SiC-substraat 4H/6H-P 3C-N 45,5 mm~150,0 mm Z-klasse P-klasse D-klasse

4H/6H-P 3C-N SiC-substraat Abstract

Deze studie onderzoekt de structurele en elektronische eigenschappen van 4H/6H-substraten van het poly-type siliciumcarbide (SiC) geïntegreerd met epitaxiaal geteelde 3C-N SiC-films.De poly-typische overgang tussen 4H/6H-SiC en 3C-N-SiC biedt unieke mogelijkheden om de prestaties van op SiC gebaseerde halfgeleiders te verbeterenDoor middel van chemische dampdepositie bij hoge temperatuur (CVD) worden 3C-SiC-films op 4H/6H-SiC-substraten afgezet, met als doel het verschil in lattice-match en de dislocatie-dichtheid te verminderen.Gedetailleerde analyse met behulp van röntgendiffractie (XRD), atoomkrachtmicroscopie (AFM) en transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) onthult de epitaxiale uitlijning en oppervlaktemorfologie van de films.Elektrische metingen wijzen op verbeterde dragermobiliteit en breukspanning, waardoor deze substraatconfiguratie veelbelovend is voor de volgende generatie elektronische toepassingen met hoog vermogen en hoge frequentie.De studie benadrukt het belang van het optimaliseren van de groeiomstandigheden om gebreken tot een minimum te beperken en de structurele samenhang tussen de verschillende SiC-polytypen te verbeteren.

eigenschappen van 4H/6H-P 3C-N SiC-substraat

De 4H/6H polytype (P) siliciumcarbide (SiC) -substraten met 3C-N (stikstofgedopte) SiC-films vertonen een combinatie van eigenschappen die gunstig zijn voor verschillende hoge-vermogen, hoge frequentie,en hoge temperatuur toepassingenHier zijn de belangrijkste eigenschappen van deze materialen:

1.Polytypes en kristalstructuur:

• 4H-SiC en 6H-SiC:Dit zijn zeshoekige kristallen structuren met verschillende stapelvolgingen van Si-C-tweelagen.
  • 4H-SiC:Biedt een hogere elektronenmobiliteit en een bredere bandgap (ongeveer 3,2 eV), waardoor het geschikt is voor apparaten met een hoge frequentie en hoge kracht.
  • 6H-SiC:Het heeft een iets lagere elektronenmobiliteit en bandgap (ongeveer 3,0 eV) in vergelijking met 4H-SiC, maar wordt nog steeds gebruikt in vermogenselektronica.
• 3C-SiC (cubiek):De kubische vorm van SiC (3C-SiC) heeft meestal een meer isotrope kristalstructuur, wat leidt tot gemakkelijker epitaxiale groei op substraten met lagere dislocatie dichtheid.36 eV en geschikt voor integratie met elektronische apparaten.

2.Elektronische eigenschappen:

• Grote bandgap:SiC heeft een brede bandgap die het mogelijk maakt om efficiënt te werken bij hoge temperaturen en spanningen.
  • 4H-SiC:3.2 eV
  • 6H-SiC:3.0 eV
  • 3C-SiC:2.36 eV
• Elektrisch veld met hoge afbraak:Het elektrische veld met een hoge afbraak (~3-4 MV/cm) maakt deze materialen ideaal voor energieapparaten die hoge spanningen moeten weerstaan zonder af te breken.
• Mobiliteit van de vervoerder:
  • 4H-SiC:Hoge elektronenmobiliteit (~ 800 cm2/Vs) in vergelijking met 6H-SiC.
  • 6H-SiC:Gematigde elektronenmobiliteit (~ 400 cm2/Vs).
  • 3C-SiC:De kubische vorm heeft doorgaans een hogere elektronenmobiliteit dan de zeshoekige vormen, waardoor het wenselijk is voor elektronische apparaten.

3.Thermische eigenschappen:

• Hoge warmtegeleidbaarheid:SiC heeft een uitstekende thermische geleidbaarheid (~3-4 W/cm·K), waardoor een efficiënte warmteafvoer mogelijk is, wat cruciaal is voor high-power elektronica.
• Thermische stabiliteit:SiC blijft stabiel bij temperaturen hoger dan 1000°C, waardoor het geschikt is voor omgevingen met hoge temperaturen.

4.Mechanische eigenschappen:

• Hoge hardheid en sterkte:SiC is een extreem hard materiaal (hardheid van Mohs 9,5), waardoor het bestand is tegen slijtage en mechanische schade.
• High Young's Modulus:Het heeft een hoge Youngs-modulus (~410 GPa), wat bijdraagt aan zijn stijfheid en duurzaamheid in mechanische toepassingen.

5.Chemische eigenschappen:

• Chemische stabiliteit:SiC is zeer bestand tegen chemische corrosie en oxidatie, waardoor het geschikt is voor ruwe omgevingen, waaronder die met corrosieve gassen en chemicaliën.
• Lage chemische reactiviteit:Deze eigenschap verbetert zijn stabiliteit en prestaties bij veeleisende toepassingen.

6.Opto-elektronische eigenschappen:

• Fotoluminescentie:3C-SiC vertoont fotoluminescentie, waardoor het nuttig is in opto-elektronica, met name die in het ultraviolette bereik.
• Hoge UV-gevoeligheid:De brede bandgap van SiC-materialen maakt het mogelijk om ze te gebruiken in UV-detectoren en andere opto-elektronica-toepassingen.

7.Dopingkenmerken:

• Nitrogeendoping (N-type):Stikstof wordt vaak gebruikt als n-type dopant in 3C-SiC, waardoor de geleidbaarheid en de concentratie van de elektrondragers worden verhoogd.De precieze controle van de dopingsniveaus maakt het mogelijk de elektrische eigenschappen van het substraat te verfijnen..

8.Toepassingen:

• Elektronica:De hoge breukspanning, de brede bandgap en de thermische geleidbaarheid maken deze substraten ideaal voor elektrische apparaten zoals MOSFET's, IGBT's en Schottky-diodes.
• Hoogfrequente apparaten:De hoge elektronenmobiliteit in 4H-SiC en 3C-SiC maakt een efficiënte werking met hoge frequentie mogelijk, waardoor ze geschikt zijn voor RF- en microgolftoepassingen.
• Opto-elektronica:De optische eigenschappen van 3C-SiC maken het een kandidaat voor UV-detectoren en andere fotonische toepassingen.

Deze eigenschappen maken de combinatie van 4H/6H-P en 3C-N SiC tot een veelzijdig substraat voor een breed scala aan geavanceerde elektronische, opto-elektronische en hoogtemperatuurtoepassingen.

4H/6H-P 3C-N SiC-substraatfoto

Toepassingen van 4H/6H-P 3C-N SiC-substraat

De combinatie van 4H/6H-P en 3C-N SiC-substraten heeft een reeks toepassingen in verschillende industrieën, met name in apparaten met een hoog vermogen, hoge temperatuur en hoge frequentie.Hieronder worden enkele belangrijke toepassingen genoemd::

1.Elektronica:

• Hoogspanningsvoorzieningen:De brede bandgap en het hoge afbraak elektrisch veld van 4H-SiC en 6H-SiC maken deze substraten ideaal voor energie apparaten zoals MOSFETs, IGBTs,en Schottky-dioden die bij hoge spanningen en stromen moeten werkenDeze apparaten worden gebruikt in elektrische voertuigen (EV's), industriële motoren en elektriciteitsnetten.
• Hoog efficiënte vermogen omzetting:SiC-gebaseerde apparaten zorgen voor een efficiënte energieomzetting met minder energieverlies, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen zoals omvormers in zonne-energiesystemen, windturbines,en elektrische transmissie.

2.Hoogfrequente en RF-toepassingen:

• RF- en microgolftoestellen:De hoge elektronenmobiliteit en breukspanning van 4H-SiC maken het geschikt voor radiofrequentie (RF) en microgolfapparaten.en satellietcommunicatie, waarbij een hoogfrequente werking en thermische stabiliteit essentieel zijn.
• 5G Telecommunicatie:SiC-substraten worden gebruikt in vermogenversterkers en switches voor 5G-netwerken vanwege hun vermogen om hoogfrequente signalen met lage vermogensaflossingen te verwerken.

3.Luchtvaart en defensie:

• Hoogtemperatuursensoren en -elektronica:De thermische stabiliteit en stralingsbestandheid van SiC maken het geschikt voor lucht- en ruimtevaart- en defensie-toepassingen.en harde omstandigheden gevonden in de ruimteverkenning, militaire uitrusting en luchtvaartsystemen.
• Stroomvoorzieningssystemen:Op SiC gebaseerde krachtelektronica wordt gebruikt in stroomvoorzieningssystemen voor vliegtuigen en ruimteschepen om de energie-efficiëntie te verbeteren en het gewicht en de koelvereisten te verminderen.

4.Automobiele industrie:

• Elektrische voertuigen:SiC-substraten worden in toenemende mate gebruikt in vermogenselektronica voor elektrische voertuigen, zoals omvormers, ingebouwde opladers en DC-DC-omvormers.Het hoge rendement van SiC helpt de levensduur van de batterij te verlengen en het rijbereik van elektrische voertuigen te vergroten.
• Sneloplaadstations:SiC-apparaten zorgen voor een snellere en efficiëntere omzetting van stroom in snelladenstations voor elektrische voertuigen, waardoor de laadtijden worden verkort en de efficiëntie van de energietransmissie wordt verbeterd.

5.Industrieel gebruik:

• Motor aandrijvingen en besturing:SiC-gebaseerde krachtelektronica wordt gebruikt in industriële motoren voor het besturen en reguleren van grote elektromotoren met een hoog rendement.en automatisering.
• Vernieuwbare energiesystemenSiC-substraten zijn van cruciaal belang in hernieuwbare energiesystemen zoals zonne-omvormers en windturbine-controllers, waar voor een betrouwbare werking een efficiënte energieomzetting en thermisch beheer nodig zijn.

6.Medische hulpmiddelen

• Medische apparatuur van hoge precisie:De chemische stabiliteit en biocompatibiliteit van SiC maken het mogelijk om het te gebruiken in medische hulpmiddelen zoals implanteerbare sensoren, diagnostische apparatuur en medische lasers met een hoog vermogen.Het vermogen om te werken op hoge frequenties met lage energieverliezen is essentieel in precisie medische toepassingen.
• Elektronica tegen straling:De stralingsresistentie van SiC maakt het geschikt voor medische beeldvormingstoestellen en stralingstherapieapparatuur, waar betrouwbaarheid en precisie van cruciaal belang zijn.

7.Opto-elektronica:

• UV-detectoren en fotodetectoren:De bandgap van 3C-SiC maakt het gevoelig voor ultraviolet (UV) licht, waardoor het nuttig is voor UV-detectoren in industriële, wetenschappelijke en milieubewakingstoepassingen.Deze detectoren worden gebruikt voor het detecteren van vlammen., ruimtetelescopen en chemische analyse.
• LED's en lasers:SiC-substraten worden gebruikt in lichtdioden (LED's) en laserdioden, met name in toepassingen die een hoge helderheid en duurzaamheid vereisen, zoals automobielverlichting, displays,en vaste verlichting.

8.Energiesystemen:

• met een vermogen van meer dan 50 W;SiC-energieapparaten worden gebruikt in vaste transformatoren, die efficiënter en compacter zijn dan traditionele transformatoren.
• Batterijbeheersystemen:SiC-apparaten in batterijbeheersystemen verbeteren de efficiëntie en veiligheid van energieopslagsystemen die worden gebruikt in installaties voor hernieuwbare energie en in elektrische voertuigen.

9.Vervaardiging van halfgeleiders:

• Epitaxiale groeisubstraten:De integratie van 3C-SiC op 4H/6H-SiC-substraten is belangrijk voor het verminderen van defecten in epitaxiale groeiprocessen, wat leidt tot een betere prestaties van halfgeleiderapparaten.Dit is met name nuttig bij de productie van hoogwaardige transistors en geïntegreerde schakelingen.
• GaN-on-SiC-apparaten:SiC-substraten worden gebruikt voor galliumnitride (GaN) epitaxy in hoogfrequente en hoogvermogen halfgeleider apparaten.,en radarsystemen.

10.Harde omgeving Elektronica:

• Exploratie van olie en gas:SiC-apparaten worden gebruikt in elektronica voor boorwerk en olie-exploratie, waar ze hoge temperaturen, druk en corrosieve omgevingen moeten weerstaan.
• Industriële automatisering:In harde industriële omgevingen met hoge temperaturen en blootstelling aan chemische stoffen bieden SiC-gebaseerde elektronica betrouwbaarheid en duurzaamheid voor automatiserings- en besturingssystemen.

Deze toepassingen benadrukken de veelzijdigheid en het belang van 4H/6H-P 3C-N SiC-substraten bij het bevorderen van moderne technologie in een reeks industrieën.

V&A

Wat is het verschil tussen 4H-SiC en 6H-SiC?

Kortom, bij de keuze tussen 4H-SiC en 6H-SiC: kies voor 4H-SiC voor elektronica met een hoog vermogen en hoge frequentie, waar thermisch beheer van cruciaal belang is.Kies 6H-SiC voor toepassingen die prioriteit geven aan lichtemissie en mechanische duurzaamheid, met inbegrip van LED's en mechanische onderdelen.

Sleutelwoorden: SiC Substraat SiC wafer siliciumcarbide wafer