Por que o 3C-SiC se destaca entre muitos polimorfos do SiC? - Semicondutor VeTek

O pano de fundo deSiC

Carboneto de silício (SiC)é um importante material semicondutor de precisão de alta qualidade. Devido à sua boa resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, resistência ao desgaste, propriedades mecânicas a altas temperaturas, resistência à oxidação e outras características, possui amplas perspectivas de aplicação em campos de alta tecnologia, como semicondutores, energia nuclear, defesa nacional e tecnologia espacial.

Até agora, mais de 200Estruturas cristalinas de SiCforam confirmados, os principais tipos são hexagonais (2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC) e cúbicos 3C-SiC. Entre eles, as características estruturais equiaxiais do 3C-SiC determinam que este tipo de pó possui melhor esfericidade natural e características de empilhamento denso do que o α-SiC, portanto possui melhor desempenho em retificação de precisão, produtos cerâmicos e outras áreas. Atualmente, várias razões levaram ao fracasso do excelente desempenho dos novos materiais 3C-SiC para alcançar aplicações industriais em larga escala.

Entre muitos politipos de SiC, o 3C-SiC é o único politipo cúbico, também conhecido como β-SiC. Nesta estrutura cristalina, os átomos de Si e C existem na rede em uma proporção de um para um, e cada átomo é cercado por quatro átomos heterogêneos, formando uma unidade estrutural tetraédrica com fortes ligações covalentes. A característica estrutural do 3C-SiC é que as camadas diatômicas de Si-C são repetidamente organizadas na ordem ABC-ABC-…, e cada célula unitária contém três dessas camadas diatômicas, que são chamadas de representação C3; a estrutura cristalina do 3C-SiC é mostrada na figura abaixo:

Atualmente, o silício (Si) é o material semicondutor mais comumente usado para dispositivos de energia. No entanto, devido ao desempenho do Si, os dispositivos de potência baseados em silício são limitados. Comparado com 4H-SiC e 6H-SiC, o 3C-SiC tem a maior mobilidade teórica de elétrons à temperatura ambiente (1000 cm·V^-1·S^-1) e tem mais vantagens em aplicações de dispositivos MOS. Ao mesmo tempo, o 3C-SiC também possui excelentes propriedades, como alta tensão de ruptura, boa condutividade térmica, alta dureza, amplo intervalo de bandas, resistência a altas temperaturas e resistência à radiação. Portanto, tem grande potencial em eletrônica, optoeletrônica, sensores e aplicações sob condições extremas, promovendo o desenvolvimento e a inovação de tecnologias relacionadas, e mostrando amplo potencial de aplicação em diversos campos:

Primeiro: especialmente em ambientes de alta tensão, alta frequência e alta temperatura, a alta tensão de ruptura e a alta mobilidade eletrônica do 3C-SiC o tornam a escolha ideal para a fabricação de dispositivos de energia como o MOSFET. 

Segundo: A aplicação do 3C-SiC em nanoeletrônica e sistemas microeletromecânicos (MEMS) se beneficia de sua compatibilidade com a tecnologia do silício, permitindo a fabricação de estruturas em nanoescala, como nanoeletrônica e dispositivos nanoeletromecânicos. 

Terceiro: Como um material semicondutor de banda larga, o 3C-SiC é adequado para a fabricação de diodos emissores de luz (LEDs) azuis. Sua aplicação em iluminação, tecnologia de display e lasers tem chamado a atenção devido à sua alta eficiência luminosa e fácil dopagem[9]. Quarto: Ao mesmo tempo, 3C-SiC é usado para fabricar detectores sensíveis à posição, especialmente detectores sensíveis à posição de ponto laser baseados no efeito fotovoltaico lateral, que apresentam alta sensibilidade sob condições de polarização zero e são adequados para posicionamento de precisão.

Método de preparação de heteroepitaxia 3C SiC

Os principais métodos de crescimento do heteroepitaxial 3C-SiC incluem deposição química de vapor (CVD), epitaxia de sublimação (SE), epitaxia de fase líquida (LPE), epitaxia de feixe molecular (MBE), pulverização catódica por magnetron, etc. Epitaxia SiC devido à sua controlabilidade e adaptabilidade (como temperatura, fluxo de gás, pressão da câmara e tempo de reação, que podem otimizar a qualidade da camada epitaxial).

Deposição química de vapor (CVD): Um gás composto contendo elementos Si e C é passado para a câmara de reação, aquecido e decomposto em alta temperatura, e então átomos de Si e átomos de C são precipitados no substrato de Si, ou 6H-SiC, 15R- SiC, substrato 4H-SiC. A temperatura desta reação está geralmente entre 1300-1500°C. As fontes comuns de Si são SiH4, TCS, MTS, etc., e as fontes de C são principalmente C2H4, C3H8, etc., e H2 é usado como gás de arraste. 

O processo de crescimento inclui principalmente as seguintes etapas: 

1. A fonte de reação em fase gasosa é transportada no fluxo de gás principal em direção à zona de deposição. 

2. A reação em fase gasosa ocorre na camada limite para gerar precursores e subprodutos de filmes finos. 

3. O processo de precipitação, adsorção e craqueamento do precursor. 

4. Os átomos adsorvidos migram e se reconstroem na superfície do substrato. 

5. Os átomos adsorvidos nucleam e crescem na superfície do substrato. 

6. O transporte em massa do gás residual após a reação para a zona principal de fluxo de gás e é retirado da câmara de reação. 

Através do progresso tecnológico contínuo e da pesquisa aprofundada de mecanismos, espera-se que a tecnologia heteroepitaxial 3C-SiC desempenhe um papel mais importante na indústria de semicondutores e promova o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos de alta eficiência. Por exemplo, o rápido crescimento do filme espesso 3C-SiC de alta qualidade é a chave para atender às necessidades de dispositivos de alta tensão. É necessária mais investigação para superar o equilíbrio entre a taxa de crescimento e a uniformidade dos materiais; combinado com a aplicação de 3C-SiC em estruturas heterogêneas como SiC/GaN, explorar suas aplicações potenciais em novos dispositivos como eletrônica de potência, integração optoeletrônica e processamento de informação quântica.

Vetek Semiconductor fornece 3CRevestimento de SiCem diferentes produtos, como grafite de alta pureza e carboneto de silício de alta pureza. Com mais de 20 anos de experiência em P&D, nossa empresa seleciona materiais altamente adequados, comoSe o destinatário do Epi, Receptor epitaxial SiC, GaN no susceptor Si epi, etc., que desempenham um papel importante no processo de produção da camada epitaxial.

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