方式一个Si原子也被四个碳原子的四面体包围,属于密堆积结构。SiC多型晶体的晶格常数a可以看作常数,而晶格常数c不同,并由此构成了数目很多的SiC同质多型体。若把这些多型体看作是由六方密堆积的Si层组成,紧靠着Si原子有一层碳原子存在,在密排面上Si-C双原子层有三种不同的堆垛位置,称为A、B和C。由于Si-C双原子层的堆垛顺序不同,就会形成不同结构的SiC晶体。
碳化硅单晶材料的发展前景展望:
与半导体Si单晶材料类似,SiC单晶材料的发展方向也是向着单晶直径逐渐扩大、晶体质量逐步提高、单位面积成本逐渐降低的趋势发展。 
目前SiC的主要应用领域有LED照明、雷达、太阳能逆变,未来SiC器件将在智能电网、电动机车、通讯等领域扩展其用途,市场前景不可估量。随着SiC晶体生产成本的降低,SiC材料正逐步取代Si材料成为功率半导体材料的主流,打破Si芯片由于材料本身性能而产生的瓶颈,SiC材料将会给电子产业带来革命性的变革。
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