Warum sticht 3C-SiC unter vielen SiC-Polymorphen heraus? - VeTek Semiconductor

Der Hintergrund vonSiC

Siliziumkarbid (SiC)ist ein wichtiges High-End-Präzisionshalbleitermaterial. Aufgrund seiner guten Hochtemperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen, Oxidationsbeständigkeit und anderen Eigenschaften verfügt es über breite Anwendungsaussichten in High-Tech-Bereichen wie Halbleitern, Kernenergie, Landesverteidigung und Raumfahrttechnik.

Bisher mehr als 200SiC-Kristallstrukturenwurden bestätigt, die Haupttypen sind hexagonal (2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC) und kubisch 3C-SiC. Unter anderem bestimmen die gleichachsigen Struktureigenschaften von 3C-SiC, dass dieser Pulvertyp eine bessere natürliche Sphärizität und dichte Stapeleigenschaften als α-SiC aufweist und daher eine bessere Leistung beim Präzisionsschleifen, bei Keramikprodukten und anderen Bereichen aufweist. Derzeit haben verschiedene Gründe dazu geführt, dass die hervorragende Leistung der neuen 3C-SiC-Materialien nicht für großtechnische industrielle Anwendungen geeignet ist.

Unter vielen SiC-Polytypen ist 3C-SiC der einzige kubische Polytyp, auch bekannt als β-SiC. In dieser Kristallstruktur existieren Si- und C-Atome im Verhältnis eins zu eins im Gitter, und jedes Atom ist von vier heterogenen Atomen umgeben, die eine tetraedrische Struktureinheit mit starken kovalenten Bindungen bilden. Das Strukturmerkmal von 3C-SiC besteht darin, dass die zweiatomigen Si-C-Schichten wiederholt in der Reihenfolge ABC-ABC-… angeordnet sind und jede Elementarzelle drei solcher zweiatomiger Schichten enthält, was als C3-Darstellung bezeichnet wird. Die Kristallstruktur von 3C-SiC ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Derzeit ist Silizium (Si) das am häufigsten verwendete Halbleitermaterial für Leistungsgeräte. Aufgrund der Leistung von Si sind siliziumbasierte Leistungsbauelemente jedoch begrenzt. Im Vergleich zu 4H-SiC und 6H-SiC weist 3C-SiC die höchste theoretische Elektronenmobilität bei Raumtemperatur auf (1000 cm·V).^-1·S^-1) und bietet weitere Vorteile bei MOS-Geräteanwendungen. Gleichzeitig verfügt 3C-SiC über hervorragende Eigenschaften wie hohe Durchbruchspannung, gute Wärmeleitfähigkeit, hohe Härte, große Bandlücke, hohe Temperaturbeständigkeit und Strahlungsbeständigkeit. Daher verfügt es über ein großes Potenzial in der Elektronik, Optoelektronik, Sensorik und Anwendungen unter extremen Bedingungen, fördert die Entwicklung und Innovation verwandter Technologien und zeigt ein breites Anwendungspotenzial in vielen Bereichen:

Erstens: Insbesondere in Hochspannungs-, Hochfrequenz- und Hochtemperaturumgebungen ist 3C-SiC aufgrund der hohen Durchbruchspannung und der hohen Elektronenmobilität eine ideale Wahl für die Herstellung von Leistungsbauelementen wie MOSFETs. 

Zweitens: Die Anwendung von 3C-SiC in Nanoelektronik und mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) profitiert von seiner Kompatibilität mit der Siliziumtechnologie, die die Herstellung nanoskaliger Strukturen wie Nanoelektronik und nanoelektromechanischer Geräte ermöglicht. 

Drittens: Als Halbleitermaterial mit großer Bandlücke eignet sich 3C-SiC für die Herstellung blauer Leuchtdioden (LEDs). Seine Anwendung in der Beleuchtungs-, Anzeigetechnik und bei Lasern hat aufgrund seiner hohen Lichtausbeute und einfachen Dotierung Aufmerksamkeit erregt[9]. Viertens: Gleichzeitig wird 3C-SiC zur Herstellung positionsempfindlicher Detektoren verwendet, insbesondere laserpunktpositionsempfindlicher Detektoren auf Basis des lateralen Photovoltaikeffekts, die unter Bedingungen ohne Vorspannung eine hohe Empfindlichkeit aufweisen und für die Präzisionspositionierung geeignet sind.

Herstellungsmethode der 3C-SiC-Heteroepitaxie

Zu den wichtigsten Wachstumsmethoden der 3C-SiC-Heteroepitaxie gehören chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Sublimationsepitaxie (SE), Flüssigphasenepitaxie (LPE), Molekularstrahlepitaxie (MBE), Magnetronsputtern usw. CVD ist die bevorzugte Methode für 3C-SiC-Heteroepitaxie. SiC-Epitaxie aufgrund ihrer Steuerbarkeit und Anpassungsfähigkeit (z. B. Temperatur, Gasfluss, Kammerdruck und Reaktionszeit, wodurch die Qualität der Epitaxieschicht optimiert werden kann).

Chemische Gasphasenabscheidung (CVD): Ein Verbindungsgas, das Si- und C-Elemente enthält, wird in die Reaktionskammer geleitet, erhitzt und bei hoher Temperatur zersetzt. Anschließend werden Si-Atome und C-Atome auf dem Si-Substrat oder 6H-SiC, 15R- abgeschieden. SiC, 4H-SiC-Substrat. Die Temperatur dieser Reaktion liegt normalerweise zwischen 1300 und 1500 °C. Übliche Si-Quellen sind SiH4, TCS, MTS usw., C-Quellen sind hauptsächlich C2H4, C3H8 usw. und H2 wird als Trägergas verwendet. 

Der Wachstumsprozess umfasst hauptsächlich die folgenden Schritte: 

1. Die Gasphasenreaktionsquelle wird im Hauptgasstrom zur Abscheidungszone transportiert. 

2. Die Gasphasenreaktion findet in der Grenzschicht statt und erzeugt Dünnschichtvorläufer und Nebenprodukte. 

3. Der Fällungs-, Adsorptions- und Crackprozess des Vorläufers. 

4. Die adsorbierten Atome wandern und rekonstruieren sich auf der Substratoberfläche. 

5. Die adsorbierten Atome bilden Keime und wachsen auf der Substratoberfläche. 

6. Der Massentransport des Abgases nach der Reaktion in die Hauptgasströmungszone und wird aus der Reaktionskammer abgeführt. 

Durch kontinuierlichen technologischen Fortschritt und eingehende Mechanismusforschung wird erwartet, dass die 3C-SiC-Heteroepitaxie-Technologie eine wichtigere Rolle in der Halbleiterindustrie spielt und die Entwicklung hocheffizienter elektronischer Geräte vorantreibt. Beispielsweise ist das schnelle Wachstum hochwertiger Dickschicht-3C-SiC der Schlüssel zur Erfüllung der Anforderungen von Hochspannungsgeräten. Weitere Forschung ist erforderlich, um das Gleichgewicht zwischen Wachstumsrate und Materialeinheitlichkeit zu überwinden. In Kombination mit der Anwendung von 3C-SiC in heterogenen Strukturen wie SiC/GaN werden mögliche Anwendungen in neuen Geräten wie Leistungselektronik, optoelektronischer Integration und Quanteninformationsverarbeitung untersucht.

Vetek Semiconductor bietet 3CSiC-Beschichtungauf unterschiedliche Produkte, wie hochreinen Graphit und hochreines Siliziumkarbid. Mit mehr als 20 Jahren Erfahrung in Forschung und Entwicklung wählt unser Unternehmen optimal aufeinander abgestimmte Materialien aus, wie zWenn der Empfänger von Epi, SiC-Epitaxieempfänger, GaN auf Si-Epi-Suszeptor usw., die eine wichtige Rolle im Herstellungsprozess der Epitaxieschicht spielen.

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