碳化硅片的关键参数及其详细解释
半导体材料与工艺 2024-08-02

碳化硅(SiC)是一种重要的宽禁带半导体材料,广泛应用于高功率和高频电子器件中。以下是碳化硅片的一些关键参数及其详细解释:


晶格参数 (Lattice Parameters):

确保衬底的晶格常数与将要生长的外延层相匹配,以减少缺陷和应力。

例如,4H-SiC和6H-SiC具有不同的晶格常数,这会影响它们的外延层质量和器件性能。


堆砌顺序 (Stacking Sequence):

SiC宏观上都是由硅原子和碳原子以1:1的比例构成,但原子层的排列顺序不同,则会形成了不同的晶体结构。

常见的晶型有3C-SiC(立方结构),4H-SiC(六方结构),6H-SiC(六方结构),分别对应的堆砌顺序为:ABC,ABCB,ABCACB等。每种晶型的电子特性和物理性质都有所不同,因此选择合适的晶型对特定应用至关重要。


莫氏硬度 (Mohs Hardness):

确定衬底的硬度,硬度影响加工难易程度和耐磨性。

碳化硅的莫氏硬度非常高,通常在9-9.5之间,使其成为一种非常坚硬的材料,适用于需要高耐磨性的应用。


密度 (Density):

影响衬底的机械强度和热性能。

高密度通常意味着更好的机械强度和热传导性能。


热膨胀系数 (Thermal Expansion Coefficient):

指的是衬底在温度升高一摄氏度时,其长度或体积相对于原始长度或体积的增加比例。

衬底和外延层在温度变化下的配合情况,影响器件的热稳定性。


折射率 (Refraction Index):

对于光学应用,折射指数是设计光电器件的关键参数。

折射率的不同会影响光波在材料中的传播速度和路径。


介电常数 (Dielectric Constant):

影响器件的电容特性。

较低的介电常数有助于减少寄生电容,提高器件性能。


热导率 (Thermal Conductivity):

对高功率和高温应用至关重要,影响器件的冷却效率。

碳化硅的高热导率使其非常适合于高功率电子器件,因为它能有效地将热量从器件中传导出去。


带隙 (Band-gap):

指半导体材料中价带顶端和导带底端之间的能量差。

宽带隙材料需要更高的能量才能激发电子跃迁,这使得碳化硅在高温和高辐射环境下表现出色。


击穿电场 (Break-Down Electrical Field):

半导体材料可以承受的极限电压

碳化硅具有非常高的击穿电场,使其能够承受极高的电压而不发生击穿。


饱和漂移速度 (Saturation Drift Velocity):

载流子在半导体材料中施加一定电场后能够达到的最大平均速度。

当电场强度增加到一定程度时,载流子的速度不会再随电场的进一步增强而增加,此时的速度称为饱和漂移速度。碳化硅的饱和漂移速度较高,这有利于实现高速电子器件。

这些参数共同决定了碳化硅片在各种应用中的性能和适用性,特别是在高功率、高频和高温环境下的应用。 



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