SIC材料性質(zhì)
發(fā)布日期：2023-08-16 瀏覽次數(shù)：1530
隨著電子設(shè)備的性能需求持續(xù)上升，傳統(tǒng)的硅襯底已經(jīng)難以滿足高頻率、高功率和高溫環(huán)境下的應(yīng)用需求。市場尋找高性能替代材料-碳化硅。
SiC晶圓的晶型
碳化硅（Silicon Carbide，SiC）晶圓通常是單晶的，但是這些單晶SiC晶圓可能由不同的多晶形體構(gòu)成，SiC的多晶形體包括3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC等，每種多晶形都有自己獨(dú)特的性質(zhì)。
SiC的晶體結(jié)構(gòu)是由硅（Si）和碳（C）的原子以特定的方式排列形成的，而這種特定的排列方式就決定了SiC的晶體結(jié)構(gòu)。"H"代表六方晶體結(jié)構(gòu)（Hexagonal），"C"代表立方晶體結(jié)構(gòu)（Cubic），數(shù)字則表示其具有的層數(shù)。"3C"指的是立方晶系的SiC（具有三方面的對稱性，也稱為β-SiC），"4H"和"6H"指的是六方晶系的SiC（具有六方面的對稱性）。
SiC的優(yōu)秀性質(zhì)
1.高帶隙能
碳化硅是一種寬禁帶半導(dǎo)體，SiC的帶隙能大約在2.36到3.3電子伏特（eV）之間，這個(gè)范圍取決于SiC的多晶形式。而硅的帶隙能為1.12電子伏特。
帶隙能是指材料阻止電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶所需要的最小能量。大于這個(gè)能量，電子可以從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，從而使得電子具有自由移動的能力，材料就變得導(dǎo)電。也就是說，高帶隙能的材料，需要更高的能量才能識才能使材料導(dǎo)電，這個(gè)能量包括溫度，電壓等。因此高帶隙能的材料具有很高的熱穩(wěn)定性，更高的擊穿電壓等。擊穿電壓是材料由絕緣體變?yōu)閷?dǎo)體的臨界電壓。因此，SiC晶圓襯底制作的器件能夠在更高的溫度，更高的電壓下下工作而不發(fā)生故障。
2.高熱導(dǎo)率
熱導(dǎo)率是一種物質(zhì)的基本物理性質(zhì)，它描述的是材料導(dǎo)熱的能力，即單位時(shí)間內(nèi)單位面積的熱量傳遞量。熱導(dǎo)率越大，導(dǎo)熱性越好。
SiC的熱導(dǎo)率約為3-4.9 W/cm·K，遠(yuǎn)高于硅的1.5 W/cm·K。這使得SiC半導(dǎo)體芯片在電流流過時(shí)，能夠更有效地將內(nèi)部產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散出去，從而保持芯片的穩(wěn)定運(yùn)行。而芯片在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量，如果不能有效地將這些熱量導(dǎo)出，就會導(dǎo)致芯片過熱，從而降低芯片的性能。
3.硬度大
SiC是一種非常硬的材料，其硬度僅次于金剛石，其莫氏硬度為9.5，金剛石為10。這種高硬度使得碳化硅在許多應(yīng)用中具有優(yōu)越的耐磨損性。但是，碳化硅的高硬度同時(shí)也帶來了制程的挑戰(zhàn)。例如，在晶圓切割、磨削和拋光等制程中，需要使用特別的設(shè)備和工藝參數(shù)。
4.化學(xué)穩(wěn)定性好
SiC是由硅和碳原子以共價(jià)鍵方式組成的四面體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)為其提供了出色的化學(xué)穩(wěn)定性。SiC在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的環(huán)境下能表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。但是在干法刻蝕工藝時(shí)刻蝕速率很低，需要特殊的刻蝕設(shè)備。
