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    半導體碳化硅單晶材料的結構和性質

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    半導體碳化硅單晶材料的結構和性質

    發布日期:2019-04-26 00:00 來源:http://www.northstl.com 點擊:

    以硅(Si)、砷化鎵(GaAs)為代表的一代和二代半導體單晶材料的高速發展,推動了微電子、光電子技術的迅猛發展。然而受材料性能所限,這些半導體材料制成的器件大都只能在200℃以下的環境中工作,不能滿足現代電子技術對高溫、高頻、高壓以及抗輻射器件的要求。作為第三代寬帶隙半導體材料的代表,碳化硅(SiC)單晶材料具有禁帶寬度大、熱導率高、電子飽和遷移速率高和擊穿電場高等性質。SiC器件在高溫、高壓、高頻、大功率電子器件領域和航天、軍工、核能等環境應用領域有著不可替代的優勢,彌補了傳統半導體材料器件在實際應用中的缺陷,正逐漸成為功率半導體的主流。


    SiC單晶材料結構具有同質多型的特點,其基本結構是Si-C四面體結構,它是由四個Si原子形成的四面體包圍一個碳原子組成,按相同的方式一個Si原子也被四個碳原子的四面體包圍,屬于密堆積結構。SiC多型晶體的晶格常數a可以看作常數,而晶格常數c不同,并由此構成了數目很多的SiC同質多型體。若把這些多型體看作是由六方密堆積的Si層組成,緊靠著Si原子有一層碳原子存在,在密排面上Si-C雙原子層有三種不同的堆垛位置,稱為A、B和C。由于Si-C雙原子層的堆垛順序不同,就會形成不同結構的SiC晶體。ABC…堆積形成3C-SiC結構,ABAC…堆積形成4H-SiC結構,ABCACB…堆積形成6H-SiC結構。這些晶型屬于三種基本的結晶學類型:立方(C)、六方(H)和菱形(R),目前已被證實的SiC多形體已超過200種,其中較為常見的有3C、4H、6H和15R等。


    這些多型的SiC單晶材料雖然具有相同的化學成分,但是它們的物理性質,尤其是帶隙、載流子遷移率、擊穿電壓等半導體特性有很大的差別。目前,數4H-SiC應用廣,廣泛應用于電力電子器件和微波功率器件。

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