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半导体碳化硅单晶材料的结构和性质

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半导体碳化硅单晶材料的结构和性质

发布日期:2019-04-26 00:00 来源:http://www.ddxdf.com 点击:

以硅(Si)、砷化镓(GaAs)为代表的一代和二代半导体单晶材料的高速发展,推动了微电子、光电子技术的迅猛发展。然而受材料性能所限,这些半导体材料制成的器件大都只能在200℃以下的环境中工作,不能满足现代电子技术对高温、高频、高压以及抗辐射器件的要求。作为第三代宽带隙半导体材料的代表,碳化硅(SiC)单晶材料具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和迁移速率高和击穿电场高等性质。SiC器件在高温、高压、高频、大功率电子器件领域和航天、军工、核能等环境应用领域有着不可替代的优势,弥补了传统半导体材料器件在实际应用中的缺陷,正逐渐成为功率半导体的主流。


SiC单晶材料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。ABC…堆积形成3C-SiC结构,ABAC…堆积形成4H-SiC结构,ABCACB…堆积形成6H-SiC结构。这些晶型属于三种基本的结晶学类型:立方(C)、六方(H)和菱形(R),目前已被证实的SiC多形体已超过200种,其中较为常见的有3C、4H、6H和15R等。


这些多型的SiC单晶材料虽然具有相同的化学成分,但是它们的物理性质,尤其是带隙、载流子迁移率、击穿电压等半导体特性有很大的差别。目前,数4H-SiC应用广,广泛应用于电力电子器件和微波功率器件。

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